专利名称：多功能方波电子穿孔仪的制作方法电穿孔是一种利用合理控制的电脉冲，使活细胞的细胞膜产生暂时的、可逆的微孔道，细胞膜通透性增强，细胞内外分子交换有显著增加，因此也称为电通透。电穿孔形成的微孔道允许大分子物质，如DNA、药物、蛋白质、染料或代谢物进入细胞。细胞膜渗透程度取决于各种电气、物理、化学和生物参数。这些参数包括电脉冲的电场强度和持续时间、目标细胞的尺寸及其化学特性。电穿孔是一个物理过程，当用化学或其他物理方法转化某些类型的细胞效率不高或有毒性时，电转化则可能是一种有用的方法。电子穿孔技术广泛用于基因转染、细胞融合肿瘤治疗，细菌转化，经皮给药等方面的研究。高效可靠的电子穿孔仪是上述研究项目的有利工具。根据电脉冲的波形，电穿孔仪可分为指数衰减波电穿孔仪和方波电穿孔仪。指数衰减波电穿孔仪是利用对电容充电，然后经电阻放电，产生指数波型，通过改变电容、电阻的参数，改变放电的时间常数。当指数衰减电穿孔仪上开关处于关闭状态时，开关一直保持闭合状态直到电容的电量为零。指数衰减电穿孔仪将电容的全部低电荷卸载到电极杯中通常会产生很高的热量，这种穿孔仪通常会对细胞产生不利的影响。由于这种穿孔仪产生的脉冲受到外界阻抗的影响，因而每次实验结果差别很大。指数衰减电穿孔仪是一种典型的单脉冲装置，通常在另外一个脉冲产生之前需要经过对电容进行长达几秒的充电过程。方形脉冲电穿孔仪采用电子开关器件进行快速的关断而产生方形脉冲。脉冲的电压足够使细胞穿孔但脉冲的宽度为10μS到100mS。由于电子开关快速的开闭使得电容只有部分放电，结果是很少的热量产生、脉冲的宽度不再与外界的阻抗有关。使用者需设定所需的脉冲电压、脉冲次数和脉冲宽度。高压短脉冲利于细胞膜的穿孔，减小穿孔过程产生的热量，低压长脉冲对带电物质产生电泳作用，有利于细胞外的物质进入细胞。按脉冲的幅度电子穿孔仪分为高压模式和低压模式用于不同细胞的研究。根据体内、体外实验需要的不同，穿孔仪的负载阻抗不同，因此需要不同的负载电流。
本实用新型的目的是用方波电脉冲，使活细胞的细胞膜产生暂时的、可逆的微孔道的多功能方波电子穿孔仪。本实用新型的技术方案是其框图是控制电路分别与高频电荷泵、储能电容器2、高压功率开关电路连接，储能电容器1与高频电荷泵连接，高频电荷泵与储能电容器2，储能电容器2与高压功率开关电路连接。其电路图是整流桥B1与储能电容器C1连接，并通过开关S1连接变压器输入端，变压器输出端经稳压二极管D1、滤波电感L1与储能电容器C2连接，储能电容器C2通过嵌位电阻R1、R2与开关S2连接，控制电路MCU1分别与开关S1、开关S2连接。
本实用新型的有益效果是本技术采用方波输出方案，减少了电穿孔时产生的热量，提高电子穿孔的成功率。
本技术采用采用微控制器对每个输出波的参数进行单独设置，可以满足不同实验的需要。
本技术采用两个电容储能电容，利用电荷泵原理，增大储能电容器的有效值。
本技术利用电荷泵调节输出方波脉冲的幅度，使高压电穿孔模式和低压电穿孔模式一体化。


图1是本实用新型电路原理框图；图2是本实用新型电路图；图3是本实用新型电脉冲输出波形图；其中C是电容、R是电阻、L是电感、B是整流桥、D是二极管、S是开关、MCU是控制电路、T是变压器。


以下结合附图对本实用新型做进一步描述220V市电经整流器B1整流后给储能电容器C1充电，储能电容器C1上获得300V左右的直流电压。储能电容器C1上的电荷经S1、T1、B2、D1、L1构成的高频电荷泵给储能电容器C2充电，储能电容器C2的电压值决定输出脉冲的幅度。储能电容器C2上的电压经电阻R1、R2取样后送入控制电路MCU1，控制电路MCU1对取样的数据和设置的数据进行比较，根据比较的结果控制电荷泵中的开关S1，对C2上的电压进行调整。储能电容器C2在有脉冲输出时，C2上的电压可能急剧下降，只有C2上的电压保持不变，电子穿孔仪才能输出方波。为了使C2上的电压必须及时补充C2流失的电荷，高频电荷泵能迅速将储能电容器C1上的电荷转移到C2，这是即使市电没有对C1充电，但C1上的大压降，可提供很多的电荷。由于电荷泵的作用通过C1的大压降，维持C2在脉冲输出的过程中的电压不变，使输出脉冲的幅度不变。由于C1由市电经整流后充电，C1的充电周期是10mS，假设脉冲电流为I，脉冲周期为t，如果t小于10mS，C1可能没有进行充电，要保持C2的电压不变，C1给C2补充电荷Q，Q＝It＝C1ΔV，如果ΔV很大，C1的值可以较小。其结果是使储能电容C1、C2的值选的较小，其等效电容增大。在输出窄脉冲时，由于放电的时间短储能电容器C2上的电压下降幅度很小，在容许的范围内。
控制电路MCU1根据设置参数调节储能电容器C2上的电压，既调节脉冲的幅度，控制电路MCU1控制根据设置的参数控制开关S2的开启、关闭时间，用于调节输出脉冲的宽度。由于采用电荷泵技术，对输出脉冲的幅度，脉冲宽度可逐个脉冲设置。