專利名稱：多功能方波電子穿孔儀的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于醫療器械技術領域。
背景技術：
電穿孔是一種利用合理控制的電脈沖，使活細胞的細胞膜產生暫時的、可逆的微孔道，細胞膜通透性增強，細胞內外分子交換有顯著增加，因此也稱為電通透。電穿孔形成的微孔道允許大分子物質，如DNA、藥物、蛋白質、染料或代謝物進入細胞。細胞膜滲透程度取決于各種電氣、物理、化學和生物參數。這些參數包括電脈沖的電場強度和持續時間、目標細胞的尺寸及其化學特性。電穿孔是一個物理過程，當用化學或其他物理方法轉化某些類型的細胞效率不高或有毒性時，電轉化則可能是一種有用的方法。電子穿孔技術廣泛用于基因轉染、細胞融合腫瘤治療，細菌轉化，經皮給藥等方面的研究。高效可靠的電子穿孔儀是上述研究項目的有利工具。
根據電脈沖的波形，電穿孔儀可分為指數衰減波電穿孔儀和方波電穿孔儀。指數衰減波電穿孔儀是利用對電容充電，然后經電阻放電，產生指數波型，通過改變電容、電阻的參數，改變放電的時間常數。當指數衰減電穿孔儀上開關處于關閉狀態時，開關一直保持閉合狀態直到電容的電量為零。指數衰減電穿孔儀將電容的全部低電荷卸載到電極杯中通常會產生很高的熱量，這種穿孔儀通常會對細胞產生不利的影響。由于這種穿孔儀產生的脈沖受到外界阻抗的影響，因而每次實驗結果差別很大。指數衰減電穿孔儀是一種典型的單脈沖裝置，通常在另外一個脈沖產生之前需要經過對電容進行長達幾秒的充電過程。
方形脈沖電穿孔儀采用電子開關器件進行快速的關斷而產生方形脈沖。脈沖的電壓足夠使細胞穿孔但脈沖的寬度為10μS到100mS。由于電子開關快速的開閉使得電容只有部分放電，結果是很少的熱量產生、脈沖的寬度不再與外界的阻抗有關。使用者需設定所需的脈沖電壓、脈沖次數和脈沖寬度。高壓短脈沖利于細胞膜的穿孔，減小穿孔過程產生的熱量，低壓長脈沖對帶電物質產生電泳作用，有利于細胞外的物質進入細胞。
按脈沖的幅度電子穿孔儀分為高壓模式和低壓模式用于不同細胞的研究。根據體內、體外實驗需要的不同，穿孔儀的負載阻抗不同，因此需要不同的負載電流。

發明內容
本實用新型的目的是用方波電脈沖，使活細胞的細胞膜產生暫時的、可逆的微孔道的多功能方波電子穿孔儀。
本實用新型的技術方案是其框圖是控制電路分別與高頻電荷泵、儲能電容器2、高壓功率開關電路連接，儲能電容器1與高頻電荷泵連接，高頻電荷泵與儲能電容器2，儲能電容器2與高壓功率開關電路連接。
其電路圖是整流橋B1與儲能電容器C1連接，并通過開關S1連接變壓器輸入端，變壓器輸出端經穩壓二極管D1、濾波電感L1與儲能電容器C2連接，儲能電容器C2通過嵌位電阻R1、R2與開關S2連接，控制電路MCU1分別與開關S1、開關S2連接。
本實用新型的有益效果是本技術采用方波輸出方案，減少了電穿孔時產生的熱量，提高電子穿孔的成功率。
本技術采用采用微控制器對每個輸出波的參數進行單獨設置，可以滿足不同實驗的需要。
本技術采用兩個電容儲能電容，利用電荷泵原理，增大儲能電容器的有效值。
本技術利用電荷泵調節輸出方波脈沖的幅度，使高壓電穿孔模式和低壓電穿孔模式一體化。


圖1是本實用新型電路原理框圖；圖2是本實用新型電路圖；圖3是本實用新型電脈沖輸出波形圖；其中C是電容、R是電阻、L是電感、B是整流橋、D是二極管、S是開關、MCU是控制電路、T是變壓器。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型做進一步描述220V市電經整流器B1整流后給儲能電容器C1充電，儲能電容器C1上獲得300V左右的直流電壓。儲能電容器C1上的電荷經S1、T1、B2、D1、L1構成的高頻電荷泵給儲能電容器C2充電，儲能電容器C2的電壓值決定輸出脈沖的幅度。儲能電容器C2上的電壓經電阻R1、R2取樣后送入控制電路MCU1，控制電路MCU1對取樣的數據和設置的數據進行比較，根據比較的結果控制電荷泵中的開關S1，對C2上的電壓進行調整。儲能電容器C2在有脈沖輸出時，C2上的電壓可能急劇下降，只有C2上的電壓保持不變，電子穿孔儀才能輸出方波。為了使C2上的電壓必須及時補充C2流失的電荷，高頻電荷泵能迅速將儲能電容器C1上的電荷轉移到C2，這是即使市電沒有對C1充電，但C1上的大壓降，可提供很多的電荷。由于電荷泵的作用通過C1的大壓降，維持C2在脈沖輸出的過程中的電壓不變，使輸出脈沖的幅度不變。由于C1由市電經整流后充電，C1的充電周期是10mS，假設脈沖電流為I，脈沖周期為t，如果t小于10mS，C1可能沒有進行充電，要保持C2的電壓不變，C1給C2補充電荷Q，Q＝It＝C1ΔV，如果ΔV很大，C1的值可以較小。其結果是使儲能電容C1、C2的值選的較小，其等效電容增大。在輸出窄脈沖時，由于放電的時間短儲能電容器C2上的電壓下降幅度很小，在容許的范圍內。
控制電路MCU1根據設置參數調節儲能電容器C2上的電壓，既調節脈沖的幅度，控制電路MCU1控制根據設置的參數控制開關S2的開啟、關閉時間，用于調節輸出脈沖的寬度。由于采用電荷泵技術，對輸出脈沖的幅度，脈沖寬度可逐個脈沖設置。
權利要求1.一種多功能方波電子穿孔儀，其特征是控制電路分別與高頻電荷泵、儲能電容器(2)、高壓功率開關電路連接，儲能電容器(1)與高頻電荷泵連接，高頻電荷泵與儲能電容器(2)，儲能電容器(2)與高壓功率開關電路連接。
2.根據權利要求1所述的一種多功能方波電子穿孔儀，其特征是整流橋B1與儲能電容器C1連接，并通過開關S1連接變壓器輸入端，變壓器輸出端經穩壓二極管D1、濾波電感L1與儲能電容器C2連接，儲能電容器C2通過嵌位電阻R1、R2與開關S2連接，控制電路MCU1分別與開關S1、開關S2連接。
專利摘要一種多功能方波電子穿孔儀，屬于醫療器械技術領域，其特征是控制電路分別與高頻電荷泵、儲能電容器2、高壓功率開關電路連接，儲能電容器1與高頻電荷泵連接，高頻電荷泵與儲能電容器2，儲能電容器2與高壓功率開關電路連接。其有益效果是減少了電穿孔時產生的熱量，提高電子穿孔的成功率；可以滿足不同實驗的需要；利用電荷泵原理，增大儲能電容器的有效值；利用電荷泵調節輸出方波脈沖的幅度，使高壓電穿孔模式和低壓電穿孔模式一體化。
文檔編號A61N1/32GK2865739SQ20052002939
公開日2007年2月7日 申請日期2005年11月4日 優先權日2005年11月4日
發明者孫輝, 王金國, 單純玉, 任增貴 申請人:孫輝, 王金國, 單純玉, 任增貴