电穿孔简介
电弧穿孔效应
电弧穿孔效应电弧穿孔效应指的是在高压下，电弧通过电极与被穿孔材料之间的空气间隙中传导时，产生的高能量放电现象，使材料形成一个孔洞。
电弧穿孔效应广泛应用于金属切割、焊接和材料加工等领域。
本文将介绍电弧穿孔的原理、特点以及应用。
电弧穿孔的原理可概括为以下几个步骤：1. 电弧起弧：在电极与被穿孔材料之间形成空气间隙，引入高电压或电流，产生电弧。
2. 穿孔阶段：电弧对被穿孔材料产生高热能，使材料局部瞬间升温。
3. 材料蒸发：高温下，材料被直接蒸发或过热，形成喷流现象。
4. 穿孔结束：材料被蒸发或熔化形成孔洞，电弧断开。
电弧穿孔效应具有以下几个特点：1. 高能量：电弧在产生过程中释放出大量能量，导致材料瞬间升温，达到蒸发或熔化的温度。
2. 高速度：电弧传导速度快，瞬间形成高温区域，使材料快速蒸发或熔化。
3. 高精度：电弧可以控制在微小的区域内发生，穿孔过程可以精确控制孔洞的大小和形状。
4. 高效率：电弧穿孔过程快速且高效率，适用于批量生产和快速加工。
电弧穿孔效应在许多领域有着广泛的应用。
首先，它被广泛应用于金属切割。
通过控制电弧穿孔能量和电弧移动路径，可以将金属材料切割成所需的形状和尺寸，广泛应用于制造业、汽车工业和建筑业等领域。
电弧穿孔切割具有高效、精确和自动化等优势，大大提高了生产效率和产品质量。
其次，电弧穿孔效应也被应用于焊接。
在焊接过程中，电弧的穿孔效应可以用来穿透被焊接材料，使电流通过材料，从而形成良好的焊接接头。
这种方法在焊接厚板、管道和高合金材料等需要较大焊接深度的情况下尤为适用。
与传统的焊接方法相比，电弧穿孔焊接具有更高的焊接速度和更好的焊缝质量。
此外，电弧穿孔效应还被广泛应用于材料加工领域。
通过对电弧能量和电弧移动路径的控制，可以实现对不同材料的穿孔加工。
例如，在塑料加工中，电弧穿孔可以用来形成孔洞和通道，用于喷嘴和微型器件的制造。
在半导体加工中，电弧穿孔可以用来制作微细结构和微孔，用于集成电路和光学器件的制造。
细胞膜打孔的原理是什么
细胞膜打孔的原理是什么细胞膜打孔是一种用于将外部物质引入细胞或释放细胞内物质的技术。
它被广泛应用于生物医学研究、药物传递和基因治疗等领域。
细胞膜打孔的原理通常可以分为物理法、化学法和生物法。
物理法是通过机械手段破坏细胞膜的完整性，使细胞膜发生局部破裂或形成孔道，从而实现物质的进入或释放。
常用的物理法有电穿孔、超声波打孔和激光打孔。
电穿孔是利用脉冲电压或电流作用于细胞膜，产生高电场强度，使膜内外产生潮湿通道或孔道。
电流和电压的选择取决于目标细胞的类型和大小。
高电场强度可以使细胞膜发生局部破裂，形成临时孔道，因为破裂的孔道直径很小，所以它们通常被称为微孔。
微孔的大小可以通过控制电穿孔过程中的电流和电压进行调节。
实验者可以通过微孔引入药物、蛋白质或核酸等分子进入细胞内。
超声波打孔是将高能量超声波作用于细胞膜，引起细胞膜的起泡和破裂，形成孔道。
超声波能量的传递导致了细胞内外温度和压力的变化，使细胞膜发生变形，从而形成孔道。
超声波打孔时间和强度的选择取决于目标细胞的类型和大小。
激光打孔是将激光束聚焦到细胞膜上，产生高温和压力，使细胞膜发生破裂或局部烧伤，形成孔道。
激光打孔通常使用纳秒激光脉冲，因为纳秒级的激光脉冲可以使细胞膜快速加热并形成孔道，同时减少对周围组织的热损伤。
化学法是通过化学物质的作用来改变细胞膜的结构和通透性，从而实现物质的进入或释放。
常用的化学法有离子通道调节剂、界面活性剂和化学介导的穿孔。
离子通道调节剂是一类能够改变细胞膜离子通道活性和通透性的物质。
这些离子通道调节剂包括钙离子通道调节剂、钠离子通道调节剂和钾离子通道调节剂等。
通过调节这些离子通道的活性，可以改变细胞膜的稳定性和通透性，从而达到物质引入或释放的目的。
界面活性剂是一类能够干扰细胞膜结构的物质。
界面活性剂可以改变细胞膜的亲水性和疏水性，从而破坏细胞膜的完整性，形成孔道。
界面活性剂的选择取决于目标细胞的类型和大小，以及所需的孔道大小和稳定性。
电穿孔法转染细胞原理
电穿孔法转染细胞原理
电穿孔法转染细胞是一种常用的基因转染技术，它利用高压电脉冲破坏细胞膜，使外源DNA进入细胞内。
其原理如下：
1. 电场诱导细胞膜孔洞形成
电穿孔法转染细胞的第一步是利用高压电脉冲产生强电场，电场的作用下，细胞膜内部的离子和分子会发生移动，形成孔洞。
这些孔洞的大小和数量取决于电场的强度和持续时间。
2. DNA进入细胞内
一旦细胞膜形成了孔洞，外源DNA便可以通过孔洞进入细胞内。
这些DNA分子可以是裸露的质粒DNA，也可以是DNA与载体复合物。
3. 细胞修复孔洞
在电穿孔的过程中，细胞膜受到了破坏，但细胞会尽快修复这些孔洞。
细胞膜修复的过程中，外源DNA可能会被稳定地整合到细胞基因组中，从而实现基因转染。
总的来说，电穿孔法转染细胞利用高压电脉冲破坏细胞膜，使外源DNA进入细胞内，然后通过细胞修复孔洞的过程，使外源DNA整合到细胞基因组中。
这种技术可以用于基因敲除、基因表达、基因编辑等多种研究应用。
Bio-radMicroPulser电穿孔仪中文说明书
MicroPulser 电穿孔仪操作手册2018 年12 月27 日1、介绍（1 ）基本原理MicroPulser 电穿孔仪用于细菌、酵母和其他众多微生物的电击转化，转化时，高压电脉冲作用于悬浮在小体积高阻介质中的样品。
本系统由一个脉冲发生器（pulse generator ）模块、一个电击腔（shocking chamber ）和一个装有电极的电击杯（cuvette ）组成。
样本放置于电击杯的电极之间。
MicroPulser 模块包含一个电容器，将电容器充电至高电压，然后模块将电容器中的电流放电到试管中的样品中。
MicroPulser 的电容放电电路产生具有指数衰减波形的电脉冲，如下图。
当电容器放电至样品时，跨越电极的电压迅速上升至最大电压（or 峰值电压，peak voltage ；也称为初始电压，Vo ），并随时间（t ）减小，如下式：其中τ=R · C，为时间常数，是脉冲长度的简便表达式。
R 为电路电阻，单位为ohms （欧姆）。
C 为电容，单位为microfarad （微法拉）。
根据方程1 ，τ是电压下降至峰值电压1/e （~37% ）的时间。
MicroPulser 的内部电路被设计以使E.coli 、酿酒酵母及其他许多微生物可以得到最佳电穿孔，最佳转化效率发生在大约5ms 的时间常数内。
这些电穿孔条件是通过使用10 微法拉电容器和将600 欧姆电阻与样品池并联以及将30 欧姆电阻与样品池串联来实现的。
除时间常数外，电场强度是另一个决定转化效率的重要参数。
电场强度E，是施加于电极间的电压，公式为：其中，V 为施加的电压，d 为电极间的距离，单位为cm 。
电场强度和细胞的尺寸（size ）决定了横贯每个细胞的电压降，正是电压降可能是电穿孔中电压效应的重要表现。
30 欧姆串联电阻的目的是在发生电弧的情况下保护设备电路。
在正常操作条件下，当样本在高电阻介质中，电阻不会影响施加在样本上的电压。
电穿孔简介
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目录
• 电穿孔技术概述 • 电穿孔技术原理 • 电穿孔技术实验及数据分析 • 电穿孔技术优缺点及改进方案 • 电穿孔技术前景展望及未来发展趋势
01
CATALOGUE
电穿孔技术概述
技术定义
电穿孔技术是一种基于电场作用，在细胞膜上 形成瞬时孔道，从而改变细胞膜通透性，实现 物质跨膜转运和细胞融合的技术。
03
近年来，电穿孔技术的研究更 加深入，应用领域也更加广泛 。
技术应用领域
基因导入
电穿孔技术可将外源基因导入细胞内 ，为基因治疗和基因疫苗制备提供有 效手段。
药物输送
通过电穿孔技术，可将药物准确送达 靶细胞，提高药物治疗效果和降低副 作用。
疫苗制备
电穿孔技术可用于制备亚单位疫苗和 基因工程疫苗，提高疫苗的安全性和 有效性。
• 电穿孔（Electroporation）是一种基于电场诱导的细胞 膜可逆性穿孔技术，通过施加高强度电场，使细胞膜产生 可逆性穿孔，从而实现细胞膜的通透性改变、细胞内外的 物质交换以及细胞融合等生物效应。
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它利用高强度电场脉冲在细胞膜上诱导产生可 逆性孔道，允许原本不能透过细胞膜的物质进 入细胞内。
电穿孔技术可用于基因导入、药物输送、疫苗 制备等领域，具有高效、安全、可控等优点。
技术发展历程
01
电穿孔技术的发展经历了数十 年的研究历程，最早可追溯到 20世纪70年代。
02
早期的研究主要集中在实验室 内的基础研究，随着技术的不 断发展和完善，逐渐应用于临 床研究和实际应用。
04
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电穿孔技术优缺点及改进方案
电穿孔技术优缺点及改进方案
电穿孔技术
电穿孔技术电穿孔技术，也被称为EDM（Electrical Discharge Machining），是一种现代化的加工技术，使得在一些传统的机械加工中无法完成的工作得以顺利完成。
利用电极在工件上形成电火花腐蚀的原理来进行加工，从而达到高精度、高效率、高效益的加工效果。
电穿孔技术应用非常广泛，如航空、航天、汽车、电子等行业。
在制造精密模具、夹具和各种工件上的金属或钨钢类材料方面，电穿孔技术是非常重要的一项技术。
相比于传统的机械加工，电穿孔技术有许多独特的优势。
首先，它具有高精度。
通过电极的电火花腐蚀，将工件轮廓精确地加工出来，偏差在微米级别、行业内称为“光洁”。
其次，电穿孔技术可以处理复杂的几何形状和深孔。
通过控制电极与工件之间的间隙，能够处理到一定深度的孔洞或复杂形状的图案。
此外，电穿孔技术也可以处理各种材料。
电极材料多为铜、铜合金，在电腐蚀过程中不会产生热变形和残余应力，可以处理各种难加工材料如齿轮，金属玻璃，钼合金等。
不难想象，电穿孔技术在各种制造产业中的广泛应用，使得未来的产品将更为精密、更加复杂，为人们带来更大的生活便利和实用价值。
对于学习和从事电穿孔技术的人来说，需要首先学习电穿孔机的结构、原理、工艺以及电极的制作、选择和保护。
与此同时，还需了解加工过程中的危险及预防措施，例如对于待加工工件形成的火花必须通过吸排或者灭火器及时处理。
总之，电穿孔技术的出现和发展，将为各行各业的生产制造带来巨大的变化。
对于正在从事或准备从事电穿孔技术的人来说，了解和掌握该技术的各个方面，将有助于更好的应用和实践，提高生产效率和制造质量。
电穿孔法步骤
电穿孔法步骤
电穿孔法呀，这可是个挺有意思的技术呢！咱就来说说它的那些步骤吧。
你看啊，就像我们要做一道特别的菜一样。
首先得把需要处理的细胞啥的准备好呀，这就好比准备做菜的食材，得新鲜、得合适。
然后呢，把这些细胞放在一个特定的容器里，就像把食材放在锅里一样。
接下来，就是关键的一步啦！要给这个容器加上电场，这电场就像是给细胞来一场特别的“洗礼”。
哎呀，你想想，这细胞在电场里，是不是有点像在风雨中接受洗礼的小花朵呀！它们会在这个电场的作用下，发生一些奇妙的变化呢。
这时候可不能马虎呀，得把握好电场的强度和时间，太强了不行，太弱了也没效果，时间长了不行，短了也不行。
这就跟做饭火候似的，得恰到好处。
等电场作用完了，这些细胞就好像经历了一场特别的冒险。
然后呢，我们就可以观察它们的变化啦，看看是不是达到了我们想要的效果。
你说这电穿孔法是不是很神奇呀？就这么几个步骤，却能让细胞发生那么大的变化。
这就像是变魔术一样，只不过这个魔术是为了科学，为了帮助我们更好地了解和利用细胞。
其实呀，做任何事情不都像电穿孔法一样嘛，都需要认真对待每一个步骤，不能有丝毫的马虎。
就像盖房子，得一块砖一块砖地垒起来，少了哪一块都不行。
电穿孔法也是这样，每一个环节都很重要，都得精心呵护。
所以呀，我们在做实验的时候，可一定要细心细心再细心，不能有一点差错。
这可关系到我们的研究成果呀，关系到我们能不能取得好的结果。
总之呢，电穿孔法就是这么神奇又有趣，只要我们认真对待，就一定能让它发挥出最大的作用！。
细胞融合技术—电穿孔和电融合技术
细胞融合技术—电穿孔和电融合技术
电穿孔技术
教材研究：细胞融合技术有多种，如灭活的病毒、聚⼄⼆醇、电刺激等，那么，物理⽅法中的电刺激技术是怎么样的呢？
⼀、电穿孔技术
当细胞置于⾮常⾼的电场中，细胞膜就变得具有通透性，能让外界的分⼦扩散进细胞内，这⼀现象称为电穿孔。
运⽤这⼀技术，许多物质，包括DNA、RNA、蛋⽩质、药物、抗体和荧光探针都能载⼊细胞。
作为⼀种基因转导⽅法，电穿孔已被⼴泛⽤于各种细胞类型，包括细菌、酵母、植物和动物细胞；⽽且，它还能作为注射⽅法（称为电注射），把各种外源物质引⼊活细胞。
与其他常⽤的导⼊外源物质的⽅法相⽐，电穿孔具有很多优点。
⾸先，不必象显微注射那样使⽤玻璃针，不需要技术培训和昂贵的设备，可以⼀次对成百万的细胞进⾏注射。
第⼆，与⽤化学物质相⽐，电穿孔⼏乎没有⽣物或化学副作⽤。
第三，因为电穿孔是⼀种物理⽅法，较少依赖细胞类型，因⽽应⽤⼴泛。
实际上，对⼤多数细胞类型，⽤电穿孔法基因的转移效率⽐化学⽅法⾼得多。
⼆、电融合技术
除了能使细胞膜具有通透性，让外界的分⼦扩散⼊胞液中以外，⾼强度的电场脉冲也能引起细胞融合，这⼀现象叫做电融合。
然⽽，在⽤电脉冲融合前必须使细胞相互紧密接触，这⼀电融合⽅法在原⽣质融合制取杂交植物，胚胎细胞相互融合制备动物克隆⽅⾯⾮常有⽤，尤其在制取杂交瘤细胞制备单克隆抗体⽅⾯⽤处很⼤。
⼏个实验室已证明使⽤电场电融合效率⽐常规的化学融合⽅法⾼10到100倍，最近，贴壁细胞的电融合还被⽤来研究细胞融合时细胞的⾻架成分和细胞器的动⼒学重排。
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1. Exponential protocol 2. Time constant protocol 3. Square wave protocol 4. Pre-set protocols > 5. User protocols
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< 6. Last pulse 7. Optimize 8. Data management 9. Measurements
如果样品量很少的话，那么产生的热量会使得样品蒸发
如果由于样品的低电阻而产生电弧，那么GPX会给出提示， 并不能提供脉冲
特点: 模块化设计
系统部件
PC模块 CE模块
主机 ShockPod电击槽
特点: 友好的操作界面
图表化的操作界面可以设置所有的实验参数，包括附属模块的参数
特点: 可选择的程序设置
特点: PulseTrac电路和电弧保护
PulseTrac电路确保样品上所加电压的精确度 将CE模块中的低压电容器的精度从20%提高到10% 电容器的校正方便，确保每次脉冲的精确，并且能修正随着使用而产生的电容器
指标的偏差 在每次脉冲前就能预测样品的电阻 当脉冲或电路中断时，可进行安全的放电，确保安全 电弧保护设计，确保设备和样品的安全
什么是电弧保护?
Ions collect above sample
在电击杯中出现电阻特别小的区域时，就会形成短路，产生 电弧。样品缓冲液中的离子成分就会造成电弧现象
只要上述电阻突然变小的情况被检测到，那么电流就不会经 过样品
电弧保护就是在存在短路的情况下，使电流不经过样品，确 保样品不受强电流的损伤
将细胞和外源DNA混合后一起放在电击杯内
电击杯被加上电压后，细胞膜进行重排，细胞表 面出现很多小孔
外源DNA分子通过上述形成的小孔进行细胞内部
当外界的电场撤消后，细胞膜表面的小孔重新关 闭，这时阻止外界的分子再进入细胞
Gene Pulser Xcell
电穿孔系统
主要的优点、特点
提供指数波和方波2种电穿孔条件，可对任何的真核细胞、原核细胞的电转染实验条件进行优化 采用Bio-Rad专利的 PulseTrac电路和电弧保护设计，可确保实验的重复性并保护样品 模块化的设计可方便用户根据不同的实验要求进行选择 友好的数字化界面，可直观的编程控制所有的参数，包括附属模块的参数 提供多种操作模式，包括手动设置、预设模式、用户编程等多种方式
并联电阻
方波
电容器的指数放电过程中被截止后就会形成 方波，其时间常数远大于脉冲时间
脉冲时间就是细胞被放电的时间
脉冲是可以被反复释放的，在低压回路最多 可以重复10次，在高压回路最多可以重复2 次
脉冲的间隔时间就是指2个脉冲间的时间 脉冲下降是指终止电压和起始电压值之间的
差值
GPX和方波
高电压回路: 一次充电，一次脉冲。在下一次脉冲前，电容器需要重新充电 最多只能进行2次脉冲，脉冲时间为0.05 – 5msec，脉冲间隔为5-30sec
低电压回路: 该电路是可调的，因此可一次充电，进行多次的脉冲 最多可进行10次脉冲，脉冲时间为0.05-100msec，脉冲间隔为 0.1 – 10 sec
电场强度 E (V/cm) 是用来描述电击杯外界电场环境 的一个参数（E=V/d）
脉冲时间是一般用时间常数来进行衡量 (~37% of V0， V0/e)
脉冲的时间是由电阻和电容的大小所决定的
GPX和指数波
GPX产基生本指电数路 波的电路结构
Charger 充电回路
电容器 放电回路
3ohm 电阻 电击杯
电穿孔简介 Gene Pulser Xcell
电穿孔的工作原理是什么?
电穿孔的基本原理是将细胞置于一个瞬时的高电场的环境中，此高电场的环境使 得细胞膜的表面出现很多小孔，这种条件下细胞膜对于环境中分子的透性大大增 加，这样就可以将外源分子进入细胞。
利用上述的原理，那么采用电穿孔的方法就可将DNA等其他类的生物分子导入细 胞内部进行研究，如蛋白分子、糖类分子等等。
主要的优点、特点：2种波型
电穿孔的过程中可以有2种波型来控制外界电压的变化
The Gene Pulser Xcell可以提供2种波型，即指数波和方波
Exponential Decay
电容器充电到预定的电压(v0)放电后，即向样品释放 脉冲，细胞表面的电压随时间按指数方式下降的
电容器的电压值达到峰值释放脉冲后迅速的衰减
10. User preferences
1. 指数波
程序显示
结果显示
2. 时间常数确定的指数波形式
GPX和指数波
GPX产充生电指数波的电路结构
Charger
电容器
3ohm 电阻r 电击杯
充电回路
放电回路
根据具体电压及电容的选择，可以采用主单元或者CE模块对电容进行充电
GPX和指数波
GPX产生指数波的电路结构
放电
Charger 充电回路
电容器r 放电回路
The charge is delivered to the cuvette
3ohm 电阻 电击杯
PulseTrac 电路是如何确保每次实验电压的 精确度及实验的重复性
在每次放电前， PulseTrac电路都会预测整个放电回路的电阻值，并计算得到应该加在电容器上的 电压，确保放电后样品上获得的电压和理论电压值的一致
在放电回路中3欧姆的电阻可以起到减小回路中电流的作用，适当的保护样品
注意： PulseTrac 回路技术是Bio-Rad公司的专利技术，其他任何厂家都不能提供
PC模块的结构与原理?
电流会经过电阻最小的通路
PC模块中的电阻决定了脉冲过程中的时间常数，电阻越小，放电时间越短
3ohm 电阻r
Charger
电容器
Cuvette
充电回路
放电回路
PC模块
当样品的电阻远远大于PC模块的电阻时，则PC模于物理的方法，不采用任何化学试剂，因此不会对细胞产生损伤 操作方便 低毒性 高的转染效率 使用于种类广泛的细胞
电穿孔的主要应用
导入标记基因，起到标记、指示的作用 导入具体的功能基因进行研究 导入药物、蛋白、抗体等其他分子对细胞的结构和功能进行研究
具体的工作原理?