CN115449480A - 电转染装置及方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种电转染装置及方法。电转染装置包括：第一脉冲发生电路，用于提供第一脉冲电压；第二脉冲发生电路，用于提供第二脉冲电压，第二脉冲电压与第一脉冲电压对应不同的电压范围；电泳电源电路，用于提供电泳电压；控制电路，与第一脉冲发生电路、第二脉冲发生电路和电泳电源电路连接，用于控制第一脉冲发生电路或第二脉冲发生电路处于工作状态，以为负载提供电转染所需的脉冲电压，以及控制电泳电源电路的工作状态，以为待导入细胞的物质提供电泳电压。本申请实施例通过多个脉冲发生电路可以提供不同电压范围的脉冲，有助于增加电转染装置可转染细胞的种类。

Description

电转染装置及方法

技术领域

本申请涉及细胞转染技术领域，更为具体的，涉及一种电转染装置及方法。

背景技术

细胞转染技术是指将外源基因(如DNA、RNA等)导入真核细胞的技术。电转染技术作为一种细胞转染技术，广泛应用于生命科学研究和药物研究领域。但是，不同种类的细胞进行电转染所需的脉冲电压可能并不相同。因此，相关技术提出的电转染装置可能无法同时适用于多种细胞的电转染过程。

发明内容

本申请提供一种电转染装置及方法。下面对本申请实施例涉及的各个方面进行介绍。

第一方面，本申请实施例提供一种电转染装置，电转染装置包括：第一脉冲发生电路，用于提供第一脉冲电压；第二脉冲发生电路，用于提供第二脉冲电压，第二脉冲电压与第一脉冲电压对应不同的电压范围；电泳电源电路，用于提供电泳电压；控制电路，与第一脉冲发生电路、第二脉冲发生电路和电泳电源电路连接，用于控制第一脉冲发生电路或第二脉冲发生电路处于工作状态，以为负载提供电转染所需的脉冲电压，以及控制电泳电源电路的工作状态，以为待导入细胞的物质提供电泳电压。

第二方面，本申请实施例提供一种电转染方法，电转染方法应用于电转染装置，电转染方法应用于电转染装置，电转染装置包括第一脉冲发生电路、第二脉冲发生电路、电泳电源电路和控制电路，第一脉冲发生电路用于提供第一脉冲电压，第二脉冲发生电路用于提供第二脉冲电压，第二脉冲电压与第一脉冲电压对应不同的电压范围，电泳电源电路用于提供电泳电压，电转染方法包括：控制第一脉冲发生电路或第二脉冲发生电路处于工作状态，以为负载提供电转染所需的脉冲电压，以及控制电泳电源电路处于工作状态，以为待导入细胞的物质提供所需的电泳电压。

本申请实施例通过多个脉冲发生电路可以提供不同电压范围的脉冲，有助于增加电转染装置可转染细胞的种类。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种电转染装置的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的一种电转染装置的电路示意图。

图3为本申请实施例提供的电转染装置200的充电状态示意图。

图4为本申请实施例提供的第一脉冲发生电路21的正极性脉冲电压输出状态的示意图。

图5为本申请实施例提供的第一脉冲发生电路21的负极性脉冲电压输出状态的示意图。

图6为本申请实施例提供的第二脉冲发生电路22的正极性脉冲电压输出状态的示意图。

图7为本申请实施例提供的第二脉冲发生电路22的负极性脉冲电压输出状态的示意图。

图8为本申请实施例提供的电泳电源电路24的工作示意图。

图9为本申请实施例提供的第一脉冲发生电路21工作过程的相关波形示意图。

图10为本申请实施例提供的第二脉冲发生电路22工作过程的相关波形示意图。

图11为本申请实施例提供的一种电转染方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

细胞转染技术是指将外源基因(如DNA、RNA等)导入真核细胞的技术。随着分子生物学和细胞生物学研究的不断发展，转染技术广泛应用于生命科学研究领域、药物研发、新药开发等领域。

细胞转染方法主要包括物理方法和化学方法。其中，物理方法包括电转染、显微注射和基因枪粒子递送等方法。电转染方法也可以称为细胞电穿孔法或电穿孔转染，在一些情况下，还可以简称电穿孔。

电转染可以通过电场作用于细胞几微秒到几毫秒之后，在细胞膜上暂时形成小孔或开口，把大分子如DNA等导入细胞并最终进入胞核。在一些实现方式中，电转染过程可以简述如下：首先，通过电转染装置可以对细胞进行电击，使得细胞膜上出现穿孔；其次，质粒可以与细胞膜接触，并与细胞膜上穿孔的区域形成一种可转移的复合物；最后，电转染装置对细胞再次进行电击后，质粒可以脱离复合物并扩散至胞质内，开始瞬转，同时小部分质粒可以进入核内与染色体整合，开始稳转。一旦DNA等物质扩散进入细胞，细胞膜上的小孔可以自动闭合。

在电转染的过程中，通常可以采用脉冲电压对细胞进行电击。但是，不同的细胞进行电转染所需的脉冲电压可能并不相同。不同种类的细胞进行电转染所需的脉冲电压对应的电压范围也可能不同。例如，细菌、真菌、酵母菌电转染所需要的脉冲电压为1000V～3000V。又如，动植物细胞所需要的脉冲电压为100V～800V。

相关技术中的电转染装置只能为某一种或某一类细胞提供电转染所需的脉冲电压。例如，一种电转染装置可以为细菌、真菌、酵母菌提供电转染所需的脉冲电压。又如，另一种电转染装置可以为动物细胞提供电转染所需的脉冲电压。由于相关技术中的电转染装置的输出脉冲电压范围有限，因此该电转染装置无法同时适用于细菌、真菌、酵母菌、动物细胞等细胞。

为了解决上述问题，本申请实施例通过多个脉冲发生电路提供不同的电压范围，有助于增加电转染装置可转染细胞的种类。

图1为本申请实施例提供的一种电转染装置的结构示意图。电转染装置100可以为能够为细胞转染提供所需脉冲电压的装置。因此，待转染的细胞可以称为电转染装置100的负载。在一些实施例中，待转染的细胞承载于容器中，可以将容器和其承载的细胞称为电转染装置100的负载。

电转染装置100可以包括多个脉冲发生电路，以提供多种脉冲电压。本申请实施例以电转染装置100包括两个脉冲发生电路为例，对电转染装置100的各个部分进行介绍。

参见图1，电转染装置100包括第一脉冲发生电路110、第二脉冲发生电路120、电泳电源电路130和控制电路140。

第一脉冲发生电路110和第二脉冲发生电路120可以为待转染的细胞提供转染所需的脉冲电压。第一脉冲发生电路110可以提供第一脉冲电压。第一脉冲电压可以根据负载所需的电转染电压确定。例如，第一脉冲电压可以为一个具体的电压值。第一脉冲电压也可以对应一个电压范围。在一些实施例中，第一脉冲发生电路110提供的第一脉冲电压可以为3000V。该第一脉冲电压对应的电压范围可以为-3000V～3000V。第一脉冲发生电路110可以为细菌、真菌、酵母菌的电转染提供所需的脉冲电压。

第二脉冲发生电路120用于提供第二脉冲电压。第二脉冲电压可以为一个具体的电压值。第二脉冲电压也可以对应一个电压范围。其中，第二脉冲电压与第一脉冲电压对应不同的电压范围。在一些实施例中，第二脉冲发生电路120提供的第二脉冲电压可以为800V。该第二脉冲电压对应的电压范围可以为-800V～800V。第二脉冲发生电路120可以为动物细胞和植物细胞的电转染提供所需的脉冲电压。

如前文所述，细胞转染是通过对细胞进行电击，以将质粒等物质导入细胞内部。质粒等待导入细胞的物质通常是带电粒子。因此，电转染装置还可以包括电泳电源电路130。电泳电源电路130可以为待导入细胞的物质提供电泳电压。在电泳电压的作用下，待导入细胞的物质的泳动速度可以提高，从而可以增加其进入细胞内部的概率。作为一种实现方式，电泳电源电路130可以在采用脉冲对细胞进行电击之后，为负载提供电泳电压。

作为一种实现方式，电泳电源电路130输出的电泳电压可以包括正极性电泳电压和负极性电泳电压。相应地，电泳电源电路130的工作状态可以包括正极性电泳电压输出状态和负极性电泳电压输出状态。在一些实现方式中，根据待导入细胞的物质的电极性，可以确定电泳电源电路的工作状态。在另一些实现方式中，电泳电源电路输出的电泳电压可以根据负载的特性确定。例如，根据待转染的细胞种类、待导入细胞的物质或者承载细胞的缓冲液可以确定电泳电源电路输出的电泳电压。作为一个示例，电泳电源电路130输出的电泳电压可以为50V，以对动植物细胞进行电转染。作为另一个示例，电泳电源电路130输出的电泳电压可以为300V，以对细菌等细胞进行电转染。

第一脉冲发生电路110、第二脉冲发生电路120以及电泳电源电路130可以通过控制电路140进行控制。在一些实现方式中，控制电路140可以控制第一脉冲发生电路110或第二脉冲发生电路120处于工作状态，以为负载提供电转染所需的脉冲电压。例如，控制电路140可以控制第二脉冲发生电路120处于非工作状态，第一脉冲发生电路110处于工作状态以为负载提供电转染所需的脉冲电压。又如，控制电路140可以控制第一脉冲发生电路110处于非工作状态，第二脉冲发生电路120处于工作状态以为负载提供电转染所需的脉冲电压。在另一些实现方式中，控制电路140可以控制电泳电源电路130处于工作状态，以为负载提供电泳电压。例如，控制电路140可以控制电泳电源电路130处于正极性工作状态，以为负载提供正极性的电泳电压。又如，控制电路140可以控制电泳电源电路130处于负极性工作状态，以为负载提供负极性的电泳电压。

在一些实施例中，根据负载电转染所需的脉冲电压，控制电路140可以确定第一脉冲发生电路110和第二脉冲发生电路120是否处于工作状态。例如，负载电转染所需的脉冲电压在第一脉冲发生电路110提供的第一脉冲电压对应的电压范围内，则控制电路140可以控制第一脉冲发生电路110处于工作状态。又如，负载电转染所需的脉冲电压在第二脉冲发生电路120提供的第二脉冲电压对应的电压范围内，则控制电路140可以控制第二脉冲发生电路120处于工作状态。在另一些实施例中，控制电路140可以根据用户需求确定第一脉冲发生电路110和第二脉冲发生电路120是否处于工作状态。

本申请实施例通过多个脉冲发生电路提供不同电压范围的脉冲，有助于增加电转染装置可转染细胞的种类。

第一脉冲电压和/或第二脉冲电压可以为单极性脉冲电压，也可以为双极性脉冲电压。也就是说，第一脉冲发生电路110和/或第二脉冲发生电路120输出的脉冲可以为正极性脉冲，也可以包括正极性脉冲和负极性脉冲。

在电转染过程中，细胞的细胞膜受到电击后会暂时形成小孔或开口。在一些实施例中，细胞在正极性脉冲的电击下形成的小孔或开口和在负极性脉冲的电极下形成的小孔或开口可能不同。而小孔或开口的数量增多，质粒等物质进入细胞的概率可能会增大。

因此，为了提高细胞电转染的成功率，电转染装置输出的脉冲可以为双极性脉冲。也就是说，第一脉冲发生电路110和/或第二脉冲发生电路120输出的脉冲可以包括正脉冲和负脉冲。相应的，第一脉冲发生电路110和第二脉冲发生电路120中的至少一个脉冲发生电路的工作状态包括正极性脉冲电压输出状态和负极性脉冲电压输出状态。

上述至少一个脉冲发生电路可以称为双极性脉冲发生电路。控制电路140还可以控制双极性脉冲发生电路在正极性脉冲电压输出状态和负极性脉冲电压输出状态之间切换。例如，控制电路140可以控制双极性脉冲发生电路从正极性脉冲电压输出状态切换至负极性脉冲电压输出状态。又如，控制电路140可以控制双极性脉冲发生电路从负极性脉冲电压输出状态切换至正极性脉冲电压输出状态。

脉冲发生电路实现双极性输出的方式有多种。作为一种实现方式，上述至少一个脉冲发生电路中的每个脉冲发生电路可以包括正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路，通过控制正极性脉冲电源输出电路工作可以实现正极性脉冲输出，控制负极性脉冲电源输出电路工作可以实现负极性脉冲输出。例如，正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路可以分别连接在所述负载的两端，控制电路140可以控制正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路交替工作。作为一个示例，正极性脉冲电源输出电路可以连接在负载的正极，负极性脉冲电源输出电路可以连接在负载的负极。当双极性脉冲发生电路处于正极性脉冲输出状态时，控制电路140可以控制正极性脉冲输出电路工作，负极性脉冲输出电路不工作。当双极性脉冲发生电路处于负极性脉冲输出状态时，控制电路140可以控制负极性脉冲输出电路工作，正极性脉冲输出电路不工作。

产生脉冲的方式有多种，脉冲发生电路的结构也包括多种。例如，可以通过电源的间歇性供电产生脉冲，也可以通过储能元件的间歇性供电产生脉冲。又如，可以通过数字芯片产生脉冲，进而通过放大电路可以将脉冲的电压放大至负载所需的电压。

作为一种实现方式，可以通过电容的放电过程产生脉冲。在利用电容产生脉冲之前，需要先对电容进行充电。也就是说，双极性脉冲输出电路的工作状态还包括充电状态。

在一些实施例中，正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路均可以包括多个电容。当电转染装置处于充电状态时，正极性脉冲电源输出电路中的多个电容可以处于并联状态，负极性脉冲电源输出电路中的多个电容也可以处于并联状态。当电转染装置处于正极性或负极性脉冲电压输出状态时，对应的正极性或负极性脉冲电源输出电路中的电容可以处于串联状态。

作为一种实现方式，正极性脉冲电源输出电路可以包括第一电容组件和第一开关组件。当正极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，控制电路140可以利用第一开关组件控制第一电容组件处于并联状态；当正极性脉冲电源输出电路处于正极性脉冲电压输出状态时，控制电路140可以利用第一开关组件控制第一电容组件处于串联状态。

负极性脉冲电源输出电路可以包括第二电容组件和第二开关组件，当负极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，控制电路140可以利用第二开关组件控制第二电容组件处于并联状态；当负极性脉冲电源输出电路处于负极性脉冲电压输出状态时，控制电路140可以利用第二开关组件控制第二电容组件处于串联状态。

在不同的工作状态下，电转染装置通过第一电容组件和第二电容组件连接关系的改变，可以降低对第一电容组件和第二电容组件的充电电源的电压需求，同时可以降低第一电容组件和第二电容组件中每个电容的耐压等级。此外，充电电源电压的降低以及电容耐压等级的降低可以进一步地降低电转染装置的成本和体积。例如，正极性脉冲电源输出电路输出的脉冲电压为3000V，正极性脉冲电源输出电路可以采用10个电容，则电容耐压等级的要求为大于300V，充电电源的电压可以为300V。

在一些实施例中，双极性脉冲生成电路输出的正极性脉冲和负极性脉冲的电压值是相同的。例如，正极性脉冲电压为3000V，负极性脉冲电压为-3000V。正极性脉冲和负极性脉冲的电压值均为3000V。因此，正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路可以共用同一个电源，有助于减小电转染装置的体积。作为一个示例，第一脉冲发生电路110中的正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路可以采用第一电源进行充电。第二脉冲发生电路120中的正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路可以采用第二电源进行充电。

在另一些实施例中，正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路可以采用不同的电源。因此，正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路不需要共地，两个系统可以相互悬浮。作为一个示例，第一脉冲发生电路110中的正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路可以分别采用第一电源、第三电源进行充电。第二脉冲发生电路120中的正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路可以分别采用第二电源、第四电源进行充电。

脉冲发生电路的输出脉冲宽度也是影响转染效率的因素之一。作为一种实现方式，第一脉冲发生电路输出脉冲的宽度可以为10μs～60μs，第二脉冲发生电路的输出脉冲的宽度可以为20μs～100μs。电泳电源电路输出电泳电压的持续时间可以为20ms～200ms，也可以为20ms～500ms。

图2为本申请实施例提供的一种电转染装置的电路示意图。电转染装置200可以包括第一脉冲发生电路21、第二脉冲发生电路22、电源23、电泳电源电路24、负载25以及控制电路(图中未示出)。

参见图2，第一脉冲发生电路21可以包括正极性脉冲电源输出电路211、负极性脉冲电源输出电路212以及二极管DH1-1、DH1-2、DH2-1、DH2-2。第二脉冲发生电路22可以包括正极性脉冲电源输出电路221和负极性脉冲电源输出电路222。电源23可以包括正极性支路电源231和负极性支路电源232。正极性支路电源231可以包括第一电源2311(即图中所示的DC1)，用于为第一脉冲发生电路的正极性脉冲电源输出电路211提供充电电源。正极性支路电源231还可以包括第二电源2312(即图中所示的DC2)，用于为第二脉冲发生电路的正极性脉冲电源输出电路221提供充电电源。负极性支路电源232可以包括第三电源2321(即图中所示的DC3)，用于为第一脉冲发生电路的负极性脉冲电源输出电路212提供充电电源。负极性支路电源232还可以包括第四电源2322(即图中所示的DC4)，用于为第二脉冲发生电路的负极性脉冲电源输出电路222提供充电电源。电泳电源电路24可以包括第五电源(即图中所示的DC5)。

图3为本申请实施例提供的电转染装置200的充电状态示意图。图4为本申请实施例提供的第一脉冲发生电路21的正极性脉冲电压输出状态的示意图。图5为本申请实施例提供的第一脉冲发生电路21的负极性脉冲电压输出状态的示意图。图6为本申请实施例提供的第二脉冲发生电路22的正极性脉冲电压输出状态的示意图。图7为本申请实施例提供的第二脉冲发生电路22的负极性脉冲电压输出状态的示意图。图8为本申请实施例提供的电泳电源电路24的工作示意图。图9为本申请实施例提供的第一脉冲发生电路21工作过程的相关波形示意图。图10为本申请实施例提供的第二脉冲发生电路22工作过程的相关波形示意图。

后文结合图2至图10，以第一脉冲发生电路21提供的第一脉冲电压对应的电压范围为-3000V～3000V、第二脉冲发生电路22提供的第二脉冲电压对应的电压范围为-800V～800V、电泳电源电路的输出为负极性电压为例，对电转染装置200的电路结构和原理进行详细介绍。在一些实施例中，第一脉冲发生电路21也可以称为高压脉冲发生电路，第二脉冲发生电路22也可以称为低压脉冲发生电路。

电转染装置200中的第一脉冲发生电路21和第二脉冲发生电路22的工作状态均可以包括正极性脉冲电压输出状态和负极性脉冲电压输出状态。作为一种实现方式，第一脉冲发生电路21和第二脉冲发生电路22均可以包括正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路。

为了方便描述，后文将第一脉冲发生电路21中正极性脉冲电源输出电路211包含的电容组件称为第一电容组件，开关组件称为第一开关组件；第一脉冲发生电路21中负极性脉冲电源输出电路212包含的电容组件称为第二电容组件，开关组件称为第二开关组件。将第二脉冲发生电路22中正极性脉冲电源输出电路221包含的电容组件称为第三电容组件，开关组件称为第三开关组件；第二脉冲发生电路22中负极性脉冲电源输出电路222包含的电容组件称为第四电容组件，开关组件称为第四开关组件。

正极性脉冲电源输出电路211中第一电容组件可以包括4个电容，分别为CH1-1、CH1-2、CH1-3和CH1-4。正极性脉冲电源输出电路211中第一开关组件可以包括8个开关。作为一种实现方式，第一开关组件可以由MOS管组成。正极性脉冲电源输出电路211中第一开关组件可以包括SH1-(1～8)。也就是说，正极性脉冲电源输出电路211中第一开关组件可以包括SH1-1、SH1-2、SH1-3、SH1-4、SH1-5、SH1-6、SH1-6和SH1-8。

负极性脉冲电源输出电路212中第二电容组件可以包括4个电容，分别为CH2-1、CH2-2、CH2-3和CH2-4。负极性脉冲电源输出电路211中第二开关组件可以包括8个开关。作为一种实现方式，第二开关组件可以由MOS管组成。负极性脉冲电源输出电路212中第一开关组件可以包括SH2-(1～8)。

正极性脉冲电源输出电路221中第三电容组件可以包括2个电容，分别为CL1-1和CL1-2。正极性脉冲电源输出电路221中第三开关组件可以包括4个开关。作为一种实现方式，第三开关组件可以由MOS管组成。正极性脉冲电源输出电路221中第三开关组件可以包括SL1-(1～4)。

负极性脉冲电源输出电路222中第四电容组件可以包括2个电容，分别为CL2-1和CL2-2。负极性脉冲电源输出电路222中第四开关组件可以包括4个开关。作为一种实现方式，第四开关组件可以由MOS管组成。负极性脉冲电源输出电路222中第四开关组件可以包括SL2-(1～4)。

电泳电源电路24可以包括开关器件和第五电源。作为一种实现方式，开关器件可以为MOS管(如图2中所述的MOS管SDC)。

作为一种实现方式，电转染装置的工作状态依次为充电状态、正极性脉冲输出状态、负极性脉冲输出状态以及电泳电压输出状态。

参见图3，电转染装置200处于充电状态。其中，控制电路可以控制MOS管SL1-(3～4)、SH1-(5～8)、SL2-(3～4)、SH2-(5～8)处于闭合状态，其余MOS管均处于断开状态。此时，第一电源DC1和第三电源DC3可以分别对CH1-(1～4)和CH2-(1～4)进行充电。第二电源DC2和第四电源DC4可以分别对CL1-(1～2)和CL2-(1～2)进行充电。充电结束后，电容CH1-(1～4)上的电压均为V1，电容CH2-(1～4)上的电压均为V3，电容CL1-(1～2)上的电压均为V2，电容CL2-(1～2)上的电压均为V4。

后文以V1和V3电压值相同，V2和V4电压值相同为例，对电转染装置的工作过程继续进行介绍。

参见图4，电转染装置200处于第一脉冲发生电路21的正极性脉冲电压输出状态。也就是说，正极性脉冲电源输出电路211处于工作状态。控制电路可以控制MOS管SL1-(3～4)、SH1-(1～4)、SL2-(3～4)、SH2-(5～8)处于闭合状态，其余MOS管处于断开状态。此时，电转染装置200可以为负载RL两端提供电压为+4V1的正极性脉冲。

参见图5，电转染装置200处于第一脉冲发生电路21的负极性脉冲电压输出状态。也就是说，负极性脉冲电源输出电路212处于工作状态。控制电路可以控制MOS管SL1-(3～4)、SH1-(5～8)、SL2-(3～4)、SH2-(1～4)处于闭合状态，其余MOS管处于断开状态。此时，电转染装置200可以为负载RL两端提供电压为-4V1的负极性脉冲。

在一些实施例中，第一脉冲发生电路21输出脉冲的持续时间可以为10μs～60μs。电转染装置200可以用于需要高压脉冲的细菌、真菌、酵母菌等的电转染。

参见图6，电转染装置200处于第二脉冲发生电路22的正极性脉冲电压输出状态。也就是说，正极性脉冲电源输出电路221处于工作状态。控制电路可以控制MOS管SL1-(1～2)、SH1-(5～8)、SL2-(3～4)、SH2-(5～8)处于闭合状态，其余MOS管处于断开状态。此时，电转染装置200可以为负载RL两端提供电压为+2V2的正极性脉冲。

参见图7，电转染装置200处于第二脉冲发生电路22的负极性脉冲电压输出状态。也就是说，负极性脉冲电源输出电路222处于工作状态。控制电路可以控制MOS管SL1-(3～4)、SH1-(5～8)、SL2-(1～2)、SH2-(5～8)处于闭合状态，其余MOS管处于断开状态。此时，电转染装置200可以为负载RL两端提供电压为-2V2的负极性脉冲。

在一些实施例中，第二脉冲发生电路22输出脉冲的持续时间可以为20μs～100μs。电转染装置200可以用于需要低压脉冲的动物细胞、植物细胞等的电转染。

参见图8，电转染装置200处于电泳电压输出状态。也就是说，电泳电源电路24处于工作状态。控制电路可以控制MOS管SL1-(3～4)、SH1-(5～8)、SDC处于闭合状态，其余MOS管处于断开状态。此时，第五电源DC5可以通过MOS管SDC为负载RL两端提供V5的电泳电压。

在一些实施例中，电泳电源电路24的输出电压范围可以为50V以内，电泳电压的持续时间可以为20ms～200ms。电泳电源电路24可以为动植物细胞提供电泳电压。在另一些实施例中，电泳电源电路24的输出电压范围可以为300V以内，持续时间可以为20ms～500ms。电泳电源电路24可以为细菌等细胞提供电泳电压。

参见图9和图10，波形图901可以为第一脉冲发生电路21中电容两端的电压波形图。波形图1001可以为第二脉冲发生电路22中电容两端的电压波形图。波形图902至910依次可以为电泳电源电路中MOS管SDC、MOS管SL1-(1～2)、MOS管SL1-(3～4)、MOS管SH1-(1～4)、MOS管SH1-(5～8)、MOS管SL2-(1～2)、MOS管SL2-(3～4)、MOS管SH2-(1～4)和MOS管SH2-(5～8)的驱动波形图。也就是说，控制电路可以根据波形图902至910对电转染装置200中的开关组件进行驱动控制。

波形图911为电转染装置200的工作状态包括充电状态、第一脉冲发生电路21正极性脉冲输出状态、第一脉冲发生电路21负极性脉冲输出状态以及电泳电压输出状态时，电转染装置200为负载RL两端提供的脉冲波形图。其中，控制电路可以控制第一脉冲发生电路21的正极性脉冲输出状态和负极性脉冲输出状态交替切换两次。

波形图1011为电转染装置200的工作状态包括充电状态、第二脉冲发生电路22正极性脉冲输出状态、第二脉冲发生电路22负极性脉冲输出状态以及电泳电压输出状态时，电转染装置200为负载RL两端提供的脉冲波形图。其中，控制电路可以控制第二脉冲发生电路22的正极性脉冲输出状态和负极性脉冲输出状态交替切换两次。

结合图3至图10，0-T1和0-T11时刻，电转染装置200可以处于充电状态。T2-T3和T6-T7时刻，电转染装置200可以处于第一脉冲发生电路21的正极性脉冲输出状态。T4-T5和T8-T9时刻，电转染装置200可以处于第一脉冲发生电路21的负极性脉冲输出状态。T12-T13和T16-T17时刻，电转染装置200可以处于第二脉冲发生电路22的正极性脉冲输出状态。T14-T15和T19-T20时刻，电转染装置200可以处于第二脉冲发生电路22的负极性脉冲输出状态。T9-T10和T19-T20时刻，转染装置200可以处于电泳电压输出状态。

需要说明的是，为了防止电流回流，进一步提高系统的安全性，电转染装置可以设置一个或多个二极管。在一些实施例中，在充电回路的电源输入端可以设置一个或多个二极管。在另一些实施例中，在多个电容之间可以设置一个或多个二极管。

需要说明的是，前文中介绍的第一脉冲发生电路21和第二脉冲发生电路22中的电容数量只是其中的一种实现方式。在实际使用中，可以根据负载需求对电容的数量进行设置。

前文结合图1至图10详细描述了本申请的装置实施例，下面结合图11，详细描述本申请的方法实施例。应理解，方法实施例的描述与装置实施例的描述相互对应，因此，未详细描述的部分可以参见前面装置实施例。

图11为本申请实施例提供的一种电转染方法的流程示意图。电转染方法1100应用于电转染装置，所述电转染装置包括第一脉冲发生电路、第二脉冲发生电路、电泳电源电路和控制电路，所述第一脉冲发生电路用于提供第一脉冲电压，所述第二脉冲发生电路用于提供第二脉冲电压，所述第二脉冲电压与所述第一脉冲电压对应不同的电压范围，所述电泳电源电路用于提供电泳电压。

参见图11，电转染方法1100包括步骤S1101。

在步骤S1101中，控制所述第一脉冲发生电路或所述第二脉冲发生电路处于工作状态，以为负载提供电转染所需的脉冲电压，以及控制所述电泳电源电路处于工作状态，以为待导入细胞的物质提供所需的电泳电压。

可选地，所述第一脉冲发生电路和所述第二脉冲发生电路中的至少一个脉冲发生电路的工作状态包括正极性脉冲电压输出状态和负极性脉冲电压输出状态，所述电转染方法还包括：控制所述至少一个脉冲发生电路在所述正极性脉冲电压输出状态和所述负极性脉冲电压输出状态之间切换。

可选地，所述至少一个脉冲发生电路中的每个脉冲发生电路包括正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路，所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路分别连接在所述负载的两端，所述电转染方法还包括：控制所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路交替工作。

可选地，所述正极性脉冲电源输出电路包括第一电容组件和第一开关组件，所述负极性脉冲电源输出电路包括第二电容组件和第二开关组件，所述电转染方法还包括：当所述正极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，利用所述第一开关组件控制所述第一电容组件处于并联状态；当所述正极性脉冲电源输出电路处于所述正极性脉冲电压输出状态时，利用所述第一开关组件控制所述第一电容组件处于串联状态；和/或，当所述负极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，利用所述第二开关组件控制所述第二电容组件处于并联状态；当所述负极性脉冲电源输出电路处于所述负极性脉冲电压输出状态时，利用所述第二开关组件控制所述第二电容组件处于串联状态。

可选地，所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路对应不同的电源。

可选地，所述电泳电源电路的工作状态包括正电压输出状态和负电压输出状态，所述控制电路还用于控制所述电泳电源电路处于正电压输出状态或负电压输出状态，其中，所述电泳电源电路的工作状态与待导入细胞的物质的电极性关联。

应理解，在本申请实施例中，“与A相应的B”表示B与A相关联，根据A可以确定B。但还应理解，根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其它信息确定B。

应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber Line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够读取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，数字通用光盘(digital video disc，DVD))或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (16)

1.一种电转染装置，其特征在于，包括：

第一脉冲发生电路，用于提供第一脉冲电压；

第二脉冲发生电路，用于提供第二脉冲电压，所述第二脉冲电压与所述第一脉冲电压对应不同的电压范围；

电泳电源电路，用于提供电泳电压；

控制电路，与所述第一脉冲发生电路、所述第二脉冲发生电路和电泳电源电路连接，用于控制所述第一脉冲发生电路或所述第二脉冲发生电路处于工作状态，以为负载提供电转染所需的脉冲电压，以及控制所述电泳电源电路处于工作状态，以为待导入细胞的物质提供所需的电泳电压。

2.根据权利要求1所述的电转染装置，其特征在于，所述第一脉冲发生电路和所述第二脉冲发生电路中的至少一个脉冲发生电路的工作状态包括正极性脉冲电压输出状态和负极性脉冲电压输出状态；

所述控制电路还用于控制所述至少一个脉冲发生电路在所述正极性脉冲电压输出状态和所述负极性脉冲电压输出状态之间切换。

3.根据权利要求2所述的电转染装置，其特征在于，所述至少一个脉冲发生电路中的每个脉冲发生电路包括正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路，所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路分别连接在所述负载的两端；

所述控制电路用于控制所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路交替工作。

4.根据权利要求3所述的电转染装置，其特征在于：

所述正极性脉冲电源输出电路包括第一电容组件和第一开关组件，当所述正极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，所述控制电路利用所述第一开关组件控制所述第一电容组件处于并联状态；当所述正极性脉冲电源输出电路处于所述正极性脉冲电压输出状态时，所述控制电路利用所述第一开关组件控制所述第一电容组件处于串联状态；和/或，

所述负极性脉冲电源输出电路包括第二电容组件和第二开关组件，当所述负极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，所述控制电路利用所述第二开关组件控制所述第二电容组件处于并联状态；当所述负极性脉冲电源输出电路处于所述负极性脉冲电压输出状态时，所述控制电路利用所述第二开关组件控制所述第二电容组件处于串联状态。

5.根据权利要求4所述的电转染装置，其特征在于，所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路对应不同的电源。

6.根据权利要求1所述的电转染装置，其特征在于，所述电泳电源电路的工作状态包括正电压输出状态和负电压输出状态，所述控制电路还用于控制所述电泳电源电路处于正电压输出状态或负电压输出状态，其中，所述电泳电源电路的工作状态与待导入细胞的物质的电极性关联。

7.根据权利要求1所述的电转染装置，其特征在于，所述电泳电源电路的输出电压为50V，输出电压的持续时间为20～200ms，所述第一脉冲电压为3000V，所述第一脉冲电压对应的电压范围为-3000V～3000V，以及所述第一脉冲发生电路的输出脉冲的宽度为10μs～60μs。

8.根据权利要求1所述的电转染装置，其特征在于，所述电泳电源电路的输出电压为300V，输出电压的持续时间为20～500ms，所述第二脉冲电压为800V，所述第二脉冲电压对应的电压范围为-800V～800V，以及所述第二脉冲发生电路的输出脉冲的宽度为20μs～100μs。

9.根据权利要求7所述的电转染装置，其特征在于，所述电转染装置用于以下中的一种或多种细胞的电转染：动物细胞、植物细胞。

10.根据权利要求8所述的电转染装置，其特征在于，所述电转染装置用于以下中的一种或多种细胞的电转染：细菌、真菌、酵母菌。

11.一种电转染方法，其特征在于，所述电转染方法应用于电转染装置，所述电转染装置包括第一脉冲发生电路、第二脉冲发生电路、电泳电源电路和控制电路，所述第一脉冲发生电路用于提供第一脉冲电压，所述第二脉冲发生电路用于提供第二脉冲电压，所述第二脉冲电压与所述第一脉冲电压对应不同的电压范围，所述电泳电源电路用于提供电泳电压，

所述电转染方法包括：

控制所述第一脉冲发生电路或所述第二脉冲发生电路处于工作状态，以为负载提供电转染所需的脉冲电压，以及控制所述电泳电源电路处于工作状态，以为待导入细胞的物质提供所需的电泳电压。

12.根据权利要求11所述的电转染方法，其特征在于，所述第一脉冲发生电路和所述第二脉冲发生电路中的至少一个脉冲发生电路的工作状态包括正极性脉冲电压输出状态和负极性脉冲电压输出状态，所述电转染方法还包括：

控制所述至少一个脉冲发生电路在所述正极性脉冲电压输出状态和所述负极性脉冲电压输出状态之间切换。

13.根据权利要求12所述的电转染方法，其特征在于，所述至少一个脉冲发生电路中的每个脉冲发生电路包括正极性脉冲电源输出电路和负极性脉冲电源输出电路，所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路分别连接在所述负载的两端，

所述电转染方法还包括：

控制所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路交替工作。

14.根据权利要求13所述的电转染方法，其特征在于，所述正极性脉冲电源输出电路包括第一电容组件和第一开关组件，所述负极性脉冲电源输出电路包括第二电容组件和第二开关组件，所述电转染方法还包括：

当所述正极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，利用所述第一开关组件控制所述第一电容组件处于并联状态；当所述正极性脉冲电源输出电路处于所述正极性脉冲电压输出状态时，利用所述第一开关组件控制所述第一电容组件处于串联状态；和/或，

当所述负极性脉冲电源输出电路处于充电状态时，利用所述第二开关组件控制所述第二电容组件处于并联状态；当所述负极性脉冲电源输出电路处于所述负极性脉冲电压输出状态时，利用所述第二开关组件控制所述第二电容组件处于串联状态。

15.根据权利要求14所述的电转染方法，其特征在于，所述正极性脉冲电源输出电路和所述负极性脉冲电源输出电路对应不同的电源。

16.根据权利要求11所述的电转染方法，其特征在于，所述电泳电源电路的工作状态包括正电压输出状态和负电压输出状态，所述控制电路还用于控制所述电泳电源电路处于正电压输出状态或负电压输出状态，其中，所述电泳电源电路的工作状态与待导入细胞的物质的电极性关联。

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