CN201205407Y - 生物与医用多路低电压微电场发生仪 - Google Patents

Abstract

一种生物与医用多路低电压微电场发生仪，属生物医学领域。包括电源单元，其设置一由降压单元、线性稳压单元和受程序逻辑控制单元控制的脉冲形成及输出控制单元构成的微电场发生组件和一程序逻辑控制单元，降压单元输入端与电源单元输出端连接，其输出端经线性稳压单元与脉冲形成及输出控制单元输入端连接，脉冲形成及输出控制单元与程序逻辑控制单元连接，脉冲形成及输出控制单元的输出端与网状电极组连接。其通过低强度电场网络介导的向大动物和人类的器官、组织的细胞内进行离体或载体的递送基因、蛋白质、药物和/或各种生物质体，可广泛应用于向大动物或人体器官、组织的细胞内进行递送基因、蛋白质、药物和/或各种生物质体的领域。

Description

生物与医用多路低电压微电场发生仪

技术领域

本实用新型属于生物和/或医学领域，尤其涉及一种用于将药物导入体内或将介质施用于身体上的装置，可用于人和需要微电场和/或多路电场网的领域。

背景技术

电穿孔是一种采用电脉冲发生装置向细胞或组织施加短时间、一定强度的电脉冲，将外源基因通过电场作用，导入动物目标组织或器官的技术。

由于这种方法能有效导入外源基因，可在多种组织器官上应用，并且效率较高，近年来活体电穿孔法用于转基因研究的报道不断增多，在基因治疗方面的优势也日趋显著，是一种很好的活体基因导入方法。

其具体原理是，电脉冲发生装置的电脉冲(电刺激)可导致细胞膜不稳定，继而形成纳米级大小的孔洞(或微小通道)，这种通道能维持几毫秒到几秒，然后自行恢复，呈现一种特定的“可渗透”状态。在此“可渗透”状态，细胞膜允许DNA、酶、抗体和其它大分子通过细胞膜而进入细胞。电穿孔不仅使基因治疗、也使其它领域如透皮药物递送和化学治疗成为可能。

自二十世纪80年代早期以来，已采用电穿孔作为研究工具将DNA、RNA、蛋白质、其它大分子、脂质体、乳胶微球或全病毒颗粒导入活细胞内。

电穿孔常用于体外基因转染，已有报导可用一对针形或板形电极在啮齿动物的肿瘤、肝脏、心肌层实施体内基因转移，但此类研究工作有限。近年来，才采用电穿孔导管将肝素递送至家兔的动脉管壁而显著提高了药物递送效率。

公开日为2007年1月31日，公开号为CN1905920A的中国发明专利申请“用于透皮递送的系统和方法”，可以作为已公开的电穿孔技术的一种范例或指导。

但是，另一方面，现有电脉冲发生装置所产生的高电场强度的电脉冲，可导致细胞膜永久性破坏(细胞裂解)。据目前已经掌握的知识，施加于组织的电压至少必须高达100-200V/cm。如果我们在大动物或人器官上(例如人心脏)使用电穿孔，电压必须达几千伏。这将导致大量组织损伤。因此，该技术一直尚未应用于医学临床。

同时，由于电穿孔瞬间会在局部产生大量热，因此在操作过程中，外源基因或DNA转染试剂等需要保持在一个较低的温度(例如4℃)，同时对电穿孔操作部位需要进行适当的降温，这给其实施和应用带来了一定的限制。

曾用电穿孔装置作皮肤药物递送，采用2-6个针头在皮肤上实施高电压短时脉冲，该系统由于针头的直接伤害和高电压冲击造成了显著的皮肤损伤和炎症而限制了其应用。近年来公开的皮肤电穿孔微芯片装置专利(例如：公告日为2007年2月7日，公告号为CN2865739Y的中国实用新型专利“多功能方波电子穿孔仪”中所描述的技术方案)也采用高电压，虽然还未用于人和动物。

通过低强度电穿孔介导向组织或生物工程改造组织培养物内离体递送基因、蛋白质或药物进行治疗应用的系统尚未见报道。

近年来，本申请人发明了大动物或人类器官和组织的低强度电穿孔介导的体内基因、蛋白质或药物递送系统(参见美国专利US 6,593，130，2003)。

国际申请号为PCT/US2006/011355，申请日为2006年3月16日的国际专利申请“超低强度电场网络介导的向离体细胞内递送基因、蛋白质和药物”以及国际申请号为PCT/US2007/008445，申请日为2007年4月2日的国际专利申请“低强度电场网络介导向皮肤、软组织，关节和骨递送药物、基因、siRNA、shRNA、蛋白质、肽、抗体或其它生物医学和治疗学分子和制剂的方法和装置”，公开了一种采用电极阵列形成的网络用低电压电场长时间施加短时脉冲、脉冲组使细胞膜电渗透，从而将基因、蛋白质、药物靶向输送入离体和体内的皮肤、软组织和骨(细胞)的方法。上述文件中所提到的“网络”所提供的电磁场模式在性质上不同于常规电穿孔提供的电磁场模式的性质，其电磁场本身不是为电穿孔电磁场，而是低强度电场网络(Low StrengthElectric Field Networking，LSEFN)。

本申请人认为，本实用新型所涉及的生物电机制和本质，在性质上不同于现有的电穿孔技术，因此，将本实用新型的生物电应用称为电穿孔是误导和不正确的。故在本申请书下文中和医学领域中将本实用新型的生物电应用称为低强度电场网络(LSEFN)。

低强度电场网络(LSEFN)可用于对离体的细胞和组织进行药物和生物质体的细胞内的传递。这些经生物工程改造的细胞和组织可再被系统性地输入、递送或植入到各种器官或组织，用于治疗疾病。低强度电场网络(LSEFN)也可以被直接用于对在体的器官和组织进行靶向性的药物和生物质体的细胞内的传递。

但是至今尚无适用于此技术的多路低电压微电场发生仪。

实用新型内容

在本实用新型中，所要解决的技术问题是提供一种可通过低强度电场网络介导的向大动物和人类的器官、组织的细胞内进行离体或载体的递送基因、蛋白质、药物和/或各种生物质体的生物与医用多路低电压微电场发生仪。

本实用新型的技术方案是：提供一种生物与医用多路低电压微电场发生仪，包括电源单元，其特征是：在电源单元的输出端，设置至少一组依次由降压单元、线性稳压单元和受程序逻辑控制单元控制的脉冲形成及输出控制单元构成的微电场发生组件和一个程序逻辑控制单元；所述降压单元的输入端与电源单元的输出端连接，其输出端与线性稳压单元的输入端连接；所述线性稳压单元的输出端与脉冲形成及输出控制单元的输入端连接；所述脉冲形成及输出控制单元的控制端与程序逻辑控制单元连接，脉冲形成及输出控制单元的输出端与网状电极组连接。

进一步的，在所述线性稳压单元的输出端，设置过电压保护单元，过电压保护单元的输入端，与线性稳压单元的输出端连接，过电压保护单元的输出端，与程序逻辑控制单元的中断端口对应连接。

或者，在所述脉冲形成及输出控制单元的输出端，设置过电流保护单元，过电流保护单元的输入端，与脉冲形成及输出控制单元的输出端连接，过电流保护单元的输出端，与程序逻辑控制单元的中断端口分别对应连接。

具体的，在所述过电压保护单元或过电流保护单元与程序逻辑控制单元之间，设置光电隔离元件；所述过电压保护单元或过电流保护单元的信号输出端与程序逻辑控制单元的中断端口之间，分别经过光电隔离元件对应连接。

更进一步的，设置多个所述的包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和一个所述的程序逻辑控制单元，该程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间采用“一对多”的方式进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元的控制端均与该程序逻辑控制单元的I/O端口连接。

或者，设置多个所述的包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和与之数量相对应的程序逻辑控制单元，各程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间分别采用“一对一”的方式对应进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元的控制端分别与对应的程序逻辑控制单元的I/O端口连接。

具体的，所述的降压单元为常规AC/AC降压电路或AC/DC降压电路。

所述的线性稳压单元至少包括输入电源接通电路和线性稳压电路，其输入电源接通电路为常规电控继电器投入/切除电路，其线性稳压电路为常规线性稳压电路或低压差/低压降线性稳压电路。

所述的脉冲形成及输出控制单元至少包括受程序逻辑控制单元控制的电子开关电路和输出电压等级切换电路。

所述的程序逻辑控制单元为采用单片机、微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路或嵌入式处理器的程序逻辑控制电路。

所述的过电压保护单元为电压比较电路。

所述的过电流保护单元为电流/电压比较电路。

具体的，其线性稳压单元中输入电源接通电路包括继电器J1、三极管T1-1、电阻R1-1和二极管D1-1；其线性稳压单元中线性稳压电路至少包括运放集成电路U3-1、U3-2、三极管T2-1、T2-2、电阻R3-1～R3-5、R2-1～2-3、可调电阻W3-1～W3-3和电容C3-1；其脉冲形成及输出控制单元中电子开关电路至少包括集成电路U6、三极管T6、电阻R6-1～R6-4、场效应管Q1和电容C6-1，其脉冲形成及输出控制单元中输出电压等级切换电路至少包括三极管T7、电阻R7-1、R7-2、输出端子接头CN1、二极管D7和继电器J2，其过电压保护比较电路至少包括集成电路U4-1、光电隔离器U4-2和电阻R4-1～R4-5，其过电流保护比较电路至少包括集成电路U8-1、光电隔离器U8-2、电阻R8-1～R8-4和二极管D8，其程序逻辑控制电路包括至少集成电路U5、U9、LCD输出端子接头CN9、电阻R9-1～R9-4和按钮开关K9-1～K9-11。

其中，输入电源接通电路中二极管D1-1并接在继电器J1线圈的两端，继电器J1线圈的一端接地，另一端接三极管T1-1的集电极，三极管T1-1的发射极接VCC电源端，其基极经电阻R1-1接程序逻辑控制电路中集成电路U9的A9/P21管脚，继电器的触点J1-1串接在电源110V和线性稳压电路中三极管T2-2的发射极之间。

线性稳压电路中集成电路U3-1的正输入端3经电阻R3-1与程序逻辑控制电路中的集成电路U5的RFB管脚连接，集成电路U3-1的负输入端2经电阻R4-3与过电压保护比较电路中的集成电路U4-1的负输入端9连接，集成电路U3-1的1端和8端与可调电阻W3-1的两固定端连接，其7端与可调电阻W3-1的动端和+12V电源连接，其4端接—12V电源，其输出端6经电阻R3-2与集成电路U3-2的正输入端3连接，集成电路U3-2的负输入端2经电阻R3-3与可调电阻W3-3的动端连接，电阻R3-4和电容C3-1并接在集成电路U3-2的负输入端2和输出端6之间，集成电路U3-2的1端和8端与可调电阻W3-2的两固定端连接，其7端与可调电阻W3-2的动端和+12V电源连接，其4端接—12V电源，其输出端6经电阻R2-1与三极管T2-1的基极连接，三极管T2-1的集电极经电阻R2-3与三极管T2-2的基极连接，三极管T2-1的发射极接地，电阻R2-2并接在三极管T2-1的基极和地之间，三极管T2-2的集电极与电阻R3-5的一端和VOBJ端连接，电阻R3-5的另一端与可调电阻W3-3的一个固定端连接，可调电阻W3-3的另一个固定端接“外地”。

程序逻辑控制电路中集成电路U9的AD7/P07管脚，经过电阻R6-1与电子开关电路中三极管T6的基极连接，T6的发射极接VCC电源端，其集电极与集成电路U6的2管脚ANODE连接，集成电路U6的3管脚CATHODE接地，其5管脚GND接GND1端，其8管脚VCC与15V-1端连接，电容C6-1并接在其8、5管脚之间，集成电路U6的6管脚VE和7管脚Vo并接后经电阻R6-2与场效应管Q1的1管脚G极连接，场效应管Q1的2管脚D极与线性稳压电路中三极管T2-2的集电极连接，其3管脚S极经电阻R6-4与输出端子接头CN1的1端连接，电阻R6-3并接在场效应管Q1的1管脚G极、3管脚S极之间。

程序逻辑控制电路中集成电路U9的A8/P20管脚经电阻R7-1与输出电压等级切换电路中三极管T7的基极连接，三极管T7的发射极接VCC端，其集电极与继电器J2线圈的一端连接，继电器J2线圈的另一端接地，二极管D7并接在继电器J2线圈的两端之间，继电器J2触点J2-1的一端与输出端子接头CN1的1端连接，其另一端经电阻R7-2接“外地”。

线性稳压电路中集成电路U3-1的负输入端经电阻R4-3与过电压保护比较电路中集成电路U4-1的负输入端连接，可调节电阻W3-3的动端经电阻R4-1和R4-4与过电流保护比较电路中集成电路U4-1的正输入端连接，电阻R4-1和R4-4的连接端经电阻R4-2接“外地”，集成电路U4-1的输出端与光电隔离器U4-2的3端连接，光电隔离器U4-2的4端经电阻R4-5接“外地”，其2端接地，其1端与程序逻辑控制电路中集成电路U9的第二中断端口INT1连接。

输出电压等级切换电路中输出端子接头CN1的2端经电阻R8-2接“外地”，同时经电阻R8-1与过电流保护比较电路中集成电路U8-1的正输入端连接，集成电路U8-1的输出端经二极管D8与光电隔离器U8-2的3端连接，电阻R8-3串接在集成电路U8-1的负输入端和光电隔离器U8-2的3端之间，光电隔离器U8-2的4端经电阻R8-4接“外地”，其2端接地，其1端与程序逻辑控制电路中集成电路U9的第一中断端口INT0连接。

程序逻辑控制电路中的集成电路U9的AD0/PO0～AD7/PO7端口分别与电阻R9-1～R9-3和按钮开关K9-1～K9-11对应连接，构成控制开关矩阵电路；其P0～P7端口与LCD输出端子接头CN9的端子7～14分别对应连接，构成LCD显示装置输出电路；其A10/P22～A13/P25分别与集成电路U5的CS、CLR、SCLK、DIN端口对应连接，构成数字/模拟信号转换电路。

上述的输出脉冲的特性至少包括输出脉冲的幅值、宽度、间隔、频率、每组输出脉冲的个数或时间长度、各脉冲簇组之间的时间间隔或重复频率以及输出多组脉冲簇组的总时间长度。

上述的输出电脉冲信号，为数十伏级、伏级、毫伏级或微伏级的电脉冲信号；所述的快速的、周期性的接通和/或关断的频率数量级为赫兹级。

关于低强度电场网络、网状电极组、脉冲簇组、各脉冲簇组之间的时间间隔等概念的相关含义，可参考国际专利申请PCT/US2007/008445或中国发明专利申请200780000069.2中的相关内容，在此不再叙述。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.由于设置了降压单元和线性稳压单元，使得输出的脉冲电压大大降低，幅值稳定，完全可以满足低强度电场网络的使用需要；

2.通过采用快速电子开关电路对线性稳压单元的输出进行快速开/断的方式形成所需要的电脉冲，无需设置专门的脉冲发生、整形等相关电路，整体电路的功能结构更加简洁、实用，其输出特性亦更加稳定，可靠；

3.由于设置了程序逻辑控制单元，使得输出脉冲的各项特性指标可按需要随时调节和/或变化，能更好地适应医学研究、实验或治疗的需要；

4.采用了过压和过电流保护，使用更加安全、可靠，完全可以满足医学临床使用的要求；

5.程序逻辑控制单元与脉冲形成及输出控制单元之间采用“一对多”或“一对一”的控制方式，控制方式更加灵活，有助于取得更加良好的介入或导入效果。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构方框图；

图2是程序逻辑控制单元与脉冲形成及输出控制单元之间采用“一对多”控制方式的电路结构方框图；

图3是程序逻辑控制单元与脉冲形成及输出控制单元之间采用“一对一”控制方式的电路结构方框图；

图4是实施例的电气线路图。

图中1～N为微电场发生组件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1中，本实用新型之低电压微电场发生仪，在电源单元的输出端，设置了至少一组依次由降压单元、线性稳压单元和受程序逻辑控制单元控制的脉冲形成及输出控制单元构成的微电场发生组件和一个程序逻辑控制单元，降压单元的输入端与电源单元的输出端连接，其输出端与线性稳压单元的输入端连接，线性稳压单元的输出端与脉冲形成及输出控制单元的输入端连接，脉冲形成及输出控制单元的控制端与程序逻辑控制单元连接，脉冲形成及输出控制单元的输出端与网状电极组连接。

其中，降压单元将工频市电降压，线性稳压单元对降压单元的输出进行精密稳压，脉冲形成及输出控制单元对线性稳压单元的输出进行快速的、周期性的接通和关断，形成符合要求的脉冲输出，并对线性稳压单元输出脉冲的电压范围进行切换，程序逻辑控制单元根据预设定和/或程序流程，对脉冲形成及输出控制单元输出脉冲的特性进行控制，脉冲形成及输出控制单元与一组或多组网状电极组连接。

进一步的，在线性稳压单元的输出端，设置过电压保护单元，过电压保护单元的输入端，与线性稳压单元的输出端连接；在脉冲形成及输出控制单元的输出端，设置过电流保护单元，过电流保护单元的输入端，与脉冲形成及输出控制单元的输出端连接；过电压保护单元和过电流保护单元的输出端，与程序逻辑控制单元的中断端口连接。

当过电压保护单元和/或过电流保护单元有过压和/或过电流信号输出时，程序逻辑控制单元停止脉冲形成及输出控制单元的脉冲输出，起到相应的保护作用。

具体的，在过电压保护单元和过电流保护单元与程序逻辑控制单元之间，设置光电隔离元件，所述过电压保护单元和过电流保护单元与程序逻辑控制单元的中断端口之间，分别经过光电隔离元件对应连接。

上述的输出脉冲的特性至少包括输出脉冲的幅值、宽度、间隔、频率、每组输出脉冲的个数或时间长度、各脉冲簇组之间的时间间隔或重复频率以及输出多组脉冲簇组的总时间长度，通过程序设置或参数设定，程序逻辑控制单元对这些参数可以分别进行设置和/或调节。

其线性稳压单元至少包括输入电源接通电路和线性稳压电路，其输入电源接通电路为常规电控继电器投入/切除电路，其线性稳压电路为常规线性稳压电路或低压差/低压降线性稳压电路(Low Dropout regulator，LDO)，其脉冲形成及输出控制单元至少包括受程序逻辑控制单元控制的电子开关电路和输出电压等级切换电路，其程序逻辑控制单元为采用单片机、微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路或嵌入式处理器的程序逻辑控制电路，过电压保护单元为电压比较电路，过电流保护单元为电流/电压比较电路。

上述电子开关电路在程序逻辑控制单元的控制下，快速的、周期性的地接通或关断线性稳压单元的输出，形成符合要求的脉冲输出。

上述输出电压等级切换电路在程序逻辑控制单元的控制下，并入或切除连接在线性稳压单元输出端的分压/分流电阻，对线性稳压单元输出脉冲的电压范围进行切换。

其过电压保护单元采用比较器电路将线性稳压单元输出端的电压信号与预设值进行比较，当线性稳压单元输出的电压高于预设值时，比较器电路翻转，输出翻转触发信号至程序逻辑控制单元的中断端口，程序逻辑控制单元通过控制脉冲形成及输出控制单元的输出，起到相应的保护作用。

关于过电压保护电路的具体工作原理或典型线路，可参考公开日为2007年9月27日，公开号为CN 101043134A的中国专利申请“过电压保护电路”中所公开的相关信息。

其过电流保护单元采用比较器电路将脉冲形成及输出控制单元的输出端的电流信号经过电流/电压转换后与预设值进行比较，当脉冲形成及输出控制单元输出端的电流高于预设值时，比较器电路翻转，输出翻转触发信号至程序逻辑控制单元的中断端口，程序逻辑控制单元通过控制脉冲形成及输出控制单元的输出，起到相应的保护作用。

关于过电流保护电路的具体工作原理或典型线路，可参考公开日为2008年2月6日，公开号为CN 101119027A的中国专利申请“过电流保护电路”中所公开的相关信息。

与前述相同，关于低强度电场网络、网状电极组、脉冲簇组、各脉冲簇组之间的时间间隔等概念的相关含义，可参考国际专利申请PCT/US2007/008445或中国发明专利申请200780000069.2中的相关内容，在此不再叙述。

图2中，本实用新型在电路模块结构上可设置多个所述的包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和一个所述的程序逻辑控制单元，该程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间采用“一对多”的方式进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元共同受该程序逻辑控制单元的控制，其与网状电极组配合，形成一个单一的电场网络。

图3中，本实用新型在电路模块结构上可设置多个所述的包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和与之数量相对应的程序逻辑控制单元，各程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间分别采用“一对一”的方式对应进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元分别接受对应的程序逻辑控制单元的控制，其分别与多个/组网状电极组对应配合，多路输出，用于产生由多个电场组合构成的复合式电场网络。

之所以有图2和图3的控制方式之分，是为了产生不同的低强度电场网络，达到产生不同电场强度或电场方向的叠加/合成效果，以满足预期的生物、医疗效果的需要，例如，在中国发明专利申请200780000069.2中说明书附图的图4A～4或图6B～6C中所列举的情况。

实际使用时，不一定只局限于图2或图3所示的连接形式，还可以一部分微电场发生组件与程序逻辑控制单元之间采用“一对多”的方式进行连接，另一部分微电场发生组件与程序逻辑控制单元之间采用“一对一”的方式对应进行连接的“复合混联”方式，以期取得更好的医疗效果或适应不同使用场合的需要。

图4中，给出了一个本实用新型实施例的线路图，图中为了简洁起见，未示出电源单元和降压单元的内容。

图中由继电器J1、三极管T1-1、电阻R1-1和二极管D1-1构成了输入电源接通电路；由运放集成电路U3-1、U3-2、三极管T2-1、T2-2、电阻R3-1～R3-5、R2-1～2-3、可调电阻W3-1～W3-3和电容C3-1构成了线性稳压电路；由集成电路U6、三极管T6、电阻R6-1～R6-4、场效应管Q1和电容C6-1构成了电子开关电路；由三极管T7、电阻R7-1、R7-2、二极管D7和继电器J2构成了输出电压等级切换电路；集成电路U4-1、光电隔离器U4-2和电阻R4-1～R4-5构成了过电压保护比较电路；集成电路U8-1、光电隔离器U8-2、电阻R8-1～R8-4和二极管D8构成了过电流保护比较电路；集成电路U5、U9、电阻R9-1～R9-4、和按钮开关K9-1～K9-11构成了程序逻辑控制器电路。

其中，其中，输入电源接通电路中二极管D1-1并接在继电器J1线圈的两端，继电器J1线圈的一端接地，另一端接三极管T1-1的集电极，三极管T1-1的发射极接VCC电源端，其基极经电阻R1-1接程序逻辑控制电路中集成电路U9的A9/P21管脚，继电器的触点J1-1串接在电源110V和线性稳压电路中三极管T2-2的发射极之间；

线性稳压电路中集成电路U3-1的正输入端3经电阻R3-1与程序逻辑控制电路中的集成电路U5的RFB管脚连接，集成电路U3-1的负输入端2经电阻R4-3与过电压保护比较电路中的集成电路U4-1的负输入端9连接，集成电路U3-1的1端和8端与可调电阻W3-1的两固定端连接，其7端与可调电阻W3-1的动端和+12V电源连接，其4端接—12V电源，其输出端6经电阻R3-2与集成电路U3-2的正输入端3连接，集成电路U3-2的负输入端2经电阻R3-3与可调电阻W3-3的动端连接，电阻R3-4和电容C3-1并接在集成电路U3-2的负输入端2和输出端6之间，集成电路U3-2的1端和8端与可调电阻W3-2的两固定端连接，其7端与可调电阻W3-2的动端和+12V电源连接，其4端接—12V电源，其输出端6经电阻R2-1与三极管T2-1的基极连接，三极管T2-1的集电极经电阻R2-3与三极管T2-2的基极连接，三极管T2-1的发射极接地，电阻R2-2并接在三极管T2-1的基极和地之间，三极管T2-2的集电极与电阻R3-5的一端和VOBJ端连接，电阻R3-5的另一端与可调电阻W3-3的一个固定端连接，可调电阻W3-3的另一个固定端接“外地”；

程序逻辑控制电路中集成电路U9的AD7/P07管脚，经过电阻R6-1与电子开关电路中三极管T6的基极连接，T6的发射极接VCC电源端，其集电极与集成电路U6的2管脚ANODE连接，集成电路U6的3管脚CATHODE接地，其5管脚GND接GND1端，其8管脚VCC与15V-1端连接，电容C6-1并接在其8、5管脚之间，集成电路U6的6管脚VE和7管脚Vo并接后经电阻R6-2与场效应管Q1的1管脚G极连接，场效应管Q1的2管脚D极与线性稳压电路中三极管T2-2的集电极连接，其3管脚S极经电阻R6-4与输出端子接头CN1的1端连接，电阻R6-3并接在场效应管Q1的1管脚G极、3管脚S极之间；

程序逻辑控制电路中集成电路U9的A8/P20管脚经电阻R7-1与输出电压等级切换电路中三极管T7的基极连接，三极管T7的发射极接VCC端，其集电极与继电器J2线圈的一端连接，继电器J2线圈的另一端接地，二极管D7并接在继电器J2线圈的两端之间，继电器J2触点J2-1的一端与输出端子接头CN1的1端连接，其另一端经电阻R7-2接“外地”；

线性稳压电路中集成电路U3-1的负输入端经电阻R4-3与过电压保护比较电路中集成电路U4-1的负输入端连接，可调节电阻W3-3的动端经电阻R4-1和R4-4与过电流保护比较电路中集成电路U4-1的正输入端连接，电阻R4-1和R4-4的连接端经电阻R4-2接“外地”，集成电路U4-1的输出端与光电隔离器U4-2的3端连接，光电隔离器U4-2的4端经电阻R4-5接“外地”，其2端接地，其1端与程序逻辑控制电路中集成电路U9的第二中断端口INT1连接；

输出电压等级切换电路中输出端子接头CN1的2端经电阻R8-2接“外地”，同时经电阻R8-1与过电流保护比较电路中集成电路U8-1的正输入端连接，集成电路U8-1的输出端经二极管D8与光电隔离器U8-2的3端连接，电阻R8-3串接在集成电路U8-1的负输入端和光电隔离器U8-2的3端之间，光电隔离器U8-2的4端经电阻R8-4接“外地”，其2端接地，其1端与程序逻辑控制电路中集成电路U9的第一中断端口INT0连接；

程序逻辑控制电路中的集成电路U9的AD0/PO0～AD7/PO7端口分别与电阻R9-1～R9-3和按钮开关K9-1～K9-11对应连接，构成控制开关矩阵电路；其P0～P7端口与LCD输出端子接头CN9的端子7～14分别对应连接，构成LCD显示装置输出电路；其A10/P22～A13/P25分别与集成电路U5的CS、CLR、SCLK、DIN端口对应连接，构成数字/模拟信号转换电路。

值得注意的是，在上述描述中，接地是指与本发生仪电控弱电部分(相对于输出后的“强电”脉冲信号部分而言)的地电位点连接；而接“外地”，是指与脉冲信号输出的强电“地”电位点连接，两者在表示的接地符号和电气含义上是有差别的。

上述集成电路芯片中，U3可以选用OP07XX系列的芯片，U4-2和U8-1可以选用LM2XX系列的芯片，U5可以选用MAX53X系列的芯片，U6可选用HCPL-31XX系列的芯片，U4-1和U8-2可以选用常规的光电隔离芯片，U9可选用AT89C51系列的芯片，其他元件无特殊要求。

上述集成电路芯片的型号不仅仅局限于所列出的型号，任何可直接代换或功能相同/相近的集成电路均可选用。

上述的模块电路不仅仅局限于本实施例中给出的具体电路，例如，其降压单元可以采用常规AC/AC或AC/DC或DC/DC降压电路；其输入电源接通电路亦可采用电子开关线路(如可控硅电路)；其线性稳压单元可以采用运算放大器集成电路芯片构成的常规线性稳压电路，亦可以采用集成化的低压差/低压降线性稳压电路(LowDropout regulator，LDO；诸如，AP2XXX系列、APE89XX系列、TPS7XXX系列或UC2XXX系列LOD集成电路)；其输出电压等级切换电路可以并列设置多组，通过投入或切除不同阻值的分压/分流电阻，使得本发生仪的输出信号在数十伏级、伏级、毫伏级或微伏级之间任意切换。

此外，在电路模块的拓扑结构上，本发生仪可设置多个包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和一个所述的程序逻辑控制单元，该程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间采用“一对多”的方式进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元共同受该程序逻辑控制单元的控制，其与网状电极组配合，形成一个电场网络。

或者，在电路模块结构上，本发生仪还可设置多组包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和与之数量相对应的程序逻辑控制单元(如本图所示，本图中只示出了其中的一组)，各程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间分别采用“一对一”的方式对应进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元分别接受对应的程序逻辑控制单元的控制，其分别与多个/组网状电极组对应配合，多路、可控地输出，用于产生由多个电场组合构成的复合式电场网络，以达到预期的输出效果。

所述的多路输出，可以是通过多组网状电极输出多组具有相同“特性”的电脉冲信号，也可输出多组具有不同“特性”的电脉冲信号。

此处电脉冲信号的“特性”，至少包括输出脉冲的幅值、宽度、间隔、频率、每组输出脉冲的个数或时间长度、各脉冲簇组之间的时间间隔或重复频率以及输出多组脉冲簇组的总时间长度等等参数，通过程序设置或参数设定，程序逻辑控制单元对这些参数可以分别进行设置和/或调节。

在实际使用过程中，上述参数的设置和/或调节，通过按钮开关K9-1～K9-11构成的控制开关矩阵电路来实现，其每个开关具体的设置/调节对象，在图中已经标注出来，其是通过软件程序编程时的“定义”功能来实现的。

本发生仪的工作原理：

以本图所示线路为例，实际工作时，当集成电路U9输出电源接通信号时，三极管T1-1导通，继电器J1线圈得电吸合，其触点J1-1接通110V电源，反之，当集成电路U9输出电源断开信号时，三极管T1-1截止，继电器J1线圈失电，触点J1-1释放，断开110V电源。

程序逻辑控制器电路中的集成电路U5将预设定的数字信号转换为模拟信号，经电阻R3-1供给集成电路U3-1作为基准电压，并通过其负输入端和电阻R4-3提供给过电压保护比较电路中的集成电路U4-1作为基准电压，集成电路U3-1的输出经电阻R3-2供给集成电路U3-2作为基准电压。

三极管T2-1和T2-2构成复合调压管，110V电源经复合调压管调压至需要的电压后，由三极管T2-2的集电极输出。

同时，上述输出电压经电阻R3-5和可调电阻W3-3分压后由电阻R3-3送入集成电路U3-2作为待比较电压，此外，该输出电压还经电阻R3-5和可调电阻W3-3分压后由过电压保护比较电路中的电阻R4-1送入过电压保护比较电路作为检测电压。

程序逻辑控制器电路中集成电路U9根据运行程序和参数设定，通过三极管T6、集成电路U6，快速的、周期性的控制场效应管Q1的导通和截止，使得线性稳压电路中三极管T2-2集电极的输出电压经过Q1的D、S极后变成电脉冲电压信号，经过电阻R6-4、输出端子接头CN1输出至网状电极组。

程序逻辑控制器电路中集成电路U5还可根据使用或治疗的需要，经电阻R7-1对三极管T7输出控制信号，通过其导通或截止，使得继电器J2的线圈得电或失电，控制其触点J2-1的接通或断开，将电阻R7-3接入或切除，最终改变输出电脉冲信号的电压等级。

线性稳压电路中三极管T2-2集电极的输出电压，经电阻R3-5和可调电阻W3-3分压后，由电阻R4-1送入过电压保护比较电路中集成电路U4-1进行电压比较，一旦超出由集成电路U3-1输出的设定值，则集成电路U4-1输出过电压保护信号，经光电隔离器U4-1隔离后送入程序逻辑控制器电路中集成电路U5的中断端口，当集成电路U5收到该中断信号后，在程序控制下输出电源断开信号，三极管T1-1截止，继电器J1线圈失电，触点J1-1释放，断开110V电源。

同样，输出端子接头CN1输出的电脉冲信号，经过电阻R8-2后转换为电压信号，经电阻R8-1送入集成电路U8-1进行比较，当其大于设定值时，经光电隔离器U8-2隔离后送入程序逻辑控制器电路中集成电路U5的中断端口，当集成电路U5收到该中断信号后，与过电压保护相类似，在程序控制下输出电源断开信号，三极管T1-1截止，继电器J1线圈失电，触点J1-1释放，断开110V电源。

由于微处理电路和数/模转换电路为现有技术，故其具体原理、线路结构和工作过程和在此不再叙述。

需要注意的是，上述引用的诸参考文件只应看作有助于对本申请之技术方案的理解，而不应看作是对本申请某些部分的某种限制。

本领域的技术人员，在掌握和领会了本实用新型的发明思路和实现方法之后，无需经过创造性劳动，即可再现本实用新型的技术方案，实现其技术功能，达到其发明目的。

以上的实施例仅仅是用来解释和说明本实用新型的，而不是对本实用新型权利要求之发明范围的限定，本领域的普通技术人员，完全可以在不背离本实用新型之思路和方法的情况下，对本实用新型做出各种的变化或变形。

本领域的普通技术人员应当认识到，只要在本实用新型的实质性精神范围内，对以上各实施例的变化或变形，都将落在本申请之权利要求所要求的保护范围内。

本实用新型可以广泛应用于各种向大动物或人体的器官、组织的细胞内进行离体或载体的递送基因、蛋白质、药物和/或各种生物质体的领域。

Claims (10)

1.一种生物与医用多路低电压微电场发生仪，包括电源单元，其特征是：

在电源单元的输出端，设置至少一组依次由降压单元、线性稳压单元和受程序逻辑控制单元控制的脉冲形成及输出控制单元构成的微电场发生组件和一个程序逻辑控制单元；

所述降压单元的输入端与电源单元的输出端连接，其输出端与线性稳压单元的输入端连接；

所述线性稳压单元的输出端与脉冲形成及输出控制单元的输入端连接；

所述脉冲形成及输出控制单元的控制端与程序逻辑控制单元连接，脉冲形成及输出控制单元的输出端与网状电极组连接。

2.按照权利要求1所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是在所述线性稳压单元的输出端，设置过电压保护单元，过电压保护单元的输入端，与线性稳压单元的输出端连接，过电压保护单元的输出端，与程序逻辑控制单元的中断端口对应连接。

3.按照权利要求1所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是在所述脉冲形成及输出控制单元的输出端，设置过电流保护单元，过电流保护单元的输入端，与脉冲形成及输出控制单元的输出端连接，过电流保护单元的输出端，与程序逻辑控制单元的中断端口分别对应连接。

4.按照权利要求2或3所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是在所述过电压保护单元或过电流保护单元与程序逻辑控制单元之间，设置光电隔离元件；所述过电压保护单元或过电流保护单元的信号输出端与程序逻辑控制单元的中断端口之间，分别经过光电隔离元件对应连接。

5.按照权利要求1所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是设置多个所述的包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和一个所述的程序逻辑控制单元，该程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间采用“一对多”的方式进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元的控制端均与该程序逻辑控制单元的I/O端口连接。

6.按照权利要求1所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是设置多个所述的包括线性稳压单元和脉冲形成及输出控制单元的微电场发生组件和与之数量相对应的程序逻辑控制单元，各程序逻辑控制单元与各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元之间分别采用“一对一”的方式对应进行连接，各微电场发生组件中的脉冲形成及输出控制单元的控制端分别与对应的程序逻辑控制单元的I/O端口连接。

7.按照权利要求1所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是所述的降压单元为常规AC/AC降压电路或AC/DC降压电路；

所述的线性稳压单元至少包括输入电源接通电路和线性稳压电路，其输入电源接通电路为常规电控继电器投入/切除电路，其线性稳压电路为常规线性稳压电路或低压差/低压降线性稳压电路；

所述的脉冲形成及输出控制单元至少包括受程序逻辑控制单元控制的电子开关电路和输出电压等级切换电路；

所述的程序逻辑控制单元为采用单片机、微控制器、CPLD或FPGA可编程逻辑器电路或嵌入式处理器的程序逻辑控制电路。

8.按照权利要求2所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是所述的过电压保护单元为电压比较电路。

9.按照权利要求3所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是所述的过电流保护单元为电流/电压比较电路。

10.按照权利要求7、8或9所述的生物与医用多路低电压微电场发生仪，其特征是所述线性稳压单元中输入电源接通电路包括继电器J1、三极管T1-1、电阻R1-1和二极管D1-1；

所述线性稳压单元中线性稳压电路至少包括运放集成电路U3-1、U3-2、三极管T2-1、T2-2、电阻R3-1～R3-5、R2-1～2-3、可调电阻W3-1～W3-3和电容C3-1；

所述脉冲形成及输出控制单元中电子开关电路至少包括集成电路U6、三极管T6、电阻R6-1～R6-4、场效应管Q1和电容C6-1；

所述脉冲形成及输出控制单元中输出电压等级切换电路至少包括三极管T7、电阻R7-1、R7-2、输出端子接头CN1、二极管D7和继电器J2；

所述的过电压保护比较电路至少包括集成电路U4-1、光电隔离器U4-2和电阻R4-1～R4-5；

所述的过电流保护比较电路至少包括集成电路U8-1、光电隔离器U8-2、电阻R8-1～R8-4和二极管D8；

所述的程序逻辑控制电路包括至少集成电路U5、U9、LCD输出端子接头CN9、电阻R9-1～R9-4和按钮开关K9-1～K9-11；

其中，输入电源接通电路中二极管D1-1并接在继电器J1线圈的两端，继电器J1线圈的一端接地，另一端接三极管T1-1的集电极，三极管T1-1的发射极接VCC电源端，其基极经电阻R1-1接程序逻辑控制电路中集成电路U9的A9/P21管脚，继电器的触点J1-1串接在电源110V和线性稳压电路中三极管T2-2的发射极之间；

线性稳压电路中集成电路U3-1的正输入端3经电阻R3-1与程序逻辑控制电路中的集成电路U5的RFB管脚连接，集成电路U3-1的负输入端2经电阻R4-3与过电压保护比较电路中的集成电路U4-1的负输入端9连接，集成电路U3-1的1端和8端与可调电阻W3-1的两固定端连接，其7端与可调电阻W3-1的动端和+12V电源连接，其4端接—12V电源，其输出端6经电阻R3-2与集成电路U3-2的正输入端3连接，集成电路U3-2的负输入端2经电阻R3-3与可调电阻W3-3的动端连接，电阻R3-4和电容C3-1并接在集成电路U3-2的负输入端2和输出端6之间，集成电路U3-2的1端和8端与可调电阻W3-2的两固定端连接，其7端与可调电阻W3-2的动端和+12V电源连接，其4端接—12V电源，其输出端6经电阻R2-1与三极管T2-1的基极连接，三极管T2-1的集电极经电阻R2-3与三极管T2-2的基极连接，三极管T2-1的发射极接地，电阻R2-2并接在三极管T2-1的基极和地之间，三极管T2-2的集电极与电阻R3-5的一端和VOBJ端连接，电阻R3-5的另一端与可调电阻W3-3的一个固定端连接，可调电阻W3-3的另一个固定端接“外地”；

程序逻辑控制电路中集成电路U9的AD7/P07管脚，经过电阻R6-1与电子开关电路中三极管T6的基极连接，T6的发射极接VCC电源端，其集电极与集成电路U6的2管脚ANODE连接，集成电路U6的3管脚CATHODE接地，其5管脚GND接GND1端，其8管脚VCC与15V-1端连接，电容C6-1并接在其8、5管脚之间，集成电路U6的6管脚VE和7管脚Vo并接后经电阻R6-2与场效应管Q1的1管脚G极连接，场效应管Q1的2管脚D极与线性稳压电路中三极管T2-2的集电极连接，其3管脚S极经电阻R6-4与输出端子接头CN1的1端连接，电阻R6-3并接在场效应管Q1的1管脚G极、3管脚S极之间；

程序逻辑控制电路中集成电路U9的A8/P20管脚经电阻R7-1与输出电压等级切换电路中三极管T7的基极连接，三极管T7的发射极接VCC端，其集电极与继电器J2线圈的一端连接，继电器J2线圈的另一端接地，二极管D7并接在继电器J2线圈的两端之间，继电器J2触点J2-1的一端与输出端子接头CN1的1端连接，其另一端经电阻R7-2接“外地”；

线性稳压电路中集成电路U3-1的负输入端经电阻R4-3与过电压保护比较电路中集成电路U4-1的负输入端连接，可调节电阻W3-3的动端经电阻R4-1和R4-4与过电流保护比较电路中集成电路U4-1的正输入端连接，电阻R4-1和R4-4的连接端经电阻R4-2接“外地”，集成电路U4-1的输出端与光电隔离器U4-2的3端连接，光电隔离器U4-2的4端经电阻R4-5接“外地”，其2端接地，其1端与程序逻辑控制电路中集成电路U9的第二中断端口INT1连接；

输出电压等级切换电路中输出端子接头CN1的2端经电阻R8-2接“外地”，同时经电阻R8-1与过电流保护比较电路中集成电路U8-1的正输入端连接，集成电路U8-1的输出端经二极管D8与光电隔离器U8-2的3端连接，电阻R8-3串接在集成电路U8-1的负输入端和光电隔离器U8-2的3端之间，光电隔离器U8-2的4端经电阻R8-4接“外地”，其2端接地，其1端与程序逻辑控制电路中集成电路U9的第一中断端口INT0连接；

程序逻辑控制电路中的集成电路U9的AD0/PO0～AD7/PO7端口分别与电阻R9-1～R9-3和按钮开关K9-1～K9-11对应连接，构成控制开关矩阵电路；其P0～P7端口与LCD输出端子接头CN9的端子7～14分别对应连接，构成LCD显示装置输出电路；其A10/P22～A13/P25分别与集成电路U5的CS、CLR、SCLK、DIN端口对应连接，构成数字/模拟信号转换电路。

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