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伯樂電穿孔儀 165-2661（Bio-Rad Gene Pulser Xcell 165-2661）是專為生物電轉(zhuǎn)化與基因?qū)胙芯吭O(shè)計(jì)的高性能儀器。
其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)遵循高壓安全、能量可控、參數(shù)可調(diào)與系統(tǒng)可追溯的工程理念，融合電子控制、電容儲(chǔ)能、信號(hào)監(jiān)測與智能安全管理等多個(gè)技術(shù)模塊。
整機(jī)由主機(jī)系統(tǒng)、ShockPod 電擊槽、電擊杯組件、控制與顯示系統(tǒng)、散熱裝置以及安全防護(hù)與校準(zhǔn)接口等部分構(gòu)成。
各結(jié)構(gòu)模塊既獨(dú)立又協(xié)同，確保在短時(shí)間內(nèi)精準(zhǔn)釋放電能、生成穩(wěn)定電場并維持可靠運(yùn)行。
165-2661 的整體結(jié)構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要分為以下六個(gè)部分：
主機(jī)電源與控制核心區(qū)
儲(chǔ)能與放電模塊區(qū)
操作與顯示控制面板區(qū)
ShockPod 電擊槽系統(tǒng)
外部連接與傳導(dǎo)組件
安全與散熱系統(tǒng)
機(jī)體外殼采用聚碳酸酯絕緣材料和金屬防電磁干擾層，內(nèi)部分區(qū)隔離，防止高壓互感。
整機(jī)尺寸約 33 × 26 × 15 cm，重量約 6 kg，便于臺(tái)式放置與維護(hù)。
該區(qū)位于機(jī)體后部，負(fù)責(zé)為整機(jī)提供穩(wěn)定電源：
額定輸入：AC 220 V ±10%，50/60 Hz；
內(nèi)置 EMI 濾波模塊與穩(wěn)壓電路，抑制電磁干擾；
設(shè)有保險(xiǎn)絲座與防浪涌保護(hù)裝置；
電源線采用三芯接地結(jié)構(gòu)，接地電阻 ≤ 1 Ω。
電源部分通過變壓整流與 DC 穩(wěn)壓電路，輸出多組低壓供電（±5 V、±12 V）和高壓驅(qū)動(dòng)電源，為控制主板與高壓模塊分別供能。
控制主板是整機(jī)的“神經(jīng)中樞”，由高性能微處理器、信號(hào)采樣芯片與 EEPROM 存儲(chǔ)單元組成。
主要功能包括：
采集與分析傳感器信號(hào)；
控制電壓、電容、電阻與波形輸出；
實(shí)時(shí)顯示時(shí)間常數(shù)與放電曲線；
監(jiān)測蓋鎖、溫度與電源狀態(tài)；
存儲(chǔ)多組實(shí)驗(yàn)參數(shù)并支持 USB 導(dǎo)出。
該控制板通過 SPI 總線與高壓模塊通信，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)同步。
該部分是儀器的能量核心單元，由高壓電容組、放電回路、電阻陣列及過壓保護(hù)電路組成。
調(diào)節(jié)范圍：25–3275 μF；
組成：五組高壓聚丙烯電容單元并聯(lián)，可自動(dòng)切換組合；
精度：±1%；
功能：儲(chǔ)存能量并在放電瞬間通過電擊杯釋放。
電容模塊通過控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)繼電器矩陣組合不同電容值，實(shí)現(xiàn)可變時(shí)間常數(shù)控制。
由可控硅（SCR）與高壓繼電器組成，受主控板觸發(fā)。
在放電瞬間電容能量經(jīng)電阻與電極間釋放，產(chǎn)生瞬時(shí)電場。
放電路徑內(nèi)嵌取樣電阻用于計(jì)算電流變化，進(jìn)而推算時(shí)間常數(shù) τ。
阻值范圍：50–600 Ω；
功能：控制放電速率與波形衰減；
具備“Auto-R” 自動(dòng)匹配模式，根據(jù)樣品導(dǎo)電率自動(dòng)選擇最合適電阻組合。
系統(tǒng)設(shè)有高壓齊納管與自動(dòng)放電電阻：
防止過壓沖擊損壞電容；
實(shí)驗(yàn)結(jié)束后 10 秒內(nèi)將殘余電荷降至安全電壓 (<5 V)。
位于主機(jī)前方，是用戶與系統(tǒng)交互的主要界面。
分辨率高、背光可調(diào)；
實(shí)時(shí)顯示電壓、電容、時(shí)間常數(shù)、波形模式、能量釋放率、溫度等信息；
可查看放電曲線與實(shí)驗(yàn)編號(hào)。
Power 開關(guān)：總電源啟停；
Menu 鍵：進(jìn)入菜單選擇模式；
Select/Adjust 旋鈕：滾動(dòng)與修改參數(shù)；
Enter 鍵：確認(rèn)輸入；
Pulse 鍵：執(zhí)行放電命令；
Cancel 鍵：退出或中斷操作。
READY：系統(tǒng)待機(jī)；
RUN：放電進(jìn)行中；
FAULT：錯(cuò)誤或報(bào)警狀態(tài)。
用于導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)記錄（CSV 格式），便于后續(xù)分析與歸檔。
ShockPod 是主機(jī)與樣品之間的能量傳遞裝置，承擔(dān)高壓輸出、安全隔離與機(jī)械支撐功能。
外殼材料：高強(qiáng)度聚碳酸酯，絕緣性能優(yōu)良；
內(nèi)部：兩極不銹鋼接觸片與絕緣隔板；
頂部設(shè)有安全蓋鎖機(jī)構(gòu)，帶微動(dòng)開關(guān)檢測。
當(dāng)電擊杯插入后，電極與 ShockPod 內(nèi)觸點(diǎn)精確接觸。
蓋鎖閉合信號(hào)傳輸至主控系統(tǒng)后方可激活高壓輸出。
放電過程中，能量經(jīng)觸點(diǎn)傳入樣品液體，形成均勻電場。
若蓋未鎖定，系統(tǒng)顯示 “LID OPEN – DENY PULSE”；
蓋鎖閉合后才允許充電；
具備機(jī)械限位與軟件雙重檢測，防誤觸發(fā)。
內(nèi)部留有散熱通道，防止長時(shí)間連續(xù)放電導(dǎo)致溫升；
每次使用后應(yīng)清潔并保持干燥，防止導(dǎo)電污染。
電擊杯（Cuvette）是形成電場并直接作用于細(xì)胞樣品的核心容器。
材質(zhì)：透明聚碳酸酯或石英玻璃；
電極：鍍金或不銹鋼平行板，保證導(dǎo)電均勻；
間距：0.1 cm、0.2 cm、0.4 cm 三種規(guī)格；
容積：50–800 μL。
電極間距精確、絕緣壁厚均勻；
透明設(shè)計(jì)便于觀察電弧與氣泡；
可一次性使用或經(jīng)高壓滅菌重復(fù)使用（≤10 次）。
當(dāng)樣品液體充滿間隙時(shí)，電場近似均勻分布；
若樣品導(dǎo)電性過高或有氣泡，則易產(chǎn)生局部電弧。
電穿孔儀的信號(hào)傳導(dǎo)流程如下：
參數(shù)設(shè)定階段
用戶在控制面板輸入電壓、電容等參數(shù)；
控制主板將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)并傳遞至高壓模塊。
充電階段
電容模塊通過高壓變壓器充電至目標(biāo)電壓；
控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測電壓上升速度與穩(wěn)定性。
放電觸發(fā)階段
用戶按下 “Pulse” 鍵；
微控制器發(fā)出觸發(fā)信號(hào)至可控硅；
電容能量通過電阻陣列釋放至 ShockPod。
信號(hào)采集與反饋階段
電壓、電流傳感器實(shí)時(shí)采集波形；
控制板計(jì)算時(shí)間常數(shù)與能量釋放；
結(jié)果顯示并自動(dòng)保存至內(nèi)部存儲(chǔ)器。
放電結(jié)束與安全恢復(fù)
系統(tǒng)自動(dòng)切斷高壓并激活放電電阻；
殘余電荷在 10 秒內(nèi)完全釋放；
狀態(tài)指示燈恢復(fù)至 “READY”。
為確保使用過程安全，165-2661 設(shè)有多級(jí)保護(hù)機(jī)制。
自動(dòng)放電回路：防止殘余電荷；
過壓保護(hù)：通過齊納二極管與繼電器實(shí)現(xiàn)；
接地系統(tǒng)：整機(jī)金屬部件全部接地；
漏電檢測：監(jiān)測異常電流并自動(dòng)斷電。
蓋鎖檢測：蓋未閉合禁止高壓輸出；
ShockPod 隔離：防止高壓傳導(dǎo)至外殼；
高壓警示燈：放電時(shí)亮起提示。
雙風(fēng)道結(jié)構(gòu)，內(nèi)置溫度傳感器；
當(dāng)模塊溫度 > 45 ℃ 時(shí)，系統(tǒng)暫停運(yùn)行并報(bào)警；
風(fēng)扇自動(dòng)調(diào)速，保證熱平衡。
自動(dòng)校驗(yàn)放電次數(shù)與時(shí)間常數(shù)范圍；
檢測到異常值時(shí)立即中止運(yùn)行；
存儲(chǔ)錯(cuò)誤日志以便追溯。
標(biāo)準(zhǔn)三孔 IEC 接口，帶保險(xiǎn)絲倉與電源開關(guān)。
位于面板側(cè)面，用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
隱藏于后部面板，用于連接高壓探頭進(jìn)行定期校準(zhǔn)；
在非維護(hù)狀態(tài)下封閉，防止誤操作。
分布于左右兩側(cè)，保證空氣流通并可拆洗更換。
內(nèi)部采用三層板式結(jié)構(gòu)：
上層：控制主板與顯示電路；
中層：電容儲(chǔ)能組與放電回路；
下層：電源模塊與風(fēng)道系統(tǒng)。
所有高壓連接線均采用硅橡膠絕緣導(dǎo)線，并配有屏蔽層；
信號(hào)線與高壓線分槽布置，防止串?dāng)_。
電氣連線通過壓接端子與接插件連接，便于維護(hù)與替換。
模塊化設(shè)計(jì)
各功能單元可獨(dú)立更換，提高維修與升級(jí)效率。
雙層安全結(jié)構(gòu)
電氣與機(jī)械防護(hù)雙重隔離，符合 IEC 61010 安全標(biāo)準(zhǔn)。
高精度采樣電路
電流與電壓取樣分離設(shè)計(jì)，確保時(shí)間常數(shù)計(jì)算準(zhǔn)確。
散熱效率高
風(fēng)道設(shè)計(jì)短、空氣流動(dòng)阻力小，溫升低于 8 ℃。
人機(jī)交互友好
菜單清晰、顯示直觀、按鍵反饋靈敏。
可擴(kuò)展性強(qiáng)
可外接溫控模塊、雙 ShockPod 系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集終端。
| 模塊 | 檢查項(xiàng)目 | 周期 | 要求 |
|---|---|---|---|
| 電源系統(tǒng) | 穩(wěn)壓與接地 | 每 6 個(gè)月 | 波動(dòng) < ±5% |
| 電容模塊 | 電容值與溫度 | 每 3 個(gè)月 | 偏差 < 2% |
| ShockPod | 觸點(diǎn)與蓋鎖 | 每月 | 接觸良好 |
| 散熱系統(tǒng) | 風(fēng)扇與濾網(wǎng) | 每季度 | 清潔通暢 |
| 顯示系統(tǒng) | 數(shù)據(jù)顯示準(zhǔn)確性 | 每年 | 通過校驗(yàn) |
高壓模塊額定壽命 ≥ 100,000 次放電；
電容模塊壽命 ≥ 10? 次充放電循環(huán)；
ShockPod 機(jī)械鎖耐用次數(shù) ≥ 20,000 次；
散熱風(fēng)扇連續(xù)工作壽命 ≥ 30,000 小時(shí)。
這些設(shè)計(jì)保證儀器在長期科研與工業(yè)應(yīng)用中保持穩(wěn)定性能。
高壓模塊決定電場強(qiáng)度，是電穿孔成功的物理基礎(chǔ)；
電容模塊調(diào)節(jié)能量釋放速率，控制細(xì)胞膜恢復(fù)過程；
ShockPod 系統(tǒng)負(fù)責(zé)能量傳遞與安全隔離；
控制主板實(shí)現(xiàn)智能化參數(shù)控制與波形記錄；
散熱與防護(hù)系統(tǒng)保證設(shè)備穩(wěn)定、安全、長壽命運(yùn)行。
各模塊協(xié)同工作，形成“能量生成-電場傳導(dǎo)-安全反饋-數(shù)據(jù)監(jiān)控”閉環(huán)結(jié)構(gòu)。
高集成度控制電路
將放電控制、能量監(jiān)測與數(shù)據(jù)記錄集成在單一主板上，降低噪聲干擾。
自動(dòng)校正系統(tǒng)
內(nèi)置校正算法，實(shí)時(shí)修正電容與電阻的溫度漂移。
智能安全聯(lián)鎖
通過機(jī)械、電子與軟件三重檢測確保操作者安全。
數(shù)據(jù)接口開放
可與外部數(shù)據(jù)庫或?qū)嶒?yàn)室信息系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程記錄。
可拆卸 ShockPod
模塊化設(shè)計(jì)便于清洗與替換，延長整機(jī)使用壽命。
每次實(shí)驗(yàn)后，清潔電擊槽與電極接觸點(diǎn)，防止殘留鹽分。
保持通風(fēng)孔清潔，定期拆洗過濾網(wǎng)。
定期檢查電容溫升情況，發(fā)現(xiàn)鼓脹或異味立即停機(jī)。
禁止非專業(yè)人員拆卸高壓部分。
存放環(huán)境應(yīng)干燥、無腐蝕氣體、無灰塵積聚。
杭州實(shí)了個(gè)驗(yàn)生物科技有限公司
