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龙图腾网获悉南开大学;南开大学深圳研究院申请的专利一种机器人化定量穿孔破膜方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN118325889B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-31发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202410427291.6，技术领域涉及：C12N13/00；该发明授权一种机器人化定量穿孔破膜方法是由赵启立;赵新;崔朝宇;李明慧;李瑞敏;邱金禹设计研发完成，并于2024-04-10向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种机器人化定量穿孔破膜方法在说明书摘要公布了：本发明提供一种机器人化定量穿孔破膜方法，属于显微操作领域，包括以下步骤：S1，根据细胞电生理特性建立穿孔膜片钳细胞电路模型；S2，通过上述模型推导出穿孔过程中测量电阻与微孔数量的关系；S3，通过对细胞施加周期性阶跃电压信号，推导出零状态响应下的跨膜电流与测量电阻之间的关系；S4，在此建模结果的基础上，结合机器人化穿孔膜片钳系统，通过阶跃电压输入零状态响应下的跨膜电流峰值对微孔数量进行实时反馈，据此对穿孔物质的释放进行闭环控制，实现机器人化定量穿孔破膜。本发明通过推导穿孔膜片钳细胞电路模型，克服了当前穿孔膜片钳穿孔程度难以量化的问题，定量穿孔破膜成功率达90％，平均穿孔速度为普通穿孔破膜方法的近两倍。

本发明授权一种机器人化定量穿孔破膜方法在权利要求书中公布了：1.一种机器人化定量穿孔破膜方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤： S1：建立穿孔膜片钳细胞电路模型：根据细胞电生理特性，将细胞各个部分等效成为电阻及电容，建立穿孔膜片钳细胞电路模型； 所述穿孔膜片钳细胞电路模型中，将磷脂双分子层构成的细胞膜在电学性质上等效为一个电容器，微管电极电阻RE、胞质电阻RC和孔隙电阻RP与封接电阻RS共同构成测量电阻，所述胞质电阻RC和孔隙电阻RP串联连接，并且与封接电阻RS并联后再与电极电阻RE串联； 所述磷脂双分子层形成的电容器电容大小CM与磷脂双分子层厚度d成负相关，与介电常数ε和细胞膜横截面积S正相关，表示为： ； 忽略不计微孔对细胞膜横截面积S的变化，磷脂双分子层厚度d、介电常数ε均保持不变，根据式1，确定磷脂双分子层形成的电容器电容CM大小在穿孔过程中保持恒定； 膜片钳操作中使用的微管电极本身作为电阻构成微管电极电阻RE，细胞本身内部的细胞质为导体构成胞质电阻RC；在穿孔过程中，被所述微管电极吸入的细胞膜表面在穿孔物质的作用下形成微孔，所述微孔构成孔隙电阻RP；高阻封接形成后，被吸入的一小部分细胞膜电阻在破膜前电阻极高，电流将转而通过封接电阻RS，胞质电阻RC和孔隙电阻RP处于串联，并且与封接电阻RS并联后再与电极电阻RE串联，表示为： ； 所述封接电阻RS为千兆欧姆级，远大于RE、RC和RP的总和，故在过程中忽略所述封接电阻RS，则测量电阻RM变形为以下形式： ； S2：推导微孔数量和测量电阻关系； 穿孔过程中随着微孔的逐渐形成，电流将均匀的通过每个微孔进入细胞内部，推断每个孔隙电阻之间处于相互并联的状态，用RPi表示每个所述微孔的孔隙的电阻，n代表已经形成的微孔的数量，根据并联电阻计算公式，总孔隙电阻表示为： ； 将每个微孔的孔隙电阻视作几乎相同的常数，总孔隙电阻RP计算公式表示为： ； S3：推导阶跃电压输入下跨膜电流零状态响应：根据RC电路的零状态响应理论，推导出在阶跃电压输入下的跨膜电流与测量电阻之间的关系； 根据S1、S2建立的穿孔膜片钳细胞电路模型，电路中同时存在电容器和电阻，构成一阶RC电路，对细胞施加一个大小为US的周期性阶跃电压，根据RC电路的零状态响应，推导获得跨膜电流iM的定义式： ； 其中：t为穿孔物质释放的时间，τ为时间常数； 在电压钳模式下，对于膜电容充电过程，电容瞬变值衰减需要的时间，其大小表示为： ； 结合上述跨膜电流计算公式和上述细胞电路模型，推导出跨膜电流的计算公式： ； 代入时间t=0，获得跨膜电流峰值iM0： ； 由于阶跃电压大小US、微管电极电阻RE和胞质电阻RC都是常数，跨膜电流峰值iM0与孔数n呈正相关，因此在穿孔过程中，iM0作为穿孔程度的反馈指标； S4：设计机器人化定量穿孔破膜流程：利用上述建模结果，结合机器人化穿孔膜片钳系统，将跨膜电流峰值量作为穿孔数目的反馈，对穿孔物质的释放进行闭环控制，实现机器人化定量穿孔破膜。

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