喬治亞理工大學本科生高拉夫·拜亞加瓦利和助理教授薩德·巴姆拉舉了丁烷打火機的例子，他們用來製造廉價的電穿孔設備——一種在生命科學研究中有用的電穿孔設備。(信用：克里斯多福·摩爾，喬治亞理工學院)
研究人員已經設計出一種簡單的技術，用廉價的部件，包括從丁烷打火機中取出的壓電晶體，來建造一種被稱為電穿孔儀的實驗室設備——這種設備可以通過電擊來暫時打開細胞壁。
這種被稱為電鍍機的設備的計劃，以及創建3D列印外殼所必需的文件，正在準備中。
「我們使用電穿孔的目標是讓高中、注重預算的實驗室，甚至那些在沒有電的偏遠地區工作的人能夠進行電穿孔實驗或過程，」他說M.Saad Bhamla喬治亞理工學院的助理教授化學和生物分子工程學院。「這是另一個例子，通過把這種能力交到更多科學家和有抱負的科學家手中，來尋找繞過經濟限制推進科學研究的方法。」
在1月10日《華爾街日報》報導的一項研究中公共科學圖書館生物學由美國國家科學基金會和美國國立衛生研究院贊助，研究人員詳細介紹了構建電脈衝的方法，電脈衝能夠產生大量實驗室任務所需的2000伏以上的短脈衝。
細胞膜的主要工作之一是充當保護邊界，保護活細胞的內部工作不受外界環境的影響。
但只需短暫的電擊，膜就會暫時打開，讓外來分子流入——這一過程稱為電穿孔，幾十年來，分子生物學實驗室一直在使用這一過程來完成從細菌檢測到基因工程的任務。
儘管這種做法已經變得非常普遍，電穿孔的高成本和對電源的依賴使得這項技術大部分局限於學術或專業實驗室。巴姆拉和本科生高拉夫·拜亞加瓦利在合作者索哈姆·辛哈、張燕、馬克·斯蒂欽斯基助理教授和蘭伯特高中老師珍妮特·斯坦德甚至的幫助下，著手改變這種狀況。
Byagathvalli說：「一旦我們決定解決這個問題，我們就開始探索電穿孔劑的內部工作原理，以理解它們為什麼如此龐大和昂貴。」。「自20世紀80年代初構思以來，電穿孔儀在設計上沒有重大變化，這引發了一個問題，即我們是否能以很小的成本獲得同樣的產量。當我們發現一種可以通過壓電產生這些高電壓的打火機時，我們興奮地發現了這個普通工具背後的新秘密。」
除了壓電打火機晶體(當壓力施加到它身上時會產生電流)，該裝置的其他部件還包括鍍銅導線、熱收縮導線絕緣體和鋁帶。為了將它們結合在一起，研究人員設計了一個3D列印的外殼，它也可以作為激活器。研究人員報告說，所有部件都在手邊，該設備可以在15分鐘內組裝完畢。
儘管電泳儀的設計並不是為了取代實驗室級的電穿孔儀，這種電穿孔儀成本高達數千美元，能夠處理多種細胞混合物，但在不需要大容量的情況下，這種儀器仍然具有很強的執行任務的能力。
研究人員測試了幾種不同的較輕晶體，利用基於彈簧的機制找到產生一致電壓的晶體。為了更好地了解打火機的功能，該團隊使用了一臺每秒1057幀的高速攝像機來觀察慢動作中的設備力學。
「這種裝置工作的一個基本原因是壓電晶體產生持續的高電壓，與使用者施加的力無關，」巴姆拉說。「我們的實驗表明，這些打火機中的錘子能夠達到3000克的加速度，這解釋了為什麼它能夠產生如此高的電壓脈衝。」
為了測試它的能力，研究人員在大腸桿菌樣本上使用該設備添加一種化學物質，使細菌細胞在特殊光線下發出螢光，照亮細胞部分，使它們更容易識別。類似的技術可用於實驗室或遠程現場操作，以檢測細菌或其他細胞的存在。
該小組還評估了該設備是否易於使用，並將組裝好的電子設備運送給其他大學和高中的學生。
巴姆拉說：「研究小組成功地獲得了相同的螢光表達，我認為這驗證了這些設備在全球學生中傳播和採用的難易程度。」。
為此，研究人員提供了如何製造該設備的計劃，以及3D印表機用來製造外殼和致動器的數字文件。接下來的研究步驟包括測試更大範圍的打火機，在更大範圍內尋找一致的電壓，目的是創造不同電壓的電子產品。
這項研究得到了國家科學基金會(NSF)第1817334號贈款、明德林基金會第MF19-1T1P03號贈款和國家衛生研究院(NIH)第R01-EB022592號贈款的支持。本材料中表達的任何意見、發現和結論或建議都是作者的意見、發現和結論或建議，不一定反映贊助組織的意見。
引用:Gaurav Byagathvalli，Soham Sinha，Yan Zhang，Mark P. Styczynski，Janet Standeven，和M. Saad Bhamla，「電療:超低成本的無電可攜式電療儀」（公共科學圖書館生物學，2020年1月