PEF中脉冲上升沿对金黄色葡萄球菌杀菌的影响

方波脉冲因能量集中、能量利用率高、杀菌效果好而被认为是PEF技术的最优选择。但关于其上升时间对杀菌效果影响的研究和报道都比较少。为此,研究了在脉冲电场(PEF)技术中,高压方波脉冲的上升前沿对金黄色葡萄球菌杀菌效果的影响。通过实验分别比较了在上升时间为2μs和200ns的高压方波脉冲作用下,3种不同电导率(1.5、2.0、2.5mS/cm)的苹果汁在有效处理时间75μs、电场强度分别为25、30、35kV/cm下对金葡菌的杀灭效果。实验结果表明:在处理时间和脉冲电场强度等其它因素都相同的条件下,陡前沿的方波脉冲电场比上升时间长的方波脉冲电场对金葡菌的杀灭效果更好,平均能提高0.5个对数;处理后的温升也要低1～6°C。     

脉冲电场非热杀菌效果分析

研究了高压脉冲电场(PEF)对液体食品的非热杀菌效果。杀菌实验中分别采用平板和同轴两种电极形 式处理接种了啤酒酵母和大肠杆菌的胡萝卜汁样品,通过改变脉冲电场的处理时间(即脉冲数)和电场强度,得到 了各种不同情况下两种细菌的残活率最大下降>4.5和3.5个对数,证明了杀菌效果相当可观,并比较分析了影响 杀菌效果的因素,最后初步讨论了杀菌的机理。     

脉冲电场中西瓜汁杀菌钝酶效果分析

利用脉冲高压电源对反应器中的西瓜汁施加脉冲电场处理 ,测定了电场强度为 2 0、30、4 0 k V/cm和不同处理时间情况下西瓜汁的细菌含量和酶的活性 ,试验发现 ,脉冲电压对于西瓜汁的杀菌效果比较明显 ,试验 30 s后平均细菌数下降到 2 .5 %～ 10 % ;同时 ,脉冲电场对酶的活性有一定影响 ,但是不确定效果是正面或者负面     

陡脉冲致肿瘤不可逆性电击穿的场强阈值研究

为了明确陡脉冲电场致在体肿瘤细胞不可逆性电击穿的电场强度阈值,以新西兰大白兔肝脏VX2肿瘤组织为研究对象,建立了陡脉冲在均匀介质中的有限元模型;采用电场仿真和荷瘤动物实验相结合的方法,用不同电压峰值的陡脉冲电场分别处理荷瘤组织,并用经病理切片描绘得出的电场杀伤覆盖范围同理论仿真模型相互验证,以求得陡脉冲电场在肿瘤组织中的分布,进而求出其电场强度阈值。结果表明:理论仿真与动物实验相互吻合;根据肿瘤组织的坏死轮廓和仿真结果初步判定陡脉冲电场致在体兔肝VX2肿瘤组织不可逆性电击穿的电场强度阈值为838±46 V/cm。本研究为治疗参数的恰当选择提供参考,只要电场覆盖范围内肿瘤区域的最小电场强度略大于肿瘤细胞不可逆性电击穿阈值,即可使肿瘤组织得到有效杀伤而正常组织受到最小损伤。     

高压方波脉冲电场对微生物的致死作用

研究了高压方波脉冲电场对食品中常见的腐败菌枯草芽孢杆菌 ,灰绿青霉的致死作用 ,比较了几种微生物的灭活效果 ,并以酿酒酵母为材料 ,初步探讨了杀菌机理。研究表明 :微生物的致死率随电场强度、脉宽、脉冲个数的增加而增大 ,同一灭菌条件 ,酵母菌 >大肠杆菌 >枯草芽孢杆菌 >灰绿青霉。电场作用后死亡酵母细胞表面出现凹陷 ,局部有孔洞产生。     

高强脉冲电场处理对木瓜蛋白酶的影响

用高强脉冲电场处理木瓜蛋白酶,研究了电场强度、脉冲数目、温度、剪切效应等因素对酶活性的影响。结果表明:高强脉冲电场可致木瓜蛋白酶失活,且失活率与电场强度和脉冲数目呈正比。还原剂、温度和不同流速产生的剪切效应对酶活的影响很小。由此推论酶的失活并非活性部位半胱氨酸的氧化、电化学反应等外部因素引起而是酶的结构或活性部位的构象等内部因素在脉冲电场作用下变化的结果。     

强脉冲电场对细胞膜通透性及其DNA的影响

为探讨脉冲电场(PEF)致死微生物的机理,研究了不同场强与处理时间对悬浮在温度为30°C,电导率σ为340μS/cm的NaCl溶液中大肠杆菌的灭菌效果。紫外分光光度计分析PEF处理前后核酸与蛋白质的溢出情况的结果显示,电场强度为30 kV/cm,处理时间266 ms时,大肠杆菌全部杀灭。经PEF处理后的大肠杆菌液中的核酸与蛋白质相对于未处理的大肠杆菌液有明显提高,说明用PEF处理提高了细胞膜的通透性。采用ERIC-PCR技术比较脉冲电场处理前后大肠杆菌的DNA指纹图谱变化的结果表明:强PEF(场强≥20kV/cm)导致大肠杆菌的DNA链损伤与降解,在指纹图谱上表现为DNA大分子条带的缺失与小分子量条带的增加。     

方波脉冲电场杀灭微藻的实验研究EI北大核心CSCD

循环冷却水中的微藻繁殖会造成微生物污垢滋生,可采用电磁脉冲进行灭藻。为此,首先提出了一种基于Marx发生器和H桥固态调制器的高压脉冲源拓扑,并研制了一台多参数可调高压脉冲发生器,输出的方波脉冲的脉冲频率为1~1 000 s-1,脉冲电压0~6 k V,脉宽1~5μs,最大瞬时输出电流为12 A。同时,针对电场强度、脉宽、频率和处理时间这4个参量设计了正交实验方案,开展脉冲电场对蛋白核小球藻和铜绿微囊藻的灭藻实验。结果表明,脉冲电场处理对微藻生长具有显著抑制作用,且电场强度为抑制实验微藻生长的最重要因素,提高电场强度可以显著增强对微藻生长的抑制效果。此外,正交设计方案有助于以少量实验频次推测获得最佳的电磁脉冲处理参数,实验证实此脉冲源的最佳电参数组合分别为5 k V、5μs、800 Hz、5 min和5 k V、5μs、800 Hz、10 min,对应的藻细胞密度下降率分别为86.2%和94.1%。     

高压脉冲电场对小球藻破碎效果的影响

含油微藻的破碎是微藻制油过程中的重要环节。为此,利用清华大学自主研制的高压脉冲电源(THU-PEF4)系统,针对小球藻的光合活性和叶绿素质量浓度这2个生物量,重点考察了高压脉冲电场强度、脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性及样品电导率对小球藻处理效果的影响,在此基础上结合双荧光染色法和流式细胞仪研究了高压脉冲电场(PEF)对微藻细胞的穿孔破碎效果。研究发现高压脉冲电场强度和脉冲注入能量密度是影响高压脉冲电场处理效果的关键因素,而脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性对小球藻的处理效果影响不大。当电场强度从2.5 MV/m增加到5.0 MV/m时,20 m S/m电导率下的小球藻细胞破碎率从17.21%增加至83.29%;当脉冲注入能量密度从8.9 k J/L增加到149.52 k J/L时,4.5 MV/m电场强度作用下的小球藻细胞破碎率从9.78%提高到81.78%。     

基于频率响应法的变压器故障检测仿真

为检测变压器的绕组变形等故障,根据方波信号具有检测频率宽、幅值高、操作简单等优点,提出了一种利用方波脉冲作为注入信号检测绕组故障的方法。首先利用PSPICE软件建立了变压器绕组的高频模型,通过改变绕组对地电容模拟轴向变形故障。然后将不同方波波形作为激励信号,通过改变方波类型、脉冲宽度及前沿时间来检测方波信号参数差异对检测绕组变形灵敏度的影响。结果表明:脉冲宽度和前沿上升时间对方波检测绕组微小变形的灵敏度有影响,脉冲宽度和前沿上升时间越小,检测绕组微小变形的灵敏度越高;纳秒方波脉冲更能反映故障绕组在高频区域的谐振信息。     

脉冲电场处理电厂冷却水系统微生物的研究

用脉冲电场处理冷却水系统中的微生物是切实可行的。该法不同于向水中添加杀生剂的方法 ,其基本原理是用脉冲电场处理冷却水 ,使水中的微生物在流过冷却设备时暂时失去活动能力 ,不发生沉积。由实验可知 ,对单脉冲电场来说 ,微生物的抑制时间由脉冲持续时间和脉冲电场幅值或能量密度决定。用重复频率的脉冲处理冷却水中的微生物可在较小的电场强度下获得与较大电场强度单脉冲电场相同的效果。在使用时 ,对处理池中的电极施加脉冲电场 ,可通过改变电极间距改变施加的场强值。     

大气压空气中纳秒脉冲弥散放电实验研究

为了能够在大气压下获得大面积高能量密度的低温等离子体,近年来弥散放电的研究与应用受到广泛关注。采用基于磁脉冲压缩系统的重复频率ns脉冲电源来激励大气压空气中尖板电极结构放电,通过电压电流测量和发光图像拍摄研究了弥散放电的特性。实验结果表明,在常温常压和高重复频率下能够获得大面积均匀的弥散放电,气隙距离增大或减小时,弥散放电分别向电晕放电与火花放电转换。重频ns脉冲放电存在极性效应,电极的小曲率半径处施加负脉冲时需要比正脉冲更高的电场强度才能获得弥散放电。此外,弥散放电的强度随着脉冲上升时间的增大而减弱。因此合适的气隙距离、极不均匀电场的强场处施加正极性脉冲和较陡的脉冲上升时间有利于获得较为强烈的弥散放电。     

脉冲电压下聚酰亚胺空间电荷行为及其机理研究

电力电子装备长期处于高重复频率、陡上升时间脉冲电压运行工况,绝缘更容易发生劣化和早期失效。为探究脉冲电压下绝缘失效的微观机理,对ns级别下的脉冲边沿前后空间电荷分布情况进行研究对比,探究了电场强度、硅油对脉冲边沿时刻电荷振动波形的影响。通过分析不同脉冲上升时间下的电荷振动波形及电压波形频谱、电荷积聚特性,阐明了脉冲电压边沿时刻电荷振动机理以及ns脉冲下电荷行为对绝缘劣化影响机理。研究发现,ns脉冲上升沿和下降沿前后电荷分布特性存在差异,在脉冲边沿处发现了特殊的空间电荷迁移行为;电场强度会影响异极性电荷的积累速度及积累量,从而影响电荷振动波形的形状;电极与试样之间涂敷硅油会影响电荷振动波形的极性;5×10⁶~1×10⁷ Hz频段的电压分量对空间电荷振动起主要作用;ns脉冲电压下电荷积聚导致电场畸变更加严重。     

高频脉冲下牵引电机绝缘的局部放电特性

变频牵引电机定子绝缘承受来自变流器的连续高压方波脉冲,可能导致绝缘过早失效,其老化机理与工频交流电压作用下差异很大。局部放电是导致变频调速牵引电机绝缘失效的主要原因之一。研究高频方波脉冲下的局部放电特性为牵引电机绝缘材料的改进和优化提供理论基础,试验分析了普通和聚酰亚胺纳米复合薄膜制成的电磁线寿命,结果发现纳米试样的寿命得到很大提高。针对普通和聚酰亚胺纳米复合薄膜研究了不同脉冲频率、上升时间和温度对放电起始电压、平均放电量和放电次数的影响。结果表明,频率的增加、上升时间的缩短和温度的增加加剧了局部放电活动,普通薄膜试样的局部放电活动更强,其原因是纳米粒子的添加导致纳米复合薄膜存在大量界面区和电导率增加,电荷的迁移速率增大,空间电荷累积效应减弱。     

一种10kV方波电压发生器

为了对高电压分压器进行实验标定,研制了一台最高输出电压为10 kV的方波发生器。它由直流高压源、脉冲形成线、高气压气体火花开关和脉冲传输线构成,以波阻抗为50Ω的聚乙烯高频同轴电缆作为脉冲形成线和脉冲传输线,并采用紧凑型氮气火花开关,改变脉冲形成线的长度和开关的气压可分别改变方波脉宽和幅值(3~10 kV)。实验中脉冲形成线的长度为10 m,对应的方波脉宽为100 ns。开关中氮气为0.2~0.7 MPa时,输出方波前沿的上升时间为14.1~1.5 ns,随气压的上升而急剧下降,且上升时间和气压的关系式不同于由J.C.Mar-tin公式推导的结果。0.7 MPa时间隙静态击穿场强高达500 kV/cm,为输出方波上升时间大大减小的根本原因。由上述实验知:该方波发生器完全适合于高电压分压器的实验标定。     

基于磁开关的脉冲陡化电路的设计与仿真

为研制用于等离子体发生器的高压高频脉冲电源,根据磁脉冲压缩网络的理论设计了一套脉冲陡化电路。该电路将峰值5 kV、重复频率5 kHz的电压脉冲陡化,其脉冲上升沿由50μs陡化为几十ns。在分析了电路的工作原理并给出其设计要点后建立了电路的仿真模型。仿真结果表明:电源输出脉冲波形受负载等效参数的影响较大;脉冲陡化效果受磁开关饱和电感以及导通时间的影响较大。     

脉冲电场对脂肪氧化酶活性及构象的影响

为了解脉冲电场的钝酶机理,研究了高压脉冲电场处理对脂肪氧化酶(LOX)活性的影响。用圆二色谱和荧光分析法考察处理前后LOX构象变化的结果表明:PEF处理能够有效灭活LOX,且随着电场强度和处理时间的增加,灭活效果增加。CD光谱结果表明,PEF处理后LOX蛋白中α-螺旋的含量降低,而β-折叠含量增加,LOX二级构象发生变化。PEF处理后LOX的荧光发射增强,LOX的三级构象发生变化。     

无机纳米填充对聚酰亚胺高频脉冲下局放特性的影响研究

聚酰亚胺薄膜作为特种工程塑料薄膜之一,目前被广泛应用于变频调速牵引电机对地绝缘和匝间绝缘中,是变频电机的基础绝缘材料。笔者在高频脉冲方波条件下,对纳米和非纳米聚酰亚胺薄膜进行了不同频率和不同上升时间下的局部放电测试,比较分析了其特征参量的变化情况。结果表明:气隙表面电导率对局部放电有很大影响,上升时间对PD参数的影响主要取决于初始电子的延迟和气隙的动态电场ΔE,无机纳米填料在聚合物中产生大量界面改善了材料的电导率,电荷沿着气隙表面运动更加容易,同时纳米材料中大量浅陷阱的存在,使局部放电初始电子的产生更加容易。     

直流陡脉冲复合电场用于变压器油净化时其脉冲波形选择

为了探索电场净化变压器油的新方法,寻求一种净油效果更好的脉冲波形,首先对油中胶体杂质在电场作用下的受力情况进行了理论计算,然后采用超宽频时域介电与阻抗谱仪对现场不同老化程度变压器油的介电常数进行了实测,最后对方波脉冲和指数衰减脉冲等时变电场的频谱进行了理论分析。分析和实验发现,时变电场可以作用于溶油胶体使之和油分子更容易实现微观上的分离,并且只有宽频带的时变电场才可以广泛作用于不同胶体杂质而提高净油效果;指数衰减脉冲的幅频特性衰减缓慢,并且上升沿陡、脉宽较宽的指数衰减脉冲的低频、高频分量都很丰富,具有更宽的频带。通过以上理论分析和实测,确定了上升沿陡、脉宽较宽的双极性指数衰减脉冲是较理想的脉冲源波形,有望显著提高电场净化变压器油的效果。     

脉冲电场作用下细胞膜可控电穿孔技术研究

为实现脉冲电场作用下细胞膜可控电穿孔技术,利用THU-PEF4(自制高压脉冲电源)系统,采用碘化丙啶PI和Sybr GreenⅠ对小球藻进行了荧光染色试验,在激光共聚焦显微镜下定性研究等效脉冲能量密度和电场强度对小球藻细胞穿孔率的影响;结合流式细胞仪对小球藻穿孔细胞进行计数分析,定量研究等效脉冲能量密度和电场强度对小球藻细胞穿孔率的影响规律。实验发现:在激光共聚焦显微镜下,小球藻细胞膜电穿孔率随场强和等效脉冲注入能量的增加而增加;230 kJ/L的脉冲注入能量密度下,2.5~4 MV/m场强区间内,电场强度每提升0.4~0.5 MV/m,小球藻细胞发生不可逆电穿孔的比例提升约15%;4 MV/m场强下,当注入能量230 k J/L时,小球藻细胞膜穿孔率89%;小球藻细胞的穿孔比例在一定范围内随电场强度基本呈线性关系,随等效脉冲注入能量密度的增加呈现先增加后趋于平缓的趋势。因此,可以通过控制电场强度和等效脉冲注入能量密度来实现脉冲电场作用下细胞膜可控电穿孔技术。