纳秒脉冲电场联合多壁碳纳米管对皮肤癌细胞活性的剂量效应研究

为了研究多壁碳纳米管(MWCNTs)联合纳秒脉冲电场(nsPEF)影响离体细胞活性的剂量效应,采用CCK-8检测法对比分析皮肤癌A375细胞活性随电场强度E、脉宽t、脉冲个数N等单因素的变化规律。研究表明,细胞活性随电场强度和脉宽的变化具有阈值效应(S形变化),而随脉冲个数的变化无明显的阈值效应(指数型变化)。细胞活性随脉冲注入能量E(tN)~(0.5)的增加呈现S形下降。基于logistic模型利用一元非线性回归分析方法分别拟合得到细胞活性与三个脉冲参数间的函数关系。同时,建立细胞活性与多因素之间的归一化关系。结果表明,MWCNTs的加入不影响细胞活性与脉冲参数间的变化规律,但却明显降低了nsPEF杀伤肿瘤细胞所需要的幅值,从而可以有效提高nsPEF在肿瘤治疗中的电气安全性。     

纳秒级脉冲电场诱导肿瘤细胞凋亡的窗口效应

ns级脉冲电场诱导肿瘤细胞凋亡用于肿瘤病变的治疗,展现出令人振奋的临床应用前景。由于ns级脉冲电场诱导的凋亡率高低与场强-脉宽等参数存在一定的选择性,使得目前脉冲参数的选择存在较大的盲目性。为寻求诱导肿瘤细胞有效凋亡的ns级脉冲电场参数,将不同参数组合(电压幅值9 kV,脉宽分别为1、50、100与200 ns,脉冲个数分别为10、30、60与80,频率1 Hz)的ns级脉冲电场作用于SKOV3细胞。利用AnnexinV/PI双染法检测细胞早期凋亡率和坏死率,DNA ladder凝胶电泳实验检测细胞晚期凋亡情况,AnnexinV/PI双染法以及DNA ladder凝胶电泳实验表明:细胞的早期凋亡率同施加的脉冲电场参数存在窗口效应,且脉冲参数为100 ns、30个脉冲时可得到最大的凋亡率与坏死率差值。     

采用LED光纤传感器的绝缘子串泄漏电流测量方法

测量绝缘子串的泄漏电流是目前监测输电线路绝缘子串表面污秽状态的主要手段之一,然而由于输电线路环境的复杂性,常常会伴生出大量的电磁干扰,会在泄漏电流的采集源头产生噪声从而导致采集失真。为提高传感器测量绝缘子泄漏电流的抗干扰能力和准确度,采用廉价稳定的光学器件—发光二极管(light emitting diode,LED)设计并制作了1套光纤传感器装置,利用光电转换和光信号的稳定性,以3片XP-160绝缘子串为试验对象,取盐密为0.05～0.2mg/cm2,在同一相对湿度(85%)下,采用逐渐加压法监测绝缘子串的泄漏电流。经试验验证,该光纤电流传感器可以实现选择性测量泄漏电流的正半周波或者负半周波,经过改进使用差分电路后可以实现测量全波泄漏电流,其零休时间<1ms,波形响应时间<0.1ms,测量电流的灵敏度达到40V/A,线性拟合度均>99.94%,频率响应在1～10kHz范围内,可以满足对泄漏电流测量的基本要求。     

基于现场可编程门阵列的全固态高压ns脉冲发生器

为研究ns脉冲电场诱导肿瘤细胞的凋亡效应,结合Marx发生器原理和全固态开关技术,研制了一套基于现场可编程门阵列(FPGA)的多参数可调全固态高压ns脉冲发生器。该发生器主要包括高压直流电源、Marx电路、FPGA控制电路和负载4部分。Marx电路采用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为控制开关代替传统的火花间隙开关,用二极管代替电阻。FPGA产生多路同步触发脉冲信号,通过光纤进行隔离后可作为MOSFET的原始控制信号,同步驱动多个MOSFET。FPGA控制电路控制充电电压和输出脉冲的宽度、频率,并具有保护功能。实验结果表明,该脉冲发生器可产生幅值(0～8kV)连续可调、脉宽(200～1 000ns)灵活可变、频率(1～1 000Hz)独立可控,前沿35ns的高压ns脉冲,为进一步探索ns脉冲电场生物医学效应奠定了基础。     

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。     

高频纳秒脉冲串作用下活体兔肌肉收缩剂量效应研究

为探究不同参数高频纳秒脉冲串作用下动物肌肉收缩的剂量效应,研究了不同电场强度(1 kV/cm、4 kV/cm和8 kV/cm)、串内频率(10 kHz、100 kHz和1 MHz)和串内脉冲个数(1个、10个和100个)的10串单极性高频纳秒脉冲串对活体兔肌肉收缩的影响。将不同参数组合的高频纳秒脉冲串通过平板电极施加至新西兰大白兔大腿股二头肌表面皮肤处,采用贴敷于该肌肉表面皮肤上的三轴加速度传感器测得的加速度信号来评估肌肉收缩的强度。对合加速度模值信号的时域和频域分析结果表明,随着脉冲串各参数强度的增加,信号峰值也会增加,但信号频谱分布均相似,主要分布在60 Hz以下。对实验结果进行多元非线性回归分析发现,信号峰值可以表示成3参数的函数关系,进而说明当施加的脉冲串内频率相对较低时,适当增加串内脉冲个数不会引起肌肉收缩强度的大幅增加;然而当施加的脉冲串内频率相对较高时,串内脉冲个数应该尽量减少以尽可能限制肌肉收缩强度。     

皮秒脉冲电场调控大鼠运动皮层神经元spike发放的初步研究

近年来,皮秒脉冲电场诱导的生物电效应逐渐引起了国内外研究学者的关注。现有细胞实验已经初步证实,皮秒脉冲电场对神经元细胞及其动作电位有一定影响。然而,目前国内外尚未见皮秒脉冲对神经元spike发放影响的相关研究报道,皮秒脉冲对动物神经元spike发放的调控效果仍为一个未知数。为此,基于可调式皮秒脉冲发生器（最大峰值电压–1 000 V,半高宽550 ps,上升时间150 ps,重复频率0~10 k Hz可调）,以大鼠运动皮层神经元为实验对象,有效开展了皮秒脉冲对大鼠运动皮层电生理活动影响的研究,初步探讨了皮秒脉冲幅值、重复频率及作用时间等对大鼠运动皮层神经元spike发放的影响。实验发现：大鼠运动皮层神经元spike发放的改变与皮秒脉冲幅值、重复频率及作用时间密切相关。当皮秒脉冲电压幅值绝对值大于1 k V时,神经元spike发放开始出现变化。随着皮秒脉冲重复频率的增大,神经元spike发放有先增强后抑制的趋势。随着皮秒脉冲作用时间的增加,神经元spike发放出现增强或抑制效果的频率响应窗口均提前。     

脉冲电磁场促进骨折愈合的研究进展与展望

上世纪70年代,美国哥伦比亚大学Bassett率先将脉冲电磁场用于骨折治疗,证实了脉冲电磁场可以促进骨折愈合。经过30多年的发展,脉冲电磁场已作为一种非侵入的疗法成功运用于临床,并取得了非常好的效果。通过细胞实验研究、动物实验研究、临床应用研究、作用机理4方面综述了脉冲电磁场促进骨折愈合的研究进展,分析了影响脉冲电磁场作用效果的各种因素,并在此基础上介绍了此方面研究中还需进一步探讨的问题,以及脉冲电磁场用于治疗骨折的广阔应用前景。     

肿瘤治疗用陡脉冲磁场发生器的研制

为研究应用陡脉冲磁场治疗肿瘤,结合脉冲功率技术和现代电力电子控制技术研制了一套双指数衰减陡脉冲磁场发生器。在概述陡脉冲磁场发生器的基本原理的基础上,详细阐述了其两个主要组成部分陡脉冲形成电路和单匝Helmholtz线圈的具体设计要点和关键研制技术,其磁场磁感应强度幅值(0～1mT)、脉宽(160ns～55μs)、重复频率(1Hz～1kHz)大范围独立可调,通过选用快速开关器件、减小回路电感等措施提高陡度(上升时间为70～220ns),通过合理设计Helmholtz线圈结构与尺寸增大磁场均匀区域,该发生器的研制为陡脉冲磁场治疗肿瘤的进一步实验和机理研究奠定了基础。     

基于有限元法电力变压器绕组的短路电动力分析

当电力变压器遭受短路故障时,短路瞬变电流导致绕组承受巨大的电动力,可能会造成绕组的变形,甚至使变压器发生绝缘和机械故障,因此计算短路电动力大小、探究其分布特点有助于预测短路后变压器绕组的变形情况,对变压器设计具有参考价值。文章通过有限元软件ANSYS Maxell建立三相变压器的二维和三维模型,并利用该模型分析三相短路后绕组轴向和辐向电动力。利用有限元法仿真得到的短路电流结果与公式计算的电流结果具有高度一致性,这充分说明有限元模型及其计算方法的可靠性。仿真结果表明,绕组两端受轴向力最大,辐向力最小;中部受辐向力最大,轴向力最小。