不可逆电穿孔时组织电导率变化对电场和温度的影响

为了研究不可逆电穿孔过程中组织电导率对组织内电场分布及温度的影响,采用有限元分析软件COMSOL建立了小鼠肝脏的球形肿瘤及椭球形肿瘤的数值模型;通过改变组织的电导率,得到肿瘤及正常组织内不可逆电穿孔电场、温度的分布情况。结果表明:组织电导率随着穿孔过程的发展逐渐增大。组织电导率变化前后,2种肿瘤模型中的各项数据如下:1)不可逆电穿孔电场消融的肿瘤体积与肿瘤总体积之比分别从0.867 7升至0.927 0(球形肿瘤)以及从0.451 1升至0.772 1(椭球形肿瘤);2)不可逆电穿孔电场造成正常组织损伤的体积与肿瘤总体积之比分别从0.745 9降至0.678 2(球形肿瘤)以及从0.816 4降至0.603 6(椭球形肿瘤);3)温升1℃的正常组织的最大体积只有肿瘤体积的1.16%,说明正常组织的温升对组织整体温度变化的影响较小。因此,组织不可逆电穿孔过程中,增大电导率能在促进电脉冲对肿瘤的消融效果的同时减小其对正常组织的损伤,且脉冲作用造成的组织温升不会造成组织的热损伤。     

纳秒脉冲处理A375细胞裸鼠皮下移植瘤的疗效评估

ns脉冲电场可以诱发肿瘤细胞的结构和功能发生一系列变化,使其在临床肿瘤治疗中展现出巨大的应用前景。目前,受限于检测评估手段,相关动物实验研究尚不充分。将ns脉冲(电场强度20kV/cm、脉宽200ns、重复频率5Hz、2 000个脉冲)作用于A375裸鼠皮下移植瘤,采用荧光活体成像方法定量研究ns脉冲的抑瘤效果,同时用相机随访观察局部疤痕的转归情况。与对照组荧光增加相比,处理组荧光强度逐渐减弱(检验水准P<0.05),且在第2次处理后14d荧光完全消失;随着时间的推移,治疗区域局部疤痕逐渐变浅,并在第2次处理后22d完全消失。实验结果表明,ns脉冲可以实现局部肿瘤组织的完全切除,且能实现皮肤疤痕的有效转归。     

高频双极性脉冲诱导SKOV–3细胞生物电效应的实验研究

不可逆电穿孔技术以其非热、微创的独特优势而广泛应用于肿瘤治疗领域,但在治疗过程中会出现消融不彻底与肌肉收缩这2个问题;高频双极性脉冲作为新式脉冲形式可在肿瘤组织中产生均匀电场来解决肌肉收缩难题,同时与传统脉冲相比能有效缓解肌肉收缩。为此,以SKOV–3细胞为研究对象,采用CCK–8检测细胞活性,采用JC–1荧光探针分子观察线粒体膜电位变化,采用免疫组化技术检测凋亡蛋白表达。研究发现：传统单极性脉冲对肿瘤细胞的杀伤机理主要是对细胞膜的不可逆破坏,继而导致细胞坏死;ns高频双极性脉冲虽然与传统脉冲具有相同的电场强度与高电平时间,但却不能有效杀死肿瘤细胞;而μs高频双极性脉冲不仅能有效诱导细胞坏死,而且通过活性检测发现也可能诱导细胞凋亡;进一步研究发现,μs高频双极性脉冲能作用于线粒体使线粒体膜电位崩溃;同时也检测出BAX、BCL–2、Caspase–3和Caspase–9凋亡蛋白的表达。该研究结果表明μs高频双极性脉冲不仅可诱导细胞坏死,而且可启动线粒体凋亡程序来杀死细胞。     

基于测量脉冲反馈信号的组织电穿孔动态过程分析

为深入研究脉冲电场与生物组织的相互作用机制,通过在脉冲处理全过程施加低压测量脉冲的方式,探究了组织电穿孔过程的动态变化,分析了组织的电容效应、电穿孔过程中的形成与释放。研究结果表明：生物组织作为电阻电容性负载,在脉冲电场作用下发生复杂电穿孔形式（可逆电穿孔、不可逆电穿孔）,脉冲参数大小可调控所诱导发生的电穿孔形式,在传统脉冲（脉冲宽度为100μs,重复频率为1 Hz,电场强度为100~1 000 V/cm）作用下,随着脉冲个数增加,电穿孔程度增加,组织由可逆电穿孔向不可逆电穿孔形式转变;同时,脉冲期间电穿孔的释放主要发生在ms级时间内,1 s时间后以不可逆电穿孔占主导形式。综上所述,通过测量脉冲反馈信号的分析进一步了解了脉冲与生物组织或细胞的相互作用机制,建议通过此反馈信号来建立电穿孔效果实时评估体系,结合实际的电场分布、热场分布以及电穿孔消融阈值,从而更加准确地模拟脉冲电场作用下的处理效果,为进一步深入了解脉冲电场作用下组织的生物电效应,推进脉冲电场的应用提供理论依据。     

超声法检测火药生产中非金属杂质的应用研究

火药生产中非金属杂质带来的安全隐患是一个尚未解决的关键问题;由于超声检测具有适应性强,检测灵敏度高、快捷,无污染,可达到无损检测等特点,选用其作为检测火药生产药料中非金属杂质的方法;对A扫描脉冲反射法应用于检测药料中杂质进行了探索研究,试验结果证实用超声法检测药料中的非金属杂质具有一定可行性.     

All-organic modification coating prepared with large-scale atmospheric-pressure plasma for mitigating surface charge accumulation

The surface charge accumulation on polymers often leads to surface flashover. Current solutions are mainly based on the introduction of inorganic fillers. The high-cost process and low compatibility remain formidable challenges. Moreover, existing researches on all-organic insulation focus on capturing electrons, contrary to alleviating charge accumulation. Here, an all-organic modification coating was prepared on polystyrene(PS) with the large-scale atmospheric-pressure plasma, which exhibits o...     

一种升压模式的可调极性高频Blumlein脉冲形成线功率调制模块

随着脉冲功率技术在新型粒子加速器、生物细胞实验仪器等领域拓展应用,对脉冲功率发生器高重复频率、短脉冲、脉冲参数灵活可调提出更高的要求.该文研究了一种新型的功率变换模块电路拓扑.这种电路拓扑由LC振荡升压单元和Blumlein形成线单元组成,利用多开关时序逻辑控制实现对输出波形参数的调整,相对于传统Blumlein线在保留其短脉冲成形优点的同时,能获得输出脉冲频率数倍于开关频率,输出电压幅值数倍于直流充电电压,输出脉冲的极性及间隔时间的灵活调整.同时,通过动态电路的时域分析和传输线波过程分析阐述该电路的工作原理,并通过电路仿真加以验证.此外,采用射频MOSFET开关和同轴电缆搭建一台原理样机,在负载匹配时,实现了在开关频率500kHz时输出脉冲频率1MHz、输出脉冲电压幅值4倍于直流电源电压20ns的短脉冲.     

小波阈值去噪法在超声信号处理中的应用研究

研究了小波阈值去噪方法在超声信号处理中的应用.在对用超声方法测得的信号进行去噪处理的过程中,探索了不同的小波基和阈值选取准则对阈值去噪结果的影响.通过对去噪信号的图形以及统计特性的分析和比较,选用Sym小波系中的Sym8小波和“Minimaxi”阈值选取准则对测得的信号进行去噪处理.实验结果表明：小波阈值去噪方法在超声检测去噪中能够取得较好的效果.     

基于能量概率与微孔力模型的脉冲电场对细胞电穿孔动态过程的仿真分析

采用Matlab软件基于跨膜电压、微孔半径以及孔的受力随时间和空间变化的分析来模拟细胞在1 k V/cm、100μs脉冲期间电穿孔动态变化过程。采用的模型相比传统模型有两点明显的改进:第一,利用微孔能量的概率模型判断微孔半径变化的初始时间,当脉冲电场注入的能量大于微孔的最大能量的概率超过0.99时,微孔半径开始变化;第二,建立微孔受力模型来描述微孔的发展和分布,提出新的参数-孔冲量来决定微孔的大小。结果表明,除了极点不发生穿孔外,细胞膜都发生电穿孔,细胞膜大部分区域的微孔的受力接近于0,孔径基本区域稳定,不发生变化;但靠近极点附近的小部分区域孔径受力为正值,如果延长脉冲时间,孔径仍然在发展。此模型可以用来判断微孔的形成与预测微孔的发展。     

基于Marx和LTD拓扑的全固态复合模式脉冲源的研制

针对不同应用领域中负载阻抗的多样性,研制一种基于Marx和直线型变压器驱动源(LTD)拓扑的复合模式脉冲源。该脉冲源包含4个LTD模块,且每个LTD模块由1个3级Marx电路组成。其主要优点是可以降低对隔离电源模块、触发同步性的要求,负载适应能力强,并且可使脉冲装置小型化。首先对该脉冲源拓扑结构和参数进行设计和理论计算,并采用PSpice软件验证其可行性,最后研制复合模式脉冲源的样机并测试其性能。该脉冲源采用MOSFET作为主开关,二极管作为隔离元件,用含锁相环功能的现场可编程门阵列(FPGA)产生控制信号。该脉冲源的输出脉冲参数:幅值为0~8 kV,脉宽为60~160 ns,脉宽步进可达1 ns,重复频率为1 kHz,上升沿约10 ns。通过FPGA产生相移控制信号对该脉冲源的每级进行单独控制,可实现对输出脉冲上升沿和下降沿的灵活调节。脉冲源采用模块化设计,可以通过增加模块数量方便地提高最大输出电压。