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。     

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。     

间歇式HPEF的高压脉冲电源及其杀菌实验

高压脉冲电场非热处理应用到食品杀菌可代替传统的热处理方法灭活液体中的病菌,高强度电脉冲能迅速杀死细胞但并不破坏食品的自然风味如色泽和营养,为此研制了高功率脉冲电源,其输出最高电压15 kV,最大电流40 A。在详细介绍了高功率电力电子器件IGBT使用过程中的过流和过压保护等问题和在输出端串联无感小电阻来修正波形实现了输出波形更陡峭的良好效果后,进行了两种相对难杀的典型微生物(枯草芽孢杆菌和黑曲霉菌)在间歇式处理室中的杀菌实验。结果表明,脉冲电场强度为13 kV/cm、脉冲宽度为15μs时,连续作用200个脉冲后,黑曲霉菌灭菌率能达99.64%,1000个脉冲后,所有的黑曲霉菌都被杀死;枯草芽孢杆菌相对难灭,在13kV/cm、15μs作用下灭菌率仅达87.08%;应在提高电场强度的同时避免放电,这对下一步的连续式杀菌实验有技术指导作用。     

高压脉冲电场处理过程中样品特性对处理室电气击穿规律的影响

为研究高压脉冲电场(PEF)食品非热处理过程中处理室内部电气击穿问题,用蒸馏水和Na Cl水溶液为样品,重点研究了在平板、同场2种不同类型的处理室电气击穿过程中,当样品电导率分别为97、211、299μS/cm以及溶氧密度分别为7.19、8.84、9.80 mg/L时处理室内部的放电情况。研究结果表明:处理室内产生气泡的面积和数量决定了处理室放电情况;随着液体电导率增加和空气含量(溶氧密度)增大,处理室内部发生电气击穿的几率均有所提高。为减少PEF长期工作时的放电活动,建议保持处理室平均电场强度40 kV/cm,同时在PEF处理单元前加入脱气装置。     

均匀电场重频脉冲作用下的水中气泡击穿

均匀电场重频脉冲作用下处理室放电问题是高压脉冲电场(pulsed electric field,PEF)技术遇到的难题.目前现有水中空气泡的击穿研究无法说明这种平均电场强度较低(＜70kV/cm)的情况下的击穿现象.为了解决这一问题,设计了金属平板电极与水溶液电极间的气体击穿实验,利用等效实验研究了有水溶液电极的大气压...     

陡前沿方波对金黄色葡萄球菌的杀灭效果

为研究方波脉冲前沿陡度对高压脉冲电场技术(PEF)杀菌效果的影响,通过实验研究了前沿陡化的方波脉冲对金黄色葡萄球菌的杀灭效果。考察并比较了在不同电场强度、等效处理时间、电导率条件下,陡前沿方波和普通方波的杀菌效果。结果表明,脉冲电场的杀菌效果随着电场强度、溶液电导率、等效处理时间的增大而增强,且方波脉冲的上升时间对金葡菌的杀灭效果具有显著影响。上升时间为200 ns的脉冲电场处理后的细菌残存率比上升时间为2μs的脉冲电场的残存率大,且前者的温升比后者小。当杀菌效果相同时,陡前沿方波脉冲所需的等效处理时间比普通方波脉冲更短。此外,陡前沿方波脉冲杀菌效果的提升并非通过改变细胞形貌结构来实现,而是直接作用于细胞内部。     

脉冲电场对细胞杀伤效果及其原理的研究

使用两种不同上升沿的脉冲电场(1μs和100 ns)电击悬浮HL-60细胞,观察脉冲强度、数目、电击后恢复时间等参数的变化对细胞死亡率和细胞形态的影响.实验表明,脉冲强度、数目的增加导致死亡率也增加.电击后,100 ns脉冲作用的细胞的死亡率比1μs的增加得更快.本文还进一步讨论不同上升沿电场在作用机理上的差异.     

高频纳秒脉冲串对皮肤癌细胞的杀伤效果实验研究

为了克服目前脉冲电场治疗肿瘤所存在的不足,研究了高频ns脉冲串对人体黑色素瘤细胞A375即皮肤癌细胞的杀伤效应,通过改变电场强度、脉冲宽度、脉冲串内重复频率、脉冲串内脉冲个数等参数,分析了不同参数的高频ns脉冲串作用时细胞凋亡率和细胞坏死率的规律。研究结果表明：细胞坏死率随着脉冲串内重复频率的升高而增加,细胞凋亡率则是随着脉冲串内重复频率的升高而降低,因而在借鉴调制技术时,脉冲串内重复频率不宜太高;脉冲串内高电平持续时间相同时,脉冲宽度较大的脉冲所引起的细胞凋亡率和细胞坏死率比脉冲宽度较小的脉冲高,并且其细胞凋亡率之差随着电场强度的增加而减小,细胞坏死率之差随着电场强度的增加而呈现先增大后减小的趋势,因此在电场强度较高时,为了更好地平衡ns效应和μs效应,可以适当降低脉冲宽度并同时增加脉冲串内脉冲个数;另外,细胞悬液阻抗比可以作为反映细胞坏死率的参数,细胞坏死率与细胞悬液阻抗比降低率成正比。这些研究结果为后续高频ns脉冲串的类似应用提供了参考。     

气液两相放电对亚甲基兰脱色效能的影响研究

为了强化混合气液两相放电处理水中有机物的过程,在两电极之间添加活性氧化铝填料,并且待处理溶液以雾状液滴形式均匀布洒在填料表面。动态连续流实验结果表明,当反应电压为25 kV、pH值为11、亚甲基兰溶液初始质量浓度为5 mg/L、反应时间为120 min时脱色率达到最高。各种反应条件下的能量利用效率范围为36.56-233.65 mg/(kWh)。pH值对于反应结果影响较大,在pH较高时能量利用效率较高。而在pH值一定时能量的利用率随着流速的增加和亚甲基兰初始质量浓度的增加而增加。高压脉冲电场和活性氧化铝填料之间的相互作用促进了亚甲基兰的降解。     

脉冲电场对细胞作用的模型分析和实验研究

根据细胞结构及其电学参数提出了电阻电容电路模型模拟电场对细胞的作用,并利用该模型解释了实验研究中不同斜率的斜坡电场作用后,细胞死亡特性的差异现象。还利用该模型分析了特定斜率的斜坡电场对肿瘤细胞的选择性作用。结果表明由于亚性细胞其线粒体膜上的跨膜电压上升较正党细胞为快,而其细腻膜上的跨膜电压上升则较慢,说明这种选择性是存在的。     

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。     

同时测量脉冲磁场和电场的仿真研究

针对脉冲电磁场的时间短、稳定性差,分别测量电场和磁场会造成准确率降低的问题。本文设计了一个同时测量脉冲磁场和电场的方案。首先利用理论知识对电场和磁场的关系进行推导,然后通过CST2020对半波对称天线进行建模,并且对天线的负载效应和尺寸效应做了仿真,来确定天线的外形。最后利用电荷灵敏放大电路对信号进行处理。仿真结果为半波对称天线的长度为15mm,负载电容为1pF和负载电阻为1MΩ,是最佳长度。电荷灵敏放大电路对信号进行处理,脉冲电流信号范围为1uA-10uA,电磁场的测量范围为线性误差在0.822%左右。仿真表明半波对称振子天线的外形参数以及电荷灵敏放大电路测试脉冲电磁场的波形能够满足要求。     

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。     

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。     

脉冲电场与生物医药技术的交叉及其对肿瘤治疗模式的改变

生命现象与电密切相关。脉冲电场的生物效应促进了生命科学与电气工程技术的交叉融合,使得高功率脉冲技术在生物医药领域形成了快速发展的边缘交叉学科,在医学、农业、给药系统、细胞生物工程上应用广泛。为此,就非热电场灭菌、脉冲电场活化血小板、电化学药物治疗、电转染治疗心肌缺血、脉冲电场消融肿瘤等研究,结合电工和生物新原理、新理论、新技术、新材料,介绍、分析了脉冲电场技术在生物医药应用中的最新进展。主要结论包括:μs脉冲电场对电化学治疗、不可逆电穿孔有重要作用;ns脉冲电场不联合化疗药物而单独使用就可以达到肿瘤消融的目的;脉冲电场消融对外科手术禁区或射频消融不能达到的位置有特殊帮助;改进肿瘤适形电极设计才能进一步提高肿瘤消融效果;目前电脉冲消融肿瘤还需要多中心大规模前瞻性临床试验来验证其长期疗效。提出脉冲电场生物医药领域应用具有广阔的发展前景。     

ns脉冲诱导细胞内电处理机理的研究进展

脉宽为ns级、场强≥10 kV/cm的脉冲电场能够对细胞内部结构产生影响而不会导致细胞外膜穿孔,即细胞内电处理效应。尽管细胞内电处理效应的机理目前还不是很清楚,但国内外学者一致认为细胞内电处理的根本原因是ns脉冲电场在细胞内膜上诱导出的跨膜电位超过了穿孔临界值,从而导致内膜穿孔。基于以上研究详细介绍了目前关于细胞内外膜跨膜电位的计算模型、方法及仿真计算结果,探讨了细胞内电处理的机理。宽脉冲电场难以透过外膜进入细胞内部,主要作用在外膜上,导致外膜发生电穿孔。随着脉冲宽度变小,电场对内膜作用增强。当脉宽减小到ns级时,脉冲电场感应出的内膜跨膜电位比外膜大,电场主要作用于膜内细胞器,诱导内膜穿孔,细胞结构和功能改变,即进行细胞内电处理。