皮秒脉冲电场抑制肿瘤生长的初步研究

皮秒脉冲电场(picosecond pulsed electric field,ps PEF)可以一定程度上抑制Hela细胞生长,然而其能否有效杀伤在体肿瘤组织目前尚不得而知。为此,采用脉宽800 ps,重复频率3 Hz,脉冲个数2 000,50、60、70 k V/cm不同场强的皮秒脉冲电场处理裸鼠皮下宫颈癌组织,通过组织学观察、Western Blotting检测人体抑癌基因P53蛋白表达及抑瘤效应和生存时间观察,初步探讨了ps PEF对在体肿瘤的体内效应。实验结果表明:ps PEF对肿瘤组织有一定杀伤效果,且存在明显剂量依赖正相关关系;P53的表达随皮秒脉冲电场强度的增加逐渐增强,脉冲处理后表达水平最高可以提升74.70%(70 k V/cm),初步推测ps PEF通过上调P53表达促进肿瘤细胞凋亡,从而达到抑制肿瘤生长的目的;ps PEF对在体宫颈癌肿瘤的生长有一定抑制作用,但远期抑制效果不明显。与此同时,ps PEF处理肿瘤组织的过程中,裸鼠生命体征平稳,50 k V/cm组裸鼠无抽搐现象,60 k V/cm、70 k V/cm组裸鼠四肢出现肌肉收缩,初步证实了皮秒脉冲电场的安全性,为实现皮秒脉冲靶向聚焦消融肿瘤奠定了基础。     

不同气压下纳秒脉冲的放电特性

为了解不同气压下纳秒脉冲放电特性,利用真空舱在不同气压下采用纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究,讨论了气压、电压幅值、重复频率对放电特性的影响。实验结果表明:保持气压2 200 Pa、重复频率1 000 Hz不变,电压为5.9 k V时,电流为单脉冲,随电压增加至8.5 k V时,电流转变为多脉冲形式,且电压越大,脉冲数量、振幅增大;保持气压2 200 Pa、电压6.8 k V不变,随频率增加,丝状放电放电通道数量及放电丝长度逐渐增大,重复频率为1 900 Hz时,明显出现多个丝状放电通道,由电极边缘向周围呈放射状延伸,随频率的增大,放电功率呈增加趋势;保持电压6 k V,重复频率1 000 Hz不变,气压为87 750 Pa时,电流为单脉冲,气压降低至3 650 Pa时,电流转变为多脉冲,气压越低,脉冲个数与振幅越大,随气压降低,放电亮度、放电长度、放电功率增大。     

高强度皮秒脉冲电场抑制HUVEC迁移、增殖及小管形成的实验研究

目前,国内外关于皮秒脉冲电场(picosecond pulsed electric field,ps PEF)治疗肿瘤的研究多集中于ps PEF对肿瘤的杀伤效应,对肿瘤所赖以生存的血管生成的研究鲜有提及。为此,采用脉冲宽度为800 ps,重复频率为3 Hz,脉冲个数为2 000,电场强度分别为20 MV/m、30 MV/m,40 MV/m的皮秒脉冲电场处理人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein endothelial cells,HUVEC),利用划痕实验、Transwell小室法、cell counting kit-8(CCK-8)法及体外小管形成实验,初步探究了ps PEF对血管生成的影响。实验结果表明:ps PEF可以有效降低HUVEC的迁移率和增殖率,且存在明显的剂量依赖关系,细胞迁移抑制率、细胞增殖抑制率均随ps PEF的增强而逐渐增大,其中细胞增殖抑制率在脉冲处理12 h后达峰值,细胞迁移和增殖抑制率最大可达73.68%,95.54%(40 MV/m);ps PEF可抑制HUVEC小管的形成,ps PEF场强越大,脉冲处理后小管形成抑制率越高,最高可达95.83%(40MV/m)。实验结果初步验证了高强度ps PEF对血管生成的抑制效果。     

重复短脉冲及方波电压频率对变频电机绝缘局部放电统计特性影响

为研究重复短脉冲及方波电压频率对局部放电统计特性的影响规律,采用不同频率的重复短脉冲及方波电压对变频电机漆包线绞线对进行测试,得到了两种电压条件下频率对局部放电幅值及相位的影响规律。结果表明:在重复短脉冲及方波电压下,频率升高造成表面积累电荷衰减减小,促使初始电子出现概率增加,从而导致局部放电幅值减小;放电相位随频率变化可能会受到电压极性的影响,在高频重复短脉冲电压下放电相位延迟,在高频重复方波电压下放电相位提前;在重复方波电压下的放电幅值为0.2~2 V,高于重复短脉冲下的放电幅值。根据研究结论,在依据国际标准对变频电机绝缘性能进行检测时,为提高信噪比,推荐采用频率较小的重复方波电压。     

基于微带传输线的生物溶液处理用纳秒脉冲电场发生器研制

研究纳秒脉冲电场生物学效应需要相应的高压纳秒脉冲发生器。为此,基于微带传输线与固态开关技术,通过波传播过程分析阐释了Blumlein型微带传输线方波的形成原理;采用CST微波实验室仿真分析了微带传输线充电过程中的电场分布;制作了小型化的纳秒脉冲发生器样机,并搭建测试系统对其进行了性能测试。结果表明,在电转杯负载端得到的纳秒脉冲电压幅值在0~2 k V内可调(即对间隙距离为1 mm的电转杯负载,电场强度在0~20 k V/cm内可调),脉宽为100 ns,上升沿约为20 ns,重复频率在0~1 k Hz内可调。     

Trichel脉冲放电中的模式转变实验研究

Trichel脉冲为一种典型的负电晕放电电流形式。为了进一步研究Trichel脉冲放电特征,针对于其放电随机性强、不利于对脉冲单体进行研究这一点,在空气中室温开放环境下,利用针-板电极结构对负电晕放电特性进行了研究,采用统计学方法对其参数—脉冲上升沿时间、半波下降时间、脉冲幅值、脉冲频率—进行概率分布分析。结果表明,在放电过程中,随着电压的上升,Trichel脉冲放电存在着模式转变的过程,模式转变发生为一个连续过程;在该实验条件下,模式转变过程始于电压值为-6.5 k V,止于电压值为8 k V时;在模式转变过程中,脉冲上升沿时间与半波下降时间几乎不变,脉冲幅值改变。脉冲幅值出现大幅度跳变为判断模式转变的一个主要依据。     

重复脉冲电压频率对环氧树脂电树枝引发特性的影响

在不同幅值和频率的重复脉冲电压下,研究了环氧树脂电树枝的引发特性,并与相同幅值和频率的正弦电压下的电树枝引发特性进行对比。结果表明:当电压幅值和频率相同时,重复脉冲电压下电树枝的引发概率和生长长度约为正弦电压下的3倍,正弦电压多引发单枝电树枝,而重复脉冲电压下电树枝引发速度更快且为多枝形态。当重复脉冲电压幅值或者频率升高时,电树枝更易生长,电树枝主干变粗。与相同频率和幅值的正弦电压下相比,重复脉冲电压下电树枝引发受直流电压平稳过程和上升、下降时间处极性翻转的共同作用,直流电压平稳过程会注入更多高能电荷,极性翻转过程中电荷脱陷更快,分子链更易断裂,导致重复脉冲电压对绝缘的损伤比正弦电压更为严重。     

直流电晕电流时域脉冲特性的统计分析

为了研究直流正负电晕电流时域脉冲的特性,基于实验室开发的高频电晕电流高压端测量系统,开展了不同条件下直流正负电晕的线板放电实验。基于大量实验数据,统计、对比了正、负极性电晕脉冲的幅值、上升时间、半波时间和重复频率等特征参数随导线电压及导线半径变化的规律。实验结果表明：导线电压对单个正、负脉冲波形的影响较小,主要影响脉冲的重复频率;负脉冲的上升时间平均值为20~30 ns,半波时间的平均值为90~110 ns;正脉冲的上升时间平均值为40~50 ns,半波时间的平均值为140~160 ns;随着导线电压的升高,正、负脉冲重复频率均迅速增大,但相同电压下,正脉冲的重复频率显著小于负脉冲的重复频率,负脉冲重复频率约为正脉冲的15~25倍。     

基于纳秒脉冲电压的固体绝缘材料缺陷检测

文中搭建了重复频率纳秒脉冲电压下局部放电检测平台,输出电压幅值30 k V、脉冲前沿100 ns,半高宽120 ns,重复频率最大10 kHz。在纳秒脉冲电压激励下,试品中的缺陷产生局部放电,局部放电的次数与所施加脉冲数一致,放电重复性好,放电量和局部放电起始电压易于统计,局部放电参量便于提取;连续脉冲下,可以通过试品放电量的变化过程来判断试品缺陷的发展情况。因此,纳秒脉冲电压可用于试品的绝缘缺陷检测,有助于开展固体绝缘材料在局部放电作用下破坏过程和机理的研究。     

皮秒脉冲细胞实验装置的设计与仿真优化

为在相同ps脉冲源输出电压下获得更高的电场强度以进行细胞实验,基于已有研究成果,设计了ps脉冲细胞实验装置,给出了信号不失真传输措施;并采用有限元法和CST建立了细胞实验装置的3维模型,综合考虑ps脉冲信号不失真传输、电场强度足够大以及电场均匀度良好3个重要指标后,对托针和电极池的相关参数进行了仿真优化。结果表明:采用所设计的实验装置传输电磁波时,其反射波幅值较小,并能产生强度较大的电场;托针直径对电极池中的电场分布具有影响,宽托针产生的电场更加均匀、反射波幅值更小;电极池中电场均匀度随极板厚度的减小先增大后减小。根据仿真结果,当托针直径取5 mm、极板厚度在0.66~0.70 mm之间时,电极池中的电场强度足够大且均匀度较好。     

航天器表面放电脉冲测量系统

文中介绍了一种用于航天器表面放电脉冲测量的瞬态脉冲测量系统,详细地描述了测量系统的原理、电路结构和测量结果。     

脉冲序列调制-脉冲跳周期调制Buck变换器研究

脉冲序列调制(Pulse Train Modulation,简称PTM)采用高、低能量脉冲对开关变换器的输出电压进行调整,其动态响应速度快,控制器设计简单,但同时开关变换器轻载效率低,输出电压纹波大。脉冲跳周期调制(Pulse Skipping Modulation,简称PSM)采用ON/OFF控制对输出电压进行调整,虽然提高了开关变换器的轻载效率,但也存在输出电压纹波大的缺点。结合PTM与PSM调制技术,提出了开关变换器的PTM-PSM调制技术,在保留PSM调制轻载效率高的同时,降低了输出电压的纹波。最后设计了基于PTM-PSM调制的Buck变换器,通过实验验证了分析结果。     

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。     

基于磁开关的高压纳秒脉冲电源

基于磁脉冲压缩技术设计了一种磁开关,通过初始脉冲波形参数与磁开关参数的配合,将微秒级原始脉冲加以压缩,产生电压幅值为6 kV、上升时间为300 ns的脉冲。分析了单级、多级磁脉冲压缩电路的工作原理,介绍了磁开关的计算设计方法,并建立了电子工作台(Electronic Workbench,简称EWB)电路仿真模型,比较了电路中各元件参数对脉冲输出参数的影响。     

New approaches to selective pulse design

Selective pulse design for noninteracting spins is equivalent to inversion of the Bloch equations. Until recently, few analytical solutions to this problem were known. However, approaches based on inverse-scattering theory have now led to general solutions that offer ever higher precision in meeting target responses. The concept of soliton pulses (pulses that leave the spin system unaffected) turns out to be a particularly valuable one because half-solitons (both /2 and pulses) are inherently phase compensated. Such pulses are important for observation of shortT ₂ species, where substantial signal loss could occur in any refocusing period. Multiply-selective pulses, suitable for simultaneous suppression of several solvent lines have been generated by inverse-scattering theory and have considerable potential in bothin vivo magnetic resonance spectroscopy and in routine high-resolution NMR. Although analytical solutions show great promise, it is likely that optimization methods will continue to be of value for the foreseeable future. The use of the SPINCALC scheme that operates in a switched stationary reference frame is illustrated through its use to design adiabatic refocusing pulses that do not lead to cumulative errors when used in multiple-echo trains.     

长脉冲折叠型螺旋脉冲形成线的设计和初步实验

高功率脉冲功率调制器的紧凑化是其重要研究方向,为此将螺旋线与折叠线技术相结合,设计了一种长脉冲折叠型同轴螺旋脉冲调制器,该调制器将两根螺旋型脉冲形成线通过过渡段部分连接,形成折叠结构,在一定的长度范围内实现了长脉冲的输出,设计指标为:二极管电压400 kV,负载电流26 kA,脉冲宽度约为260 ns。对传输线的电压波过程进行了分析,结果表明,过渡段阻抗与传输线阻抗匹配时输出波形最好;用PSpice软件对脉冲形成线的充电电压和二极管电压、电流进行了模拟;利用高压同轴电缆,进行了低压情况下的验证实验,实验结果与理论分析、模拟研究结果一致。此种类型的调制器具有运行稳定、体积小、结构紧凑的特点。     

脉冲等离子体反应器放电特性研究

脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究,放电参数直接影响反应器内等离子体状态,进而影响污染物的去除效果,研究不同条件下的放电特性可为脉冲等离子体技术的应用提供参考.本文利用线板式脉冲等离子体反应器, BPFN型高压脉冲电源供电, 研究了电源电容、极板间距及介质阻挡对放电特性的影响.结果表明:增大电源电容可以有效地提高电源能量效率;增大极板间距,峰值电压VP增大,峰值电流IP减小,脉宽减小,波形更加理想;陶瓷板阻挡放电可解决间隙火花放电,使脉冲电晕放电空间分布均匀,在大范围内提高电源能量效率.     

高压GaAs亚纳秒光电导开关的实验研究

报道了用全固态绝缘结构研制的半绝缘GaAs光电导开关产生高压亚纳秒电脉冲的性能和测试结果。分别用ns、ps激光脉冲触发开关的测试表明，开关的暗态维持电场达35KV/CM，输出电流脉冲上升时间约500ps，达亚纳秒量级。测量了高倍增开关的光电阈值曲线，其最小触发电场阈值≥4.1kv/cm。开关输出电磁脉冲无晃动。3mm电极间隙开关2500v偏置下，入射能量为8μj时获得线性波形，在48μj时获得Look-on波形。     

电磁脉冲模拟器用纳秒脉冲源的研制

随着电磁武器的发展,电磁脉冲及其防护技术再次成为关注的焦点。简要介绍了核电磁脉冲模拟器的标准电场波形和脉冲源的组成及其基本原理,论述了脉冲分压器的设计。分析显示,所研制的新型电阻分压器可以减少响应时间和上升时间3ns以上。实验结果表明,该分压器可以用于上升时间为1ns以上脉冲的测量。研制的脉冲源的输出脉冲满足设计要求,峰值电压高于26kV,上升时间小于2.8ns,下降时间约55ns。     

利用DBD开关开展脉冲压缩技术研究

为输出1～2ns脉宽的脉冲,进行了利用脉冲形成线原理和DBD开关快速导通技术压缩SOS脉冲源输出波形的实验,结果表明:峰值功率450MW、脉宽6ns的脉冲输出可压缩为峰值功率约1GW、阻抗50Ω、脉宽1.8ns、脉冲前沿约0.9ns,运行重复频率2kHz。证明该脉冲压缩技术是实现高重复频率超宽谱源的有效方法。