陡脉冲不可逆性电击穿恶性肿瘤细胞的研究

采用作者研制的陡脉冲治疗装置,以人卵巢腺癌SKOV3细胞为实验研究对象,通过倒置相差显微镜实时观察细胞形态在陡脉冲电场作用下的动态变化过程,用扫描电镜观察细胞膜表面的变化情况,并用透射电镜观察细胞超微结构的改变。研究发现,陡脉冲作用后的细胞发生明显肿胀,细胞核固缩;扫描电镜观察结果显示出细胞膜出现孔洞并发生破裂,细胞质外喷;透射电镜观察结果发现核肿胀,核膜不完整,胞质内细胞器结构模糊,微绒毛肿胀,胞浆、线粒体肿胀、空泡化,细胞膜多处断裂。这表明陡脉冲能使恶性肿瘤细胞发生不可逆性电击穿并导致其死亡。     

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。     

陡脉冲致兔肝组织不可逆性电击穿的量效关系

为优化陡脉冲电场在肿瘤治疗的治疗参数,确定最佳的治疗剂量,实验研究了不同电压峰值、脉宽、频率组合的陡脉冲电场致正常兔肝组织细胞不可逆性电击穿范围(即杀伤面积)的量效关系。结果发现:不同参数组合的陡脉冲对杀伤面积有较大的影响,随着脉冲剂量增大,杀伤面积随之增加,但峰值电压约900V时趋于饱和,脉宽>5μs后杀伤面积增大较前明显。     

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。     

细胞膜电穿孔及其肿瘤治疗的研究

电穿孔是在脉冲电场作用下细胞膜暂时出现微孔的物理过程 ,其结果是细胞内外分子交换显著增加 ,有利于细胞吸收各种药物、基因物质、蛋白质和其它大分子等。电场取消后微孔关闭而不会对细胞造成任何影响。电穿孔对于研究脉冲电场作用下细胞的结构和功能有重大意义 ,这种瞬时可逆的膜渗透性增强大大促进了化疗药物的跨膜运送 ,有效地提高了其杀伤力 ,为肿瘤的综合治疗提供了一种新思路     

ns级陡脉冲诱导肿瘤细胞凋亡的实验研究

为进一步研究ns级陡脉冲诱导细胞的凋亡效应,以人卵巢腺癌SKOV3细胞为对象,进行了电场强度为10 kV/cm、脉宽为100 ns的陡脉冲实验研究。结果表明,通过流式细胞术观测发现早期凋亡率约22%;通过AO/EB荧光染色检测显示,早期凋亡细胞表现为细胞体积缩小,胞膜完整,浓聚成颗粒状,位于细胞的一侧,胞质浓缩,呈黄绿色荧光;晚期凋亡细胞体积缩小,胞膜完整,细胞核呈橙红色或红色荧光;细胞坏死时,细胞体积增大,呈不均匀的橙红色荧光,轮廓不清,已解体或接近解体。医学统计学和形态学特征表明ns级陡脉冲能诱导SKOV3肿瘤细胞发生凋亡。     

纳秒快脉冲下气体开关的过电压击穿

纳秒快脉冲过电压击穿方式适合应用于长寿命高同步两电极气体开关.基于过电压击穿型气体开关的工作机制,建立了气体间隙在脉冲过电压击穿模式下击穿电压和时延的统计数学模型,该模型证明电极表面微观场强、间隙气压、初始电流大小、触发电压上升陡度等关键电气参数对间隙击穿分散性有重要影响.提出了纳秒快脉冲下气体开关过电压击穿参数的等效计算方法.实验证明,对于一般工况条件下的石墨电极气体开关,随着气压间距乘积值的增大和脉冲变化梯度超过一定门限值,纳秒快脉冲过电压击穿过程会逐渐由经典流注理论向快电子击穿修正理论过渡.快电子效应导致的电场增强系数在1.2～2.4之间变化.     

高压短脉冲作用下岩石击穿特性的实验研究

为了开发脉冲等离子体钻机,开展了高压短脉冲作用下岩石击穿的实验研究。以去离子水为工作介质,将不同种类和不同厚度的岩石放置于尖板电极间,通过加载不同大小的电压于岩石上,考察了岩石的电击穿概率与平均电场强度的关系。实验结果发现:7%空隙率的黄砂岩电击穿场强为70kV/cm;0.8%空隙率的白大理岩电击穿场强为160kV/cm。岩石孔隙率的大小对电击穿场强影响显著,孔隙率越大,电击穿场强越小。岩石厚度对电击穿场强也有一定影响,电击穿场强随厚度增加而减少。     

硅烷交联聚乙烯的电击穿

研究了由乙烯-乙烯基三甲氧基硅烷共聚物制成的硅烷交联聚乙烯在30℃～160℃温度范围内的电击穿。在30℃下施加冲击电压时,不论采用何种交联方法以及交联度如何,交联聚乙烯的击穿场强 F_B 除个别情况外总是低于未交联的低密度聚乙烯。讨论了由于交联过程产生微孔,造成在非晶体区域的非均匀性,因而使 F_B 值降低。根据随机分布弱点模型和单电子雪崩击穿理论的统计方法,进一步讨论硅烷交联聚乙烯在室温范围内的击穿机理;还比较在高于室温区域的直流电压 F_B 值与冲击电压 F_B 值,并讨论了空间电荷对 F_B 值的影响。     

电加热器通电击穿问题的研究与预防

为了提升空气调节器制热效果,会在热泵系统制热的基础上配置电辅热。近年来,在我司售后不断出现电加热器通电击穿问题,这直接导致空调整机无法有效制热,重者甚至会导致起火事故,存在重大电气安全隐患。由此,本文主要研究陶瓷PTC电加热器通电击穿问题的原因及其预防措施,供行业内陶瓷PTC电加热器预防通电击穿问题作参考。     

高压纳秒脉冲气体放电中X射线探测实验研究进展

近年来通过探测高压纳秒脉冲气体放电中X射线来研究放电过程中高能电子逃逸行为,进而探索高压纳秒脉冲气体放电机理受到了国内外广泛关注。在介绍纳秒脉冲气体放电中X射线的产生及探测方法基础上,综述了国内外纳秒脉冲气体放电实验中X射线探测实验的研究进展,分析了研究中的探测装置、主要结果和影响因素及相应的解决方法,以期为探测高压纳秒脉冲气体机理提供参考。     

高压脉冲装置及其在工业废水处理中的应用研究

介绍了自行研制的XJDMC型高能脉冲发生装置,该装置具有可产生1～3 kV高压、最大峰值电流可达1.7 MA等特性,可以对充电电压、储能电容、充放电时间进行调节和设置,并实现充电电压和充放电时间的LED显示。采用高压大电流脉冲产生等离子弧降解破碎大分子有机物长链的方法,研究了高压脉冲放电法降解破碎工业废水中苯环、芳香烃的影响因素。试验中脉冲电压为3 kV,极间距分别为20、30 mm时,放电处理50 min,降解率分别可达58.3%和51.1%,电导率下降分别为45.3%和29.1%。高压脉冲放电可以有效地处理含有大分子有机物的工业废水。     

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。     

陡脉冲电场作用下细胞电场力的仿真计算

The basic characteristic of electric field is that the substance in the field is in operation by the stress. Under external electric fields,there is strong distribution of electric fields on the inside and outside surfaces of cell membrane. In virtue of the difference of the permittivity among membrane,cytoplasm and extracellular medium,there must be electric field stress on the surface of the membrane. The goal of the study is to research the irreversible electrical breakdown (IRE) mechanism of the malignant tumor cells under steep pulsed electric field (SPEF) from the views of mechanics. Electric field stress of plasma membrane under steep pulsed electric field is calculated and simulated both on malignant tumor cells and on the normal cells. The calculation results show that,in addition to a compressive stress normal to the membrane plane,transverse traction stresses are generated in the lateral plane of the membrane. The lateral stress will reduce the membrane tension significantly,leading to electroporation and rupture. At the same electric field strength,the transverse traction stress on malignant cell membrane is greatly larger than the one on normal cell membrane. Therefore,compared with the normal cells,the malignant tumor cells are more sensitive under the steep pulsed electric field. Namely,steep pulsed electric field can selectively destroy the malignant tumor cells,which proved the safety of treating malignant tumors by steep pulsed electric field.     

ns脉冲液体介质击穿实验研究综评

介绍了目前液体介质击穿研究的实验内容(电压极性、电压波形、外界静态压力等)、实验方法(电学与光学结合)、研究成果(经验公式、击穿机理);指出单次ns脉冲击穿的电压脉宽窄(ns级)、击穿电压幅值高,重频ns脉冲电压击穿下液体介质的电场累积效应(极化效应)显著,这些ns级液体介质击穿的特点有助于揭示液体介质击穿的本质特性。结合研究成果讨论了窄脉冲电压液体介质击穿的概率与击穿机理。     

爆炸磁流体发电机研究进展及其关键问题

磁流体发电是一种直接发电方式。对高功率脉冲电源需求领域而言，爆炸磁流体发电机的比功率很高，在10MW／kg上下，是可行的高功率微秒级脉冲电源。与其它种类脉冲储能装置相比，ED-MHD发电机的功率密度最高。从磁流体发电机通道的基本理论来看，其功率密度和效率的提高还有较大的空间。