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。     

脉冲电场中西瓜汁杀菌钝酶效果分析

利用脉冲高压电源对反应器中的西瓜汁施加脉冲电场处理 ,测定了电场强度为 2 0、30、4 0 k V/cm和不同处理时间情况下西瓜汁的细菌含量和酶的活性 ,试验发现 ,脉冲电压对于西瓜汁的杀菌效果比较明显 ,试验 30 s后平均细菌数下降到 2 .5 %～ 10 % ;同时 ,脉冲电场对酶的活性有一定影响 ,但是不确定效果是正面或者负面     

脉冲电场灭菌机理分析及细菌失活模型的研究

针对目前有争议的脉冲电场灭菌机理,通过对电穿孔和电崩解过程的分析,认为电崩解机理更能够说明脉冲电场灭菌的原理和过程。通过对两种细菌失活模型Hülsheger&Niemann模型和Peleg模型进行数学分析,认为这两种模型其实质是相同的。在这两种模型中,细菌残活率指数岁电场强度的呈线性变化。通过实验研究,提出了一种不同的细菌失活模型,其细菌残活率指数随场强升高呈指数趋势变化,对这种新模型与目前常用的模型之间的关系进行了分析说明,常用的两种模型是该模型在一个局部的线性化近似表达。     

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。     

脉冲电容器简化模型的电场计算及击穿分析

本文对重复频率运行的脉冲电容器的击穿机理进行了深入的研究，并用有限元法对全膜脉冲电容器模型进行了计算，计算结果显示；放电段，电极边缘附近的膜及油中都出现场强较大的单元，其数值表明，放电时出现的振荡极可能造成油中的局部放电，局部放电的累积效应最终会造成绝缘击穿。此研究为全膜脉冲电容器设计提供了依据。     

脉冲电场上升沿对细胞跨膜电位的影响分析

分析了电场生物效应实验和实用中脉冲电场上升沿的形成并基于经典球形单细胞模型推导出计及上升沿的脉冲电场所诱导的细胞跨膜电位的计算解析式。研究发现:脉冲电场上升沿与细胞跨膜电位峰值、波形密切相关,减少脉冲电场发生电路的电感来增大脉冲电场所诱导跨膜电位的峰值可提高电穿孔的效率。     

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.     

基于激光光电池供电的脉冲电场传感器设计

为了解决脉冲电场传感器电光调制部分的供电问题,设计研制了一种基于激光光电池供电的脉冲电场传感器,该传感 器由激光光电池供电电路、电光调制电路和感应天线构成。 设计制作了由供能激光器、锂电池、激光光电池、锂电池充电电路、 锂电池保护电路、锂电池升压放电电路构成的激光光电池供电电路。 测试结果表明,供电电路输出电压精度为 1. 04 %,纹波系 数为 0. 3 %,并且 48 h 持续工作输出电压波动为±0. 035 V。 设计制作了由单极子天线、场效应管型集成运放构成的传感器电光 调制电路。 实验结果表明,研制的脉冲电场传感器测量带宽在 39. 8 Hz~ 1 050 MHz,动态范围 0. 256 kV/ m ~ 13. 79 kV/ m。     

高强度皮秒脉冲电场诱导HeLa细胞生物电效应分析

为研究高强度ps脉冲电场(psPEF)诱导HeLa细胞的生物电效应,将脉冲电场参数组合(电场强度为250kV/cm,脉宽为800ps,脉冲个数为1 000、3 000、5 000,频率为3Hz)作用于人宫颈癌HeLa细胞。利用噻唑蓝(methyl thiazolyl tetrazolium,MTT)比色法检测ps脉冲对细胞的生长抑制情况;钙离子指示剂(Fluo-3/AM)探针标记细胞,激光共聚焦显微镜检测细胞内钙离子体积分数的改变;蛋白质印迹法检测促凋亡蛋白Bax与凋亡抑制蛋白Bcl-2释放水平的改变。实验发现:细胞死亡率与施加脉冲个数正相关,且处理后12h抑制率最高;激光扫描共聚焦半定量分析显示,处理组细胞荧光强度明显高于对照组(检验水准P<0.05);蛋白质印迹法检测结果表明,处理组细胞内Bax表达量增加(P<0.05),Bcl-2释放量略有降低。上述结果表明:高强度ps脉冲通过诱导细胞凋亡进而抑制了HeLa细胞的增殖。     

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.     

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。     

纳秒脉冲电场治疗裸鼠皮下人恶性黑色素瘤模型的长期效应

为研究ns脉冲电场(nsPEF)对在体肿瘤的长期杀伤效应,以接种人恶性黑色素瘤A375细胞的BALB/c裸鼠为研究对象,采用电压幅值为4kV、脉冲宽度为200ns、重复频率为1Hz的ns脉冲电场进行治疗。肉眼观察结果表明,瘤体随时间推移而逐渐消褪直至消失,且皮肤恢复完好,原位瘤在平均2周时间内完全消失;瘤体生长抑制情况检测结果表明,与对照组相比,治疗组裸鼠肿瘤体积明显缩小(检验水准P<0.05),随着生存时间延长,对照组和治疗组肿瘤生长速度差别增大;荷瘤裸鼠的存活率-时间关系研究结果表明,ns脉冲电场治疗后26d时间内,对照组裸鼠全部死亡,而治疗组裸鼠存活率高达100%。实验结果表明ns脉冲电场能有效抑制肿瘤组织的生长,并可大大提高荷瘤BALB/c裸鼠的长期存活率。     

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。     

脉冲电场和X射线对小鼠雄性生殖和造血器官的复合效应

为了探讨脉冲电场(PEF)和X射线联合照射对小鼠雄性生殖和造血器官的复合效应,将74只成年雄性昆明种小鼠随机分成4组,即对照组、PEF组、X射线组以及PEF+X射线复合组。将PEF辐照参数设定为电场强度1 k V/m和重复频率10 k Hz。动物每天接受PEF辐照1次,每次辐照时间为10 s,连续辐照3 d。PEF辐照结束24 h后复合组动物接受X射线全身照射,吸收剂量为7.0 Gy,吸收剂量率为1.1 Gy/min。照射完毕,观察动物体质量、外周血常规指标,睾丸、附睾、脾脏和胸腺脏器系数及睾丸形态结构,脾结节计数,动物15 d存活率。研究结果表明:与对照组相比,PEF组动物体质量、外周血常规指标、睾丸等脏器系数变化不显著,X射线组和复合组动物体质量明显降低,白细胞、淋巴细胞、血小板数量明显减少,胸腺和脾脏系数明显降低,睾丸组织结构损伤明显。与X射线组相比,复合组动物体质量、血液常规指标和脾结节数目变化不显著,但睾丸组织病理损伤明显减轻,动物15 d存活率有增高趋势。可得结论:单独脉冲电场对小鼠雄性生殖器官和造血器官无明显影响,并且对X射线引起的造血损伤无复合效应,但对X射线造成的睾丸组织损伤具有一定程度的保护作用。     

含色散和电穿孔效应的球形细胞在纳秒脉冲下的生物电效应仿真

为准确研究纳秒脉冲(nanosecond pulses electric field,ns PEF)作用下细胞跨膜电位的分布规律,采用多物理场仿真软件COMSOLMultiphysics建立球形细胞五层介电模型,同时引入色散(dispersion,DP)和电穿孔(electroporation,EP)效应来研究纳秒脉冲下的细胞生物电效应。结果表明,在电穿孔的基础上引入色散效应,使得细胞膜上点A1跨膜电位(trans-membranepotential,TMP)达到峰值的速度明显加快,核膜上点B1的跨膜电位在0～100ns区间明显增大;微孔密度、跨膜电位的时空变化结果表明,点A1首先在2ns左右发生电穿孔,随后点A2—A5依次发生电穿孔,最终细胞膜上至少2/3区域发生电穿孔。研究结果从理论上证明了只有同时引入色散和电穿孔效应才能正确预测纳秒脉冲的生物电效应。