细胞骨架在ns脉冲诱导肿瘤细胞凋亡中的作用

为了研究细胞骨架在ns脉冲诱导肿瘤细胞凋亡中的作用,将脉冲电场参数组合(电场强度10kV/cm,脉宽500ns,脉冲30个,频率1Hz)作用于细胞骨架裂解的Hep-G2细胞。利用Annexin-V和碘化丙碇(propidium i-odide,PI)双染法检测细胞凋亡和坏死情况;采用荧光分光光度计观测线粒体跨膜电位和细胞膜穿孔的变化情况。试验发现:肌动蛋白裂解后脉冲处理组的细胞凋亡和坏死大大降低(与单独脉冲处理组相比检验水平P<0.05),早期细胞凋亡由(16.94±2.87)%下降到(4.77±1.87)%;晚期凋亡和坏死由(20.94±3.09)%下降到(14.38±2.60)%;脉冲处理组和肌动蛋白裂解后脉冲处理组的细胞线粒体跨膜电位都出现下降,但后者的线粒体跨膜电位却明显高于前者(P<0.05);单独脉冲处理组和细胞骨架缺失后脉冲处理组二者在相同时间点时其PI荧光强度无明显差异,且PI荧光随时间而变化的规律亦相似。上述结果表明:细胞骨架的缺失抑制了ns脉冲诱导细胞凋亡的线粒体通路,进而降低细胞凋亡水平,但对细胞膜的穿孔情况无明显影响。     

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。     

不可逆电穿孔对兔组织阻抗的影响

为了研究不可逆电穿孔对生物组织阻抗的影响,探究了阻抗变化与不可逆电穿孔机理之间的关系。以新西兰大白兔的多种组织作为对象,对其施加μs级高强度脉冲电场,测量、计算了组织阻抗值的变化。实验采用脉冲参数为:幅值2 250 V,脉冲脉宽70μs,重复频率2 Hz,脉冲总数90个。实验结果表明:生物各组织发生不可逆电穿孔时,其阻抗均减小;随着脉冲作用时间增加,阻抗趋于稳定,但在41个、61个脉冲作用后分别停止5min后阻抗明显恢复,说明可逆电穿孔比例仍较大;随着脉冲电场强度和作用时间的继续增大,不可逆电穿孔数量和程度迅速增大,直至组织阻抗达到最小值;停止施加脉冲电场后,组织阻抗增大,即部分电穿孔自恢复。     

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。     

染污绝缘子安全区泄漏电流检测中去除信号干扰方法

针对染污绝缘子安全区泄漏电流信号包含大量噪声干扰、很难准确提取其有效特征量的问题,利用4种小波阈值去噪方法对不同信噪比的实测安全区泄漏电流信号进行去噪,提取去噪前后的泄漏电流波形、有效值以及3次谐波与基波幅值比这3个特征量,对比分析了其去噪效果,优选出最适合安全区泄漏电流特征量提取的小波去噪方法。通过分析得出在信噪比大于1.0时,对于安全区泄漏电流波形和有效值,自适应阈值是最佳的去噪方法;对于3次谐波与基波的幅值比,4种阈值去噪法获得的比值对真实比值的逼近效果基本一样。综合比较实测信号提取的各个特征量去噪前后的效果可知,自适应阈值法是提取安全区泄漏电流特征量的最佳去噪方法。     

基于网格传输网络模型的纳秒脉冲作用下单细胞电穿孔规律仿真研究

为研究ns脉冲电场杀伤肿瘤细胞的作用机理,采用MATLAB仿真软件对含细胞核膜的典型单细胞空间区域进行了离散,建立了其网格传输网络模型,分别从空间电位分布、跨膜电压曲线以及孔数密度、孔半径分布等角度,仿真模拟了单细胞在电场强度为0.5 MV/m、脉冲宽度为250 ns、上升沿为30 ns、仿真总时长为1μs的ns脉冲作用下的电穿孔动态变化过程。仿真研究结果表明：无论是细胞膜还是细胞核膜,电穿孔都存在＂负极性效应＂,即总是负极正对膜位置先出现电穿孔;细胞膜电穿孔存在较明显的＂过渡区域＂,且过渡区域孔半径较大,孔数密度较小;细胞膜电穿孔比细胞核膜更加容易。该仿真研究结果丰富了脉冲电场用应于治疗肿瘤领域的电穿孔机理,为进一步研究高频ns脉冲串的电穿孔机理提供了仿真思路。     

局部放电干扰评价参数信噪比的二阶估计

针对实测局部放电(partial discharge,PD)信号去噪的盲目性,提出对PD信号受干扰程度先作估计评价再决定是否需要去噪的思想。运用二阶统计理论,对构造的实测PD信号相关矩阵进行奇异值分解,将得到的奇异值空间划分为代表信号能量和噪声能量的子空间,建立表征信号和噪声能量大小的判别规则,对PD信号受干扰程度评价参数信噪比(signal-to-noise ratio,SNR)进行二阶估计。通过对模拟与实测PD信号的SNR二阶估计对比分析表明,该二阶估计能很好地判断PD信号受干扰程度,为后续PD信号的去噪处理提供理论依据。     

特高压交流输电线路绕击耐雷性能仿真分析

准确评估特高压(UHV)线路绕击耐雷性能,对线路设计及施工具有重要参考价值。为此,引入了基于先导发展法的,可精确反映任意剖分区域导、地线弧垂及与大地实际相对高度的特高压输电线路雷电绕击3维剖分模型。为进一步验证该模型的实际应用价值,分析了我国晋东南—荆门1 000kV特高压交流示范线路绕击耐雷性能,及绕击跳闸率随保护角、地面倾角的变化规律。分析结果表明:ZMP2型猫头塔最大绕击跳闸率为0.057 5次/(100km.a),ZBS2型酒杯塔最大绕击跳闸率为0.032 2次/(100km.a),两型杆塔的绕击跳闸率均满足设计要求,工程中可通过适当控制导、地线的弧垂来降低线路的绕击概率;山坡外侧导线更易遭受雷击,线路绕击跳闸率随线路保护角及地面倾角增大而大幅度上升;大电流绕击发生在距线路较远处。