高压超短电场脉冲高选择性兔下腔静脉血管平滑肌细胞消融模型建立的探索

目的高压超短电场脉冲通过瞬时、高能的局部电场变化,具有不破坏细胞完整结构、诱导细胞自主凋亡的生物学效应,这在抑制血管重构、管壁增生、血管狭窄方面具有潜在的应用价值。本研究自主研发出一款新型高压超短电场脉冲系统,探究该系统对兔下腔静脉作用后的生物学效应。方法利用1000 V/cm、1 Hz高压超短电场脉冲电刺激实验兔下腔静脉60次,常规饲养后,在术后第3天处死后,解剖分离实验兔下腔静脉血管标本,送HE病理染色常规检查。结果成功制备自主研发新型高压超短电场脉冲系统,高压超短电场脉冲作用点区域平滑肌凋亡,血管壁变薄,局部血管内皮细胞无明显损伤;无电刺激对照区域血管内皮细胞、平滑肌细胞及血管壁结构完整。结论高压超短电场脉冲,具有高选择性消融平滑肌细胞,保持周围血管内皮及平滑肌细胞、组织结构完整性的作用。

纳秒级电场脉冲诱导肿瘤细胞凋亡的线粒体通路研究

将纳秒级电场脉冲作用于人卵巢癌(SKOV3)细胞,通过流式细胞仪检测细胞活性氧(ROS)、线粒体跨膜电位(MTMP)的变化情况,用免疫荧光法检测线粒体膜间隙凋亡相关蛋白释放情况;用Western blot法检测线粒体膜间隙凋亡相关蛋白表达及活化情况,以研究纳秒级电场脉冲诱导肿瘤细胞凋亡的线粒体通路。实验发现:经纳秒级电场脉冲处理后,细胞活性氧即刻升高,且线粒体跨膜电位在6 h时达到最低值;线粒体膜间隙蛋白释放入胞浆(P<0.05);线粒体凋亡通路相关蛋白表达量也明显升高(P<0.05)。结果表明,在纳秒级电场脉冲诱导的肿瘤细胞凋亡中,线粒体凋亡通路参与并发挥了重要作用。

强电场脉冲致细胞膜电穿孔的观察

用强电场脉冲处理动物细胞后 ,可使小分子物质台盼蓝进入细胞内 ,通过扫描电镜观察到细胞膜上有电致孔洞 ,证实强电场脉冲能引起电穿孔 ,穿孔率较高 ,穿孔直径在 0 0 5～ 1 5 μm ,经研究作者得到了较佳的实验条件 ,并得到了形态学证据 .

高强度皮秒电场脉冲无创治疗肿瘤天线设计

高强度电场脉冲的脉宽从纳秒级减小到亚纳秒级甚至皮秒级宽度,将使得电场脉冲对生物体结构和功能的影响研究进入新的领域。根据椭球的几何特性,提出一种由椭球面反射器和单圆锥辐射器组成的冲激脉冲辐射聚焦天线,天线可以把高强度皮秒级电场脉冲无创伤地传输至浅层生物组织处。通过高强度电场脉冲的作用来诱导肿瘤细胞凋亡并起到杀伤作用,从而实现肿瘤的无创治疗。仿真结果表明超短时电场脉冲在靶点位置能形成有效的聚焦,并具有很高的幅值,增益和电场方向图在频带内变化稳定,同时,天线性能指标电压驻波比小于2,反射损耗小于-10dB,满足超宽带时域天线的设计要求。

电极间隙对脉冲电场处理器杀菌效果的影响

脉冲电场是新型非热杀菌技术,杀菌效率高、有效保留液体食品的营养成分,具有广阔的应用前景。电极间隙作为脉冲电场杀菌处理器的关键指标,决定处理器的电场分布和杀菌效果。为了获得最佳间隙参数,提升杀菌效果,为此设计了共场型脉冲电场处理器,电极间距分别为3、5和7 mm,针对固定电导率(等效鲜榨柚子汁电导率)的2种典型细菌(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)菌悬液,研究了脉冲电场的杀菌效果。研究发现,3 mm电极间距所能施加最大电压为18 kV,5、7 mm的可达30 kV;处理时间为120 s时,3种间隙的杀菌效率均可达99.99%。因此,综合考虑电源性能、设备能耗和处理能力,首选3 mm电极间距为处理器的应用参数。评估外施电压幅值对杀菌效果的影响,发现细菌存活量的下降趋势可根据其下降速率分为“慢-快-慢”3个阶段。结合菌悬液上清液蛋白质含量的上升趋势,充分说明了电穿孔应为脉冲电场的主要杀菌机制。

电磁脉冲电场测量技术研究综述

宽频带大动态范围的脉冲电场测量是电磁脉冲效应、防护以及电磁兼容等相关领域的一项共性基础技术,在过去50年以来受到研究人员的广泛关注,并发展出不同手段的测量技术。无源微分(D-dot)测量传感器带宽相对较高,但尺寸较大、集成度低;有源光纤测量系统最大测量带宽约为1 GHz,尺寸相对较小、集成度高、实用性强。集成光学传感器作为一种带宽宽、体积小的无源传感器,各国均有研究。本文主要回顾上述几种脉冲电场测量技术近期研究进展,并结合发展现状分析脉冲电场测量技术存在的挑战和未来可能的研究方向,为相关领域研究人员提供参考。

基于集成光学的兆伏每米强脉冲电场传感器研制

针对兆伏每米(MV/m)强脉冲电场的测量需求,设计并研制了基于集成光学的共路干涉仪(CPI)小体积宽带脉冲电场传感器。基于电光效应及电光调制原理,建立了传感器的幅度和频率响应传递函数,分析了集成光学探头的接收特性,并推导了探头灵敏度和带宽随波导长度的关系。设计了适用于MV/m量级脉冲电场测量的纯光学非金属CPI传感器,提出了利用晶体宽度对测量灵敏度调控的方法,使得设计的半波电场提高了2倍以上。研制的无源探头体积小于20 mm×10 mm×5 mm、理论带宽大于4 GHz、最大测量幅度大于1.2 MV/m。研制的传感器在高空电磁脉冲(HEMP)、雷电电磁脉冲(LEMP)及脉冲功率等领域具有应用前景。

脉冲电场消融对犬普通心肌可逆性损伤的实验研究

目的探索可逆性脉冲电场(RPEF)是否能暂时抑制电传导,为临床提供一种分析定位快速性心律失常峡部从而实现精准消融的新方法。方法将6只拉布拉多健康犬插管麻醉后,分别对实验犬的左心房和右心房进行RPEF消融。从RPEF消融开始至消融后5 min连续测量双极电图,选择消融前后电位电图,进行电图振幅分析。评估RPEF消融前后脉冲宽度为2 ms的起搏阈值。实验犬安乐死后,取离体心脏RPEF消融部位进行电镜检查。结果6只实验犬的基线电图振幅为7.76(6.39,10.70)mV,应用RPEF消融后电图振幅降至1.93(1.22,3.90)mV,减少71.7%(53.7%,83.8%)。在观察期内,振幅逐渐恢复。分别观察8个RPEF消融部位[分别位于左心房后壁(n=4)、右心房游离壁(n=2)、右心房间隔(n=1)和右心耳根部(n=1)]的电图5 min,电图振幅为5.93(5.26,7.55)mV,恢复到基线的75.6%(72.4%,87.3%)。电解剖标测未显示RPEF消融部位有任何双极低电压(<0.1mV)区域。起搏阈值消融开始前为1.0(1.0,1.2)mA,消融后即刻为3.0(2.0,5.8)mA,消融后5 min恢复至2.0(1.3,3.0)mA。实验犬尸检时,在2个明显的射频损伤部位之间观察到一个大体完好的心肌区域,未见损伤。组织学显示有轻中度退行性变,无坏死性改变。结论RPEF能暂时抑制实验犬心肌组织电传导,引起可逆性心肌损伤。RPEF的这一特性,为定位心律失常关键峡部后再进行不可逆性精准消融提供了依据。

高压脉冲电场对毛发染色效果的影响

为了研究高压脉冲电场对毛发染色效果的影响,试验以18~28岁年龄段人群的黑色头发和染发剂为试材,以染发后毛发的RGB(red green blue)模型提取值作为响应值,并采用等响应面试验法设计试验,以构建和分析高压脉冲电场的电场强度、脉冲宽度以及脉冲个数对毛发染色效果影响的数学模型和机理。试验结果表明:高压脉冲电场同时处理头发和染发剂后最高可提升RGB参数中的蓝色通道值B为3.7%,对应的最优化工艺化参数为:电场强度1125 V/mm、脉冲宽度175μs、脉冲个数52个。因此,高压脉冲电场对头发和染发剂进行处理后再进行染色可改善着色效果,并为毛发染色工艺优化奠定一定基础。

激光供电脉冲电场传感器设计

为应对高电压电力系统中瞬变电场强度的测量难题,并确保直流输电系统的安全稳定运行,本研究设计并构建了一种由激光光电池供电的脉冲电场传感器。该传感器包括激光光电池供电模块、电光信号转换模块和单极子天线。此外,还在设计中采用恒流源电路作为半导体激光器的供电系统,它能将特定波长的激光能量转换为电能,为传感器或其他负载提供远距离非接触式供能。为确保传感器的精确度,本研究开发了一套系统标定装置,用于在控制空间内产生标准测试电场,并通过部署的传感器阵列来测量产生的电场、磁场及被测物体内部的其他数据,实现对动态系统电场强度的即时校准。实验测试表明,所研制的脉冲电场传感器具有20kHz至500MHz的3 dB带宽,100V/m至60kV/mm的动态范围,125Ω的负载阻抗,优于10%的线性度,以及上升沿小于3.5ns的瞬态响应性能,验证了其在强电磁干扰环境下仍具备良好的快速响应速度。

脉冲电场在食品保鲜中的应用综述

脉冲电场(PEF)技术能有效解决食品中的生物危害,是一种具有良好发展前景的食品非保温保鲜方法。因此,本文分析了PEF的技术原理以及其在食品保鲜中的应用,以供参考。

超大型低反射镜面单锥脉冲电场标准装置

针对现有镜面单锥TEM室用作脉冲电场传感器校准时存在测试尺寸空间较小、低频响应较差、内部与环境反射影响测量准确度等问题,采用超大型精密单锥结构、终端阻抗加载和低反射异形电波暗室等方法,在仿真优化分析基础上,设计研制了基于超大型低反射镜面单锥的脉冲电场标准装置。该镜面单锥母线长2 m,能够适应脉冲宽度大于5 ns的脉冲信号,整体装置所产生的标准脉冲电场幅值50~150 V/m可调、脉冲前沿小于100 ps、脉冲宽度大于5 ns,满足装备测试脉冲电场传感器的大空间、宽频带、高准确度校准需求。

纳秒脉冲电场消融治疗心房颤动的前景

导管消融已成为维持心房颤动患者窦性心律的主要治疗方法,肺静脉隔离是最常用的治疗策略。与应用于心房颤动消融的热能相比,不可逆电穿孔(Irreversible Electroporation,IRE)是一种非热替代方法,在细胞上施加高压场以诱导细胞膜发生改变,产生纳米孔,从而损害细胞的完整性和生存能力。纳秒脉冲电场消融(Nanosecond Pulsed Electric Field Ablation,nsPFA)具有通过IRE产生跨壁连续病变的能力,传输到心脏组织的热量较小,并且心肌细胞对电场有超高敏感性,因此,其具有安全性和有效性。本文总结了nsPFA治疗心房颤动的基本原理和当前的科学证据,并将其与最近的实践建议进行结合,讨论新兴技术和未来的发展方向。

铁电陶瓷脉冲耐压失效分布及耐压可靠性

铁电陶瓷在高电场下的击穿问题是困扰铁电陶瓷应用的关键问题之一.本文统计了铁电陶瓷在正向脉冲电场(4.5 kV/mm)失效概率与脉冲次数的分布关系,对通过第10次脉冲耐压样品第11次的失效概率进行了分析,开展了铁电陶瓷经历万次以上的脉冲耐压后压电常数与电滞回线测试研究.结果表明:铁电陶瓷的击穿概率与脉冲加电压次数曲线呈现典型的浴盆曲线分布,经历10次脉冲高压测试合格的样品,其脉冲耐压失效概率相比于未经历脉冲高压陶瓷样品,降低了4个数量级以上,且上述脉冲高压加载接近无损.考虑到裂纹扩展速度,多个缺陷导致的裂纹同时扩展并连通是铁电陶瓷在脉冲高电压下断裂的主要原因.

不同脉冲电场处理对牛肉腌制效果及食用品质的影响

为解决传统肉类腌制方法的食盐渗透速度慢的难题,改进肉制品的腌制工艺,提高产品品质,该研究选择国内传统酱卤肉制品常用的原料牛肉为研究对象,采用新型非热技术脉冲电场对牛肉进行预处理,分别研究不同脉冲电场强度(1.00、2.25、3.50 kV/cm)与脉冲数(50、100、150、200、250)预处理对于牛肉的腌制效果及食用品质的影响。结果表明,脉冲电场预处理能够有效提高牛肉的腌制吸收率以及NaCl含量,即加速牛肉的腌制,其中脉冲数为100时,2.25 kV/cm下的NaCl含量最高,促腌制效果最好;同时,一定范围的电场强度和脉冲数内,脉冲电场预处理不会影响腌制后牛肉的颜色、pH、加压损失、弹性等指标,对腌制牛肉品质无不良影响。而且,脉冲数为100时,2.25、3.50 kV/cm下以及2.25 kV/cm下脉冲数150时牛肉的硬度、黏聚性、咀嚼性等均显著降低,质构得到明显改善。该研究结果证实脉冲电场技术是一种优良的新型辅助腌制技术,可以为酱卤肉制品的开发提供技术支持。

高压脉冲电场在云南普洱茶中的应用研究进展

概述了高压脉冲电场(High Voltage Pulsed Electric Field,HPEF)在云南普洱茶中的应用,主要包括高压脉冲电场预处理技术对普洱茶的感官品质、灭菌、茶水浸出物、茶多酚、总灰分、氨基酸、醇类香气成分、体外体内抗氧化活性等方面的影响。结果表明,适当参数的HPEF在很大程度上能够提高普洱茶的品质,其影响普洱茶品质的主要因素包括电压强度(kV)、脉冲频率(Hz)、作用时间(min),且3个因素之间具有协同作用。通过对今后的研究方向进行展望,HPEF因其耗能低、无污染、传递均匀等特点能够广泛应用于食品及农产品的加工行业,为HPEF更好地应用于云南普洱茶的加工提供了研究依据。

脉冲电场消融在心房颤动治疗中的研究进展

脉冲电场消融(PFA)作为一种非热性的消融方式,利用不可逆电穿孔(IRE)机制损伤组织细胞,不会破坏细胞基质。相比于射频/冷冻消融,PFA具有组织选择性、非接触消融、瞬时性、能量释放快速、损伤效果好等优点。有望成为房颤消融甚至其他心律失常治疗的新的能量来源。现对PFA的机制、特性、安全性、有效性等方面作一综述。

高压脉冲电场和谷氨酰胺转氨酶处理对刺芹侧耳蛋白质消化特性影响

采用Osborne分级法提取刺芹侧耳(Pleurotus eryngii)子实体蛋白质,通过高压脉冲电场(pulsed electric field,PEF)、谷氨酰胺转氨酶(transglutaminase,TG)处理以及两者复合处理(PEF+TG)后经体外胃肠液模拟消化,测定刺芹侧耳蛋白质消化率、水解度、多肽含量、游离氨基酸含量,并研究消化产物的抗氧化性。结果表明:与未处理组相比,在模拟消化120、300 min时,PEF+TG组蛋白质消化率最高。在模拟消化30min时,TG组蛋白质消化产物水解度最高;在模拟消化0、120、130、150、240、300min时,PEF+TG组水解度最高。在模拟消化60、120、300 min时,PEF+TG组多肽含量最低。在模拟消化60、90、120 min时,TG组的游离氨基酸含量最高;在模拟消化130、150、180、210、240、270、300 min时,PEF+TG组的游离氨基酸含量最高。在模拟消化300 min时,PEF+TG组蛋白质消化率、水解度、游离氨基酸含量均最高,多肽含量最低;PEF组DPPH自由基清除率、ABTS自由基清除率、还原力最高,表明PEF处理可显著提高蛋白质消化产物抗氧化活性。研究结果可为刺芹侧耳的蛋白质加工和利用提供参考。

脉冲电场防治水生生物附着

为探究脉冲电场对防治水生生物附着效果的影响因素,确定有效防治附着生物所需的最低电场条件,搭建了脉冲电场试验平台,通过人工脉冲形成线产生近似方波的脉冲,统计不同条件下大型溞死亡率和形态结构发生的变化,通过函数拟合得到了脉冲电场诱导死亡率与电场强度、总等效处理时间、脉冲注入能量密度之间的函数关系,并以某干渠工程为例介绍了脉冲电场防治大型溞的参数选取原则和平台搭建方法。结果表明,脉冲电场对大型溞的处理效果与电场强度、总等效处理时间和脉冲注入能量密度都呈正相关关系。电场强度介于0.5~1.5 kV/cm之间时,电场强度每增加0.5 kV/cm,诱导死亡率增加35%左右。电场强度高于2.0 kV/cm、总等效处理时间大于900μs或脉冲注入能量密度高于80 J/L时,脉冲电场都可以产生80%以上的诱导死亡率。

脉冲非均匀电场下水滴运动及碰撞特性研究

为了提高油包水(W/O)乳液的破乳脱水效率,采用高压方波脉冲非均匀电场,并基于显微试验研究水滴极化后的碰撞行为及微观破乳过程(水滴液膜破裂后聚结)。结果表明:非电解质促进水滴弹/塑性碰撞行为,电解质削弱偶极作用而减小碰撞速度;加入非电解质,电参数对水滴塑性碰撞的影响大于直径比和体积,而加入电解质,直径比对塑性碰撞的影响最大,其次是体积和电参数;不同电压和频率下,乳液B(含非电解质)中水滴塑性碰撞速度极大值分别为9.451μm/s和8.577μm/s,远大于乳液A(对照组)和乳液C(含电解质),其中乳液C最小。研究得到的水滴碰撞聚结规律可为提高静电聚结器的脱水效率和研制高效电脱水器提供借鉴。