高功率脉冲微波和电磁脉冲辐照对心肌细胞膜电穿孔效应及机理的研究

电磁辐射可造成人体多器官系统的损伤。对其损伤的病理机制至今尚未完全阐明。心脏是电磁辐射损伤的敏感器官之一。本实验拟通过研究HPPM和EMP对心肌细胞的影响,探讨电磁辐射致伤的关键机制,解释脉冲电磁场致心肌细胞损伤的发展规律。本实验采用HPPM和EMP辐照原代培养心肌细胞的方法,用原子力显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、流式细胞仪和全自动生化检测仪等多种实验手段,检测辐照对细胞膜形态、结构和功能的影响。结果发现HPPM和EMP辐照后,心肌细胞搏动减慢,形态异常,活力下降,凋亡和坏死率明显增加。细胞膜出现数量不等、大小不一的电穿孔,细胞膜通透性丧失,结构破坏,细胞培养液中Na+、K+、Ca2+、Cl-、Mg2+、Ca2+和无机磷离子浓度显著升高(P<0.01),细胞内Ca2+浓度显著降低(P<0.01)。结果提示心肌细胞是电磁辐射损伤的敏感细胞,脉冲电磁场可致心肌细胞膜电穿孔,细胞形态、结构和功能均受到严重损伤。电穿孔效应是解释电磁辐射非热效应的关键机制之一。电穿孔导致的细胞膜通透性和膜结构改变存在一定发展规律。

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 。

强脉冲电场致细胞膜电穿孔的实验研究

采用肝癌细胞HePG2作为靶细胞,罗丹明偶联葡聚糖为荧光探针,荧光分光光度计作为检测设备,试验研究细胞膜电穿孔与电脉冲参数之间的关系.试验中发现随着电场强度或脉冲宽度的增加,样品荧光强度增加,细胞膜穿孔率相应增强;

太赫兹单极性皮秒脉冲串作用下细胞膜亲水孔输运生命离子流的研究

近年来研究发现太赫兹单极性皮秒脉冲串作用能够在细胞膜上生成亲水孔,然而,细胞膜亲水孔对生命离子跨膜输运的作用尚不清楚。本文在前期提出的细胞层面生理离子与太赫兹电磁辐照相互作用理论的基础上,利用Neu与Krass-owska电穿孔模型和广义修正的Poisson-Nernst-Planck模型,在整个细胞层面对太赫兹单极性皮秒脉冲串持续作用下细胞膜亲水孔跨膜输运的总离子流和跨膜输运钠、钾、氯三种细胞生理电信号变化相关的生命离子形成的离子流进行数值仿真研究,在离子流的数值研究中考虑了每种生命离子在溶液中的有效尺寸大小。数值结果揭示出,在太赫兹单极性皮秒脉冲串持续作用期间,细胞膜上生成的亲水孔输运的离子流主要由钠、钾和氯三种生命离子的离子流组成,同时,在亲水孔输运的每一种离子流中,细胞膜两侧电场引起的离子流分量远大于浓度差引起的离子流分量,但是对细胞内离子浓度变化的影响,膜两侧浓度差引起的离子流分量作用则大于电场引起的离子流分量作用。数值结果还显示,太赫兹单极性皮秒脉冲串持续作用10ns期间,细胞膜亲水孔输运的离子流没有引起细胞内这三种生命离子的浓度大幅度改变,说明细胞膜亲水孔没有引起钠、钾和氯三种生命离子生理浓度的失衡。整个作用期间细胞保持有良好的电生理状态和生理浓度的稳定性,亲水孔也没有产生细胞生理电信号变化。研究结果为太赫兹作用下细胞膜生物效应的应用奠定了基础。

微秒级脉冲电场下剩余污泥中微生物细胞的破解特性

为破解城市剩余污泥中的微生物细胞膜,提高污泥的厌氧消化效能。采用μs级脉冲电场对污泥试样进行处理,通过光学显微镜观察微生物细胞经脉冲电场处理后的性状变化,基于分光度法测量污泥试样的溶解性化学需氧量,分析脉冲电场参数和环境温度等因素对微生物细胞内有机成分释放程度的影响。结果表明:当脉冲电场幅值从0.588 MV/m增大至1.470 MV/m时,微生物细胞内有机成分渗出指数K提高约40倍;当温度从20℃升高至60℃时,K提高约60倍;而当脉冲电场重复频率从1 Hz增大至100 Hz时,K降低38.5%。其主要原因为,脉冲电场作用下微生物细胞膜的电穿孔现象引发了细胞内有机成分的释放,脉冲电场参数和环境温度的改变导致细胞膜电穿孔的微观物理过程发生变化,从而影响了有机成分的渗出程度。