基于网格传输网络模型的高频纳秒脉冲串作用下单细胞穿孔特性仿真

为研究高频纳秒脉冲串作用下细胞的穿孔特性,采用Matlab仿真软件对含核膜的典型二维单细胞空间区域进行离散,建立其网格传输网络模型,并对模型中的单元节点赋予电传输与孔传输双向耦合特性,以空间每个节点的电位及内外膜上每对节点不同孔半径下的孔密度为未知量,建立常微分方程组并进行求解。仿真模拟单细胞在电场强度为5k V/cm、脉宽250ns、上升沿30ns、仿真总时长为10s的10串高频纳秒脉冲作用下的电穿孔动态变化过程,并研究了串内脉冲个数及频率对内外膜穿孔规律的影响。结果表明:多脉冲作用时,穿孔数量基本不变,穿孔半径有一定的累积效应;重复脉冲串可以在一定程度上延缓孔数量衰减的幅度;增加串内脉冲个数可少量增加外膜孔数量,不会影响核膜孔数量;增加串内脉冲频率基本不会影响外膜孔数量,但可大幅度增加核膜孔数量。本文的仿真结果进一步丰富了脉冲电场作用于生物细胞的穿孔机制。

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。