高压脉冲电场处理对中国对虾抗氧化活性和蛋白质特性的影响

该研究目的是探讨不同高压脉冲电场处理对中国对虾抗氧化活性和蛋白质特性的影响。通过对脉冲电场处理(10~20 kV/cm,5~15 min)样品前后的总抗氧化能力、总还原能力、DPPH自由基清除能力、亚铁离子螯合能力以及虾青素含量的综合测定,衡量样品的抗氧化性强弱;对氨基酸含量、可溶性蛋白质含量和介电特性(1~10 GHz)的分析来探讨其对中国对虾蛋白质特性的影响。结果表明,高压脉冲电场处理能够提高虾肉的抗氧化能力,20 kV/cm条件下处理15 min时虾肉的总抗氧化活性、总还原能力、DPPH自由基清除能力以及亚铁离子螯合能力分别提升了15.88%、36.51%、62.14%和43.52%。在15 kV/cm和20 kV/cm电场强度下,虾青素含量和游离氨基酸含量随处理时间的增加逐渐上升(P<0.05),且虾青素含量最高增加了1.61倍,其含量变化与虾肉抗氧化活性变化显著相关(P<0.05)。此外,与未处理组相比,脉冲电场处理后虾肉中必需氨基酸与非必需氨基酸含量比值均显著提高(P<0.05);且介电常数随可溶性蛋白质含量的降低逐渐增加(P<0.05)。高压脉冲电场处理能够增强虾肉的抗氧化活性,提高蛋白质品质和氨基酸利用率,为中国对虾的加工方式和生物活性增强提供了新思路。

脉冲电场辅助低温解冻对猪肉品质的影响

为研究脉冲电场(Pulsed Electric Field,PEF)辅助低温解冻对猪肉品质的影响,以猪背最长肌为原料,置于-18℃的冰箱中冷冻7 d,取出后分别在Control:4℃,0 kV,自然解冻;PEF解冻:P3(4℃,3 kV)、P5(4℃,5 kV)、P10(4℃,10 kV)。分析不同解冻处理对猪肉解冻时间、色泽、质构、水分损失以及水分分布的影响。结果表明:PEF处理可以缩短解冻时间,改善猪肉质量。P10组相比于Control组猪肉的解冻时间缩短了44.4%;不同解冻处理对猪肉蒸煮损失的影响无显著差异(P>0.05);PEF解冻后猪肉的硬度显著低于Control组(P<0.05);PEF解冻可以降低猪肉表面色泽的劣变程度,减少肌肉微观结构损伤。综上,当解冻温度为4℃,脉冲电压为10 kV时,解冻时间最短,解冻损失最低,肉样状态更接近鲜样,品质更好。

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。

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。

脉冲电场技术在果蔬汁加工中的研究进展及应用

脉冲电场(pulsed electric field,PEF)以其独特的非热特性和短时、高效、节能的加工特性成为果蔬汁杀菌保鲜技术的新趋势,可以在保证果蔬汁微生物安全性的同时保持其“新鲜风味”以及营养属性。该文综述了脉冲电场处理对果蔬汁品质、钝酶和杀菌等效果的影响以及在果蔬汁加工领域的应用现状,阐述了PEF技术在果蔬汁加工中的劣势以及与其他技术联用的优势,探讨了基于设备选用、工艺参数与食品基质间特异性、微生物亚致死导致的PEF技术的安全性等问题,分析了PEF在果蔬汁加工领域的应用前景和所面临的挑战,以期为PEF技术在果蔬加工领域的深入研究提供参考。

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。

脉冲电场回收农产品加工废料中生物活性物质的研究进展

脉冲电场(Pulsed electric fields,PEF)是一种新型物理场加工技术,具有处理时间短、能耗低以及绿色环保等优点,近年来在回收农产品加工废弃物中活性物质的应用上展现出一定的潜力。本文对脉冲电场强化活性物质提取的作用机理以及优点进行了综述。此外,本文也针对脉冲电场技术在回收不同类型加工废弃物中活性物质的应用进展进行了分类和详细概述,以期为农产品加工过程中副产物的高值化利用提供参考和指导。

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。

脉冲电场强化生姜姜酚提取及工艺优化

脉冲电场(PEF)作为一种新型的物理场非热加工技术,其在流体食品的杀菌、灭酶等方面已开展大量的应用研究。近年来,基于PEF“电穿孔”对细胞优越的破壁效果,其在细胞的穿孔、强化胞内功能性成分的提取已逐渐成为研究热点。该文以生姜为对象,首先对比了不同提取工艺[传统溶剂浸提法(TET)、超声辅助提取法(UET)、索氏提取法(SET)、脉冲电场辅助提取法(PEF)]对生姜姜酚提取量的影响,然后利用响应面法优化了PEF强化生姜姜酚的提取参数。结果表明,与TET、UET、SET相比,PEF处理对生姜姜酚提取量最高,达13.36mg/g·DW。进一步通过单因素和响应面试验设计,获得的最佳工艺参数为电场强度:2.0kV/cm,脉冲次数:22个,脉冲宽度:19μs。此优化条件下,姜酚提取量为14.69 mg/g·DW,比传统溶剂浸提法的9.81 mg/g·DW,提高了49.75%。该研究表明PEF在强化生姜姜酚提取优于其它提取工艺,且具有良好的应用前景。

高压纳秒脉冲电场对同源细胞的杀伤差异性研究

为深入研究高压纳秒脉冲电场诱导同源细胞的生物电学效应的差异性,该文以人永生化角质形成细胞(HaCaT)、人黑色素瘤细胞(A375)和人黑色素瘤耐药细胞(A375/R)为研究对象,开展细胞悬液杀伤实验,并搭建肿瘤三维水凝胶模拟组织消融实验平台,分析高压纳秒脉冲电场对悬浮细胞的杀伤效应以及对模拟组织的消融效果。同时,结合单细胞真实几何尺寸建立有限元仿真模型,分析高压纳秒脉冲电场作用下几何尺寸对细胞核膜上穿孔面积以及穿孔数量的影响。实验结果显示,在高压纳秒脉冲作用下,正常细胞的存活率最高且消融面积最小,肿瘤耐药细胞的存活率最低且消融面积最大。实验与仿真结果表明,正常细胞、肿瘤细胞及肿瘤耐药细胞对高压纳秒脉冲电场的敏感性存在显著差异,高压纳秒脉冲电场对正常细胞的效果最弱,对肿瘤耐药细胞的效果最强。研究表明,高压纳秒脉冲电场在肿瘤消融领域具有不影响周边正常组织的潜在的临床应用价值。

基于电光调制的小型化三维雷击脉冲电场测量装置

非接触式的电场传感技术是目前电力系统关键节点电压测量的一种解决方案,为此以实现体积小、空间分辨力高的三维雷击脉冲电场准确测量为目标,提出了一种基于电光调制的小型化三维脉冲电场测量技术,自主研发了基于非对称直波导的三维电场测量探头,并对探头的测量范围、方向性和时域波形测量功能进行了仿真研究及试验验证。该三维探头的体积约为3 cm×3 cm×10 cm,与常规三维探头相比,缩小了约10倍,进一步提高了电场测量的空间分辨率。搭建雷电脉冲试验平台评价传感器的测量性能,结果表明,该探头不仅可真实反映了待测雷击脉冲电场的时域波形,而且具有良好的方向性,在额定值20%~120%范围内传感器综合测量误差绝对值<3%,可实现雷击脉冲电压的准确测量。

超声心动图引导经皮心房颤动脉冲电场消融术一例

脉冲电场消融术是心房颤动(房颤)导管消融领域的新技术。本文报道了全程采用超声心动图引导脉冲电场消融术治疗房颤的新术式,旨在探索超声心动图引导零射线完成脉冲电场消融术治疗房颤的可行性。

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。

适用于大鼠气道高压脉冲电场消融的导管电极研制和应用

高压脉冲电场消融技术在慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的临床治疗中展现出广阔的应用前景。然而,该技术目前仅在小样本的临床病例中进行了初步应用,其具体治疗机制尚未阐明。为了加速其临床应用进程,迫切需要通过大量动物实验来探究相关分子机制。大鼠相较于其他实验动物,更易于构建COPD模型,并且拥有相对完备的组织和分子学实验试剂是进行探究脉冲电场消融COPD机制研究的理想模型。因此,开发适用于SD大鼠呼吸道的消融导管电极尤为重要。该研究首先观察了大鼠的气道解剖结构,并对导管的材质、硬度、直径、电极环尺寸、正负极间距、导管的绝缘处理、导丝与电极环的焊接技术,以及导管通气孔等关键设备参数进行了深入调研。在此基础上,制备了一种带有通气功能的PVC消融电极导管。接下来,利用COMSOL软件模拟了该电极可施加的场强,并在正常大鼠中进行了验证,以评估电极的电学安全性和有效性。这些研究成果为后续高压脉冲电场治疗COPD的相关机制研究奠定了实践基础。

脉冲电场对金边龙舌兰光合电子传递链和释放负离子能力影响

【目的】探明脉冲电场刺激对金边龙舌兰(Agave americana var.Marginata)光合电子传递链和释放负离子能力的影响。【方法】采用0 k V(对照,CK)、5 k V(T1)和7 k V(T2)3个不同脉冲电场处理刺激金边龙舌兰,比较和分析不同刺激下金边龙舌兰的叶绿素含量、快速叶绿素荧光诱导动力曲线(Rapid Chlorophyll Fluorescence Induction Kinetics Curve,OJIP曲线)、叶绿素荧光参数和负离子释放浓度的变化情况。【结果】(1)脉冲电场技术刺激金边龙舌兰后,两处理组叶绿素含量分别增长6.30%、6.70%,两处理组与CK组之间存在显著差异;(2)两处理组OJIP曲线,偏转(I)和最高峰(P)值均高于原点(O)和拐点(J)值,I-P段的上升趋势较O-J段平缓。同时,J-band均大于0,T2处理组峰值高于T1处理组;(3)叶绿素荧光参数均呈波动的变化趋势,其中最大荧光强度(F_(m))、单位面积捕获能量(TR_(o)/CS_(o))等整体呈现上升的趋势,PSⅡ光合系统潜在活性(F_(v)/F_(o))、PSⅡ受体侧电子传递体数(S_(m))等整体呈现下降的趋势,最大光量子效率(F_(v)/F_(m))、J点相对可变荧光强度(Vj)等整体变化不大。吸收光能为基础的性能指数(PIabs)均出现减小的趋势,其中T1处理组减小18.60%,T2处理组减小14.1%。CK处理组综合性能参数(PItotal)大于T1处理组和T2处理组;(4)T1处理组,脉冲电场刺激4 h相较于脉冲刺激3 h时,NAI浓度增长87.60%。T2处理组,脉冲电场刺激4 h后,相较于脉冲刺激3 h时,NAI浓度增长62.09%,其中在脉冲1~4 h,两处理组之间、二者与CK组之间NAI释放浓度存在显著差异。【结论】脉冲电场技术对金边龙舌兰光合电子传递链产生影响,进而对其释放负离子能力等产生影响。

脉冲电场诱导组织阻抗谱动态变化测试的实验教学研究

该文设计了一个将脉冲电场作用于马铃薯块茎引起组织阻抗谱实时变化的医工交叉实验教学研究方案。该方案采用马铃薯块茎模拟待消融组织,实现了消融效果的可视化,激发了学生的学习兴趣。实验测量了组织阻抗谱,建立了等效电路模型并获得了等效电路元件参数变化规律,探索了其与消融效果之间的关联。该实验加深了学生对负载阻抗特性及电路模型概念的理解,并应用于解释实际生物医学现象,体现了“两性一度”的高校课程理念。该教学方案有助于学生了解交叉学科前沿知识,增强交叉学科认知,提升科研素养。该实验操作简单、成本低廉,有推广应用价值。

静水脉冲电场环境下鳙鱼幼鱼感应和折返行为研究

脉冲电场在鱼类行为调控方面具有较好的工程应用意义,但当前研究大多聚焦于脉冲电场参数对鱼类拦截率、昏迷率等表观效果指标的影响,而对鱼类感应和折返行为的影响规律尚不清晰。基于静水水槽实验,通过正交实验设计,研究了脉冲电场强度、脉冲频率和占空比等关键脉冲电场参数对鳙鱼幼鱼感应和折返行为的影响。结果表明:①影响实验鱼类感应距离和折返距离的脉冲电场参数由大到小依次为脉冲电场强度>脉冲宽度>脉冲频率;②实验条件下鱼类感应距离为40.2~92.2 cm,折返距离为17.4~74.5 cm;③脉冲电场强度40 V/m,脉冲频率5 Hz,脉冲占空比5%为较佳脉冲电场参数组合,该工况可在中等电场强度条件下实现较好拦截效率。研究结果可为鱼类行为基础研究和鱼类行为调控工程应用提供依据。

脉冲电场消融治疗心房颤动的研究进展

脉冲电场作为治疗心律失常的新消融能量,由于其在细胞膜上形成纳米级的小孔导致细胞凋亡,产生不可逆电穿孔造成组织破坏;具有非热性、瞬时性和心肌组织优先选择性的特点,使心房颤动导管消融简单、安全和有效,可能为心房颤动消融提供新方法。综述脉冲电场消融的原理、相关临床前及临床研究进展。

脉冲电场消融在心房颤动治疗中的应用

心房颤动(AF)是常见的心律失常,是指规则有序的心房电活动丧失,代之以快速无序的颤动波,出现严重的心房电活动紊乱。脉冲电场消融(PFA)是通过设计适当脉冲电场,以短时程、高电压的多个电脉冲为消融能量,使心肌组织产生不可逆电穿孔的新消融技术。PFA在实现肺静脉隔离时具有高效性、选择性和安全性的优势,有望降低冷冻消融和射频消融难度,可广泛应用于AF的治疗。该文介绍PFA原理、对周围组织影响、临床应用和并发症。