为进一步探究电穿孔理论机制,通过COMSOL建立单细胞电穿孔二维轴对称模型,该模型同时纳入表征微孔密度的电穿孔渐进方程和表征微孔动态演变过程的孔径变化方程,且模型的轴对称性使穿孔面积的计算更为准确,从而得到微孔的时空分布特性,...为进一步探究电穿孔理论机制,通过COMSOL建立单细胞电穿孔二维轴对称模型,该模型同时纳入表征微孔密度的电穿孔渐进方程和表征微孔动态演变过程的孔径变化方程,且模型的轴对称性使穿孔面积的计算更为准确,从而得到微孔的时空分布特性,并在此基础上探讨场强和脉宽对该特性的影响。结果表明:脉宽100μs、场强2 k V/cm的脉冲作用下,产生微孔7862个,穿孔面积达细胞表面积的6.3%,电穿孔各参量的时空分布规律与文献结果一致,从而可验证所建模型的有效性;在1~5 k V/cm范围内增大脉冲场强,微孔数与场强成正比,孔径则与场强成反比,孔面积与细胞面积之比从1.3%增至12.9%;对两组能量相同的纳秒脉冲和微秒脉冲进行比较,发现脉冲结束时前者产生的微孔数是后者的353.1倍,而在细胞膜上最靠近电极的点,后者的孔径是前者的19.3倍,说明纳秒脉冲有利于微孔数增加,而微秒脉冲有利于孔径扩大。仿真结果表明,微孔特性决定电穿孔的发生和发展过程,微孔特性的精确计算是阐释电穿孔效应的关键所在。展开更多
文摘为了研究高频纳秒脉冲电场(ns PEFs)杀伤肿瘤细胞的机理,结合笛卡尔传输网格(CTL)和动态电穿孔等效电路模型对1个典型的2维多细胞系统在ns PEFs作用下的穿孔特性进行了仿真。利用Pspice仿真软件建立了该多细胞系统电路模型,并分析了其穿孔数量和穿孔半径变化特性。首先施加了10个场强、频率和脉宽分别为5k V/cm、1 MHz和500 ns的高频纳秒脉冲到该多细胞系统模型,结果表明随脉冲个数增加穿孔区域分布变化不大,而穿孔半径分布有明显的累积效应,细胞外膜和细胞核膜上部分孔的半径逐渐增大。同时比较了电场强度为3、5和10 k V/cm时该系统中穿孔数量和最大孔径随脉冲个数增加的变化情况。结果显示场强增加时穿孔数量明显增加,特别是场强从3 k V/cm提高到10 k V/cm时,系统整个细胞核膜从未穿孔到穿孔数量增加到2.658 4×105个。另外,穿孔半径仍然存在累积效应。仿真结果说明适当参数的高频ns PEFs能使细胞核膜发生穿孔,并起到扩大细胞部分穿孔半径的作用,可为后续实验研究选择高频纳秒脉冲参数提供依据。
文摘为进一步探究电穿孔理论机制,通过COMSOL建立单细胞电穿孔二维轴对称模型,该模型同时纳入表征微孔密度的电穿孔渐进方程和表征微孔动态演变过程的孔径变化方程,且模型的轴对称性使穿孔面积的计算更为准确,从而得到微孔的时空分布特性,并在此基础上探讨场强和脉宽对该特性的影响。结果表明:脉宽100μs、场强2 k V/cm的脉冲作用下,产生微孔7862个,穿孔面积达细胞表面积的6.3%,电穿孔各参量的时空分布规律与文献结果一致,从而可验证所建模型的有效性;在1~5 k V/cm范围内增大脉冲场强,微孔数与场强成正比,孔径则与场强成反比,孔面积与细胞面积之比从1.3%增至12.9%;对两组能量相同的纳秒脉冲和微秒脉冲进行比较,发现脉冲结束时前者产生的微孔数是后者的353.1倍,而在细胞膜上最靠近电极的点,后者的孔径是前者的19.3倍,说明纳秒脉冲有利于微孔数增加,而微秒脉冲有利于孔径扩大。仿真结果表明,微孔特性决定电穿孔的发生和发展过程,微孔特性的精确计算是阐释电穿孔效应的关键所在。
