多參數(shù)可調(diào)納秒脈沖發(fā)生器的研制及其誘導(dǎo)的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、納秒脈沖電場(chǎng)在工業(yè)應(yīng)用、環(huán)境保護(hù)和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，但迄今為止還沒有便攜且多參數(shù)可調(diào)適于醫(yī)用的納秒脈沖發(fā)生器，因此，研制一臺(tái)高性能多參數(shù)可調(diào)的納秒脈沖發(fā)生器具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文設(shè)計(jì)了一臺(tái)基于單傳輸線產(chǎn)生脈沖基本原理的高壓納秒脈沖發(fā)生器，用集中參數(shù)的電感電容模擬單傳輸線，研制出了基于LC網(wǎng)絡(luò)的高壓納秒脈沖方波發(fā)生器。該發(fā)生器主要由高壓直流電源、納秒脈沖形成系統(tǒng)和脈沖整形及計(jì)數(shù)系統(tǒng)三部分組成，輸

2、出脈沖幅值（4～15kV）連續(xù)可調(diào)、脈寬（50～500ns）可變、重復(fù)頻率（1～10Hz）和脈沖個(gè)數(shù)等參數(shù)可控，上升沿～8ns，并具有液晶顯示和保護(hù)功能。對(duì)納秒脈沖發(fā)生器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室總體調(diào)試和輸出波形的測(cè)量結(jié)果表明該裝置調(diào)節(jié)方便、性能穩(wěn)定，滿足生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)要求。
　　 生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該儀器性能穩(wěn)定、參數(shù)調(diào)節(jié)方便，證實(shí)了納秒脈沖電場(chǎng)能夠有效誘導(dǎo)人卵巢腺癌SKOV3細(xì)胞凋亡。分析各組參數(shù)正交設(shè)計(jì)凋亡實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初步尋找出較優(yōu)的誘導(dǎo)凋

3、亡脈沖參數(shù)組合，并以此參數(shù)為基礎(chǔ)，采用流式細(xì)胞術(shù)檢測(cè)、掃描電子顯微鏡觀察、AO（吖啶橙）/EB（溴化乙啶）熒光檢測(cè)、Hoechst 33342核染色法檢測(cè)、DNA凝脈電泳等手段，分別從統(tǒng)計(jì)學(xué)和形態(tài)學(xué)上證實(shí)了納秒脈沖電場(chǎng)能有效誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡，為更深入的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　 為將研究成果更早推向醫(yī)學(xué)應(yīng)用，需要對(duì)納秒脈沖電場(chǎng)誘導(dǎo)凋亡的機(jī)理進(jìn)行研究。納秒脈沖電場(chǎng)通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞器膜電穿孔進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，因此研究納秒脈沖電場(chǎng)誘導(dǎo)凋亡機(jī)理

4、的關(guān)鍵在于對(duì)細(xì)胞器膜電穿孔機(jī)理的分析。
　　 本文采用分子動(dòng)力學(xué)方法從原子水平上探究了納秒脈沖電場(chǎng)作用下細(xì)胞脂質(zhì)雙分子層膜電穿孔形成及其孔徑隨時(shí)間變化的過(guò)程，分析了電穿孔的形成機(jī)理。研究結(jié)果表明，在脈沖電場(chǎng)作用下脂質(zhì)分子的偶極子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致脂質(zhì)雙分子層膜首先出現(xiàn)初始缺陷進(jìn)而誘導(dǎo)脂質(zhì)雙分子層膜電穿孔；電穿孔初期的多個(gè)微孔間存在耦合關(guān)系；電穿孔在4～5ns內(nèi)形成并達(dá)到動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。計(jì)算結(jié)果與細(xì)胞脂質(zhì)雙分子層膜的粗粒化模型計(jì)算吻合較好。