电磁脉冲辐照细胞电穿孔效应的研究

发布时间：2020-10-12 17:31

　　 细胞会对外界电场的作用产生生物电磁效应,其表现形式是细胞膜的通透性增强导致磷脂双分子层上形成穿孔,这种生物物理过程称为细胞电穿孔效应。在细胞静息状态下,细胞膜会对外环境起隔离阻碍作用,细胞外的离子、药物分子、病毒颗粒以及蛋白质不能通过细胞膜进入细胞,细胞电穿孔后细胞膜屏蔽作用消失,细胞内外大分子和离子得以进出细胞进行物质交换,完成一系列生理反应。随着细胞电穿孔研究的发展,这项技术也被运用到生物科学各个领域,包括:(1)电脉冲结合抗癌药物加速肿瘤细胞消亡的研究;(2)遗传物质的电转染;(3)非热效应杀菌;(4)经皮给药。细胞电穿孔取决于方方面面的因素,其中包括施加的脉冲电压产生的电场强度、脉宽、细胞半径大小、细胞类别以及缓冲液周围电场分布情况,因此,常常通过具体实验来探究不同细胞不同实验参数下电穿孔的最佳条件。该论文的研究主要内容包括:1.基于IGBT的重频短脉冲源驱动电路的分析介绍了高压脉冲产生方式,脉冲驱动开关电路以及Marx发生器的选择以及工作原理,通过单片机程序擦写实现脉冲个数的输出控制,提供了高压脉冲源的设计思路;2.电脉冲源辐照的空间场分布研究对实验用到的高压脉冲源进行测试，采用MAXWELL电磁仿真软件进行仿真,平行电极下,细胞观测位置的空间电场分布随电极间距离、平行度、与细胞的相对位置等因素的关系以及径向纵向电场分布;3.电脉冲源在生物效应中的应用首先对小胶质细胞进行钙离子染色,利用高压脉冲源对小胶质细胞进行辐照实验,观察高压脉冲下细胞电穿孔效应,通过观察钙离子在细胞内外的流动性即荧光灰度反映细胞电穿孔效应。通过对实际实验系统建模仿真得到不同电压以及不同参数下电场强度值和分布,利用Fluo-3AM对小胶质细胞染色辐照试验得出不同场强下细胞荧光强度变化曲线,发现不同场强下小胶质细胞荧光强度峰值出现时间具有一致性,细胞内钙离子浓度随着电穿孔效应先增加,达到峰值后逐渐减小到静息状态。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：Q6;O441
【部分图文】：

通过皮下细胞内液直接进入胞浆，极大地增加了药物和癌细胞的作用面积和治疗??欢果。??电化学疗法的治疗过程［３３—３６］如图１－３所示。首先，利用适合剂量的生理盐水溶??解抗癌药物博莱霉素或顺铂，药物溶解后缓慢皮下动脉注射或静脉滴入。此时药物??分乎会因为细胞膜阻隔堆积在肿瘤细胞周＿的组织液中；接下来将微小针电极插??入患处肿瘤组织周围，利用脉冲源产生裔压直流脉冲使癌细胞透过性增强形成穿??孔，抗癌药物博莱霉素或顺铂能顺利进入细胞质内。这种治疗方法优势在于，药物??利用率裔、．副作用小、作用时间长。高压脉冲电参数的选择也是治疗过程的关键，??脉冲参数既要保证细胞发生可逆电穿孔，还要保证靶细胞在导入药物分子后能保??持活性不会凋ｔ或消融，而旦癌细胞的形状和不同种类的癌细胞的跨膜电压以及??高压脉冲电场的阈值不同，使得这项技术在临床上还有一定的局限性。??抗癌药物分子?膜通透性的提?膜苒次闭合

电容器与负载形成串联回路，串联后的总电容为Ｃ／ｎ，ｎ为发生器回路的阶数。串??联电容相当子电源在负载放电，产生一个电压幅值为ｎ倍Ｖｓ的高压脉冲。其：Ｈ??作原理如图２－２所示：??ＬＩ?Ｌ２?Ｌｎ??ｒｗｖ＾??—???１?ｊｐＪ：?１?Ｊｒｈ??ＱｉｌｋＪ?Ｃ１?Ｃ２?ｏｄｋｊ?－Ｃｎ???????Ｌ？－??Ｄ１?Ｄ２?Ｄｎ???１负载｜???图２－２?Ｍａｒｘ发生器商拉脉冲发＊器电路图??（３）

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本文编号：2838065