高强电磁脉冲源及肿瘤细胞电穿孔效应研究

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1、分类号密级UDC学位论文高强电磁脉冲源及肿瘤细胞电穿孔效应研究（题名和副题名）谈亚芳（作者姓名）指导教师姓名徐军教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别博士专业名称无线电物理论文提交日期2012年4月25日论文答辩日期2012年5月26日学位授予单位和日期电子科技大学答辩委员会主席教授评阅人年月日注1注明《国际十进分类法UDC》的类号万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证

2、书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要论文讨论了三个方面的研究内容：为研究不同波形参数的电脉冲对肿瘤细胞01的电穿孔效应，设计并研制了脉宽从ps-ns

3、、偏压从10-10kV的高压脉冲源；为进一步探索电磁脉冲的电穿孔效应，设计了辐射瞬态电磁脉冲的超宽带聚焦天线；采用细胞均匀分层介质模型及其等效电路，结合已有实验文献的相关数据，定量分析了肿瘤细胞发生外膜、内膜电穿孔效应的波形参数条件，并对应开展了相关医学验证性实验。采用IGBT模块，设计并研制了脉宽300-800ns、电压0-5kV连续可调、重频1-400Hz连续可调、输出脉冲为高斯波形的电脉冲源，主要用于肿瘤细胞外膜穿孔等医学实验研究；采用MOSFET开关管，设计并研制了20ns高斯上升沿、40-200ns指数下降沿、分档可调(半峰值脉宽50-250ns分档可调)、幅值0-1kV连续可调、

4、重复频率0-5kHz连续可调的纳秒脉冲源；采用基于Blumlein形成线的光控光电导开关(PhotoconductiveSemiconductorSwitches,PCSS)，设计并研制了脉宽1-5ns可调、电压1-10kV连续可调、重频1-1kHz连续可调的高压脉冲源；采用雪崩三极管，设计并研制了基于Marx电路的高压脉冲源，输出电脉冲宽度0.2-10ns可调、输出电压1.2kV、重频1-10kHz可调。通过上述研制的四种不同脉冲源，实现了脉冲宽度从亚纳秒到微秒量级、偏压从1-10kV的各种瞬态电脉冲输出。在电磁脉冲的电穿孔效应的研究方面，主要开展了基于电磁波束聚焦的电磁信号源设计工作。包

5、括采用椭球反射面的蝶形天线及天线阵的电磁脉冲信号源设计以及用龙伯透镜聚焦抛物面天线电磁波束的电磁脉冲信号源设计。将肿瘤细胞的细胞膜、细胞质、细胞核膜、染色质分别看作不同电参数(r,)的均匀分层介质，各细胞组分在瞬态电脉冲作用下被看作为由不同电阻、电容构成的等效电路；依据电路理论，可定量分析不同电脉冲参数下电路元器件的端压，结合文献报道细胞膜、细胞核膜发生电穿孔的电压条件，得到细胞膜、细胞核膜发生电穿孔的电脉冲波形参数阈值条件。考虑到悬浮组织液中瞬态电场分布对细胞电穿孔效应的影响，采用CST电磁仿真软件，对不同形状、容量、针状电极尺寸及相对位置等不同实验条件情形开展了系统的仿真计算，为优化

6、实验方案提供参考数据；利用所研制的瞬态脉冲信I万方数据摘要号源，开展了电脉冲诱导HeLa细胞坏死、凋亡的相关医学实验研究；并定量分析了脉宽与细胞凋亡之间的关系。关键词：电穿孔效应、电脉冲、电磁脉冲、电穿孔机理II万方数据ABSTRACTABSTRACTThreesubjectsarediscussedinthisdissertation.Tostudytheelectroporationeffectsofelectricpulseswithdifferentwaveformparameters,highvoltagepulsegeneratorsaredesignedanddeveloped

7、,whicharecapableofgeneratingps-nswidth,0110-10kVamplitudepulses.Forfurtherexplorationoftheelectroporationeffectsoftheelectromagneticpulses,ultra-wideband,focusedapertureantennasaredesigned,whicharecapableof