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上海之信推出高频纳秒可逆与不可逆电穿孔脉冲系统
点击次数:930 发布日期:2023-3-22  来源:本站 本站原创,转载请注明出处
上海之信仪器有限公司最新推出高频纳秒可逆/不可逆电穿孔脉冲系统
 
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近日推出的高频纳秒电穿孔脉冲系统,是新一代实验室用纳秒电穿孔肿瘤消融系统。利用线性变压器原理,能够产生和释放纳秒级高压方波脉冲,而不会引起动物肌肉颤振,是当前进行动物肿瘤消融实验的理想选择。可与各种专业电极及配件结合使用,已与上海大学和复旦大学附属华山医院合作成功应用于猪、狗等动物肿瘤模型的活体消融实验。此外,它还可用于基因、药物和蛋白质导入活体体内/体外、核移植、胚胎操作、植物原生质体以及细菌和酵母等场景。

电穿孔脉冲系统具有极宽的电压和脉冲持续时间调整范围,脉冲参数设置自由度极高,可满足动物肿瘤消融、电化疗、基因电转染和食品工程等应用场景的参数设定要求。同时,它还配备了专门的软件,可进行术前脉冲参数设置和治疗方案优化、术中脉冲参数监控、故障排除和日志记录。该型号产品的相关技术指标已处于国内外同类产品的领先水平。

支持定制,可替代BTX等进口品牌,主机质保3年,上海大学专业售后服务团队,可为研究者提供技术支持、实验方案(protocol)共享服务,给研究过程提供支持和便利。


定制客户:
上海大学 张兵
华中科技大学 赵俊
厦门大学 温晓斐

 
型号 技术性能指标 配置
ZQP-86E 1.脉冲极性:正负脉冲交替
2.脉冲电压:0~±5kV
3.脉冲电流:≤300A
4.脉冲宽度:100ns~5000ns,可调
5.正负脉冲间隔:500ns~100us,可调
6.脉冲串频率:≤10Hz
7.脉冲串内脉冲个数:≤200个
8.脉冲串内脉冲频率:≤1MHz
9.脉冲顶降:≤5%
10.脉冲边沿:≤50ns
1.高频电穿孔脉冲发生器1台
2.细胞用电极针一套
3.动物组织用电极针一套
 

新型纳秒脉冲系统,可广泛用于生物医学和生物技术领域
电穿孔是一种由脉冲电场触发的细胞通透性现象,广泛应用于生物医学和生物技术领域。科学上对电渗透的高压和/或高频脉冲发生器的需求越来越大。在这篇文章中,研究人员描述了用于电穿孔的纳秒脉冲电场(nsPEF)发电机的基本拓扑,以及在过去二十年中引入的各种内部建造的设备的参数化能力。研究人员对60多种nsPEF发生器进行了分类,列出并比较了脉冲形成特征(脉冲形状、电压、持续时间和重复频率),最后讨论了电穿孔技术的发展趋势。


相关论文以题为“Concepts and Capabilities of In-House Built Nanosecond Pulsed Electric Field (nsPEF) Generators for Electroporation: State of Art”发表在《Applied Sciences》上。
新型纳秒脉冲电场发生器,可广泛用于生物医学和生物æŠæœ¯é¢†åŸŸï¼
高强度的脉冲电场(PEF)可以触发生物细胞对外源分子的通透性增加,而这些外源分子原本是不可渗透的。PEF使细胞膜极化,导致脂质重定向并形成孔洞,从而增加分子在细胞膜上的转运。在可逆电穿孔的情况下(取决于脉冲参数),然后将细胞膜重新密封。因此,电穿孔有多种应用,包括癌症治疗、基因传递、食品加工、生物炼制等。在每一种情况下,都需要不同的脉动电场参数,这就为发电机设计的通用性提出了挑战。在脉冲幅值-持续时间空间中应用的直接分布如图1所示。
新型纳秒脉冲电场发生器,可广泛用于生物医学和生物æŠæœ¯é¢†åŸŸï¼
图1.不同电穿孔应用的脉冲参数的广义表示。


可以看出,大多数应用程序处于微毫秒范围内。事实上,较长但振幅较低的脉冲在几十年来一直是这一领域的主导,然而,最近几年聚焦较短(纳秒)脉冲的作品数量显著增加。其原因在于传统的微秒范围方法的局限性,如生物阻抗依赖的场分布、焦耳加热、肌肉收缩、电击穿和氧化应激。纳秒脉冲不能完全解决所有的问题,然而,在许多情况下,负面因素是减少的。然而,为了使发电机在纳秒范围内形成数十千伏和数百安培的脉冲,需要先进的脉冲电力电子技术。因此,这种发电机的价格和工程复杂性很高,然而,纳秒脉冲电场的应用趋势使其可行(图2)。
新型纳秒脉冲电场发生器,可广泛用于生物医学和生物æŠæœ¯é¢†åŸŸï¼
图2.根据Clarivate Analytics Web of Science(2020年5月25日),关于纳秒电穿孔主题的出版物数量趋势。

 
从图2中可以看出,在过去的十年中,有一个明确的上升的出版物,这部分是由于市场上脉冲形成开关的更好的可用性。随着更好的半导体(即碳化硅技术)的发展,用于电穿孔的实验室级发电机的发展也在加强。然而,聚焦用于电穿孔的纳秒脉冲发生器的论文数量仍然很低。在使用高频脉冲的短微秒或亚微秒脉冲前沿也观察到类似的趋势(图3),这可能是长微秒到纳秒范围的自然过渡步骤。
新型纳秒脉冲电场发生器,可广泛用于生物医学和生物æŠæœ¯é¢†åŸŸï¼
图3.根据Clarivate Analytics Web of Science(2020年5月25日),关于高频电穿孔主题的出版物数量趋势。


为了治疗的最佳效果,许多电穿孔参数必须调整,即脉冲振幅和持续时间、重复频率、波形和脉冲数。因此,在研究PEF的新现象和生物学效应时,电porators的通用性是很重要的。


脉冲形成使用电容放电电路
 
直接电容放电脉冲形成电路的概念是最常见、最简单和最古老的脉冲形成概念之一。它是基于能量的转移存储在电容器到负载通过明确的电压脉冲。脉冲传输通常由半导体开关控制。根据开关类型或驱动模式,波形要么是矩形(使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)和绝缘栅双极晶体管(IGBTs)),要么是指数衰减波(较老的概念通常用于晶闸管)。对于指数衰减脉冲,脉冲的持续时间(衰减时间)由放电电路的RC参数决定,而对于矩形脉冲,其参数主要受开关能力和放电电容值的限制。电容放电脉冲发生器的原理脉冲形成电路如图4所示。
新型纳秒脉冲电场发生器,可广泛用于生物医学和生物æŠæœ¯é¢†åŸŸï¼
图4.一种直接电容放电脉冲发生器的原理电路。


该脉冲发生器由可变高压电源V、放电电容器C、开关SW和可选电阻r组成。直接电容放电拓扑设计简单且价格低廉。但是,为了保证矩形波的传输和限制脉冲幅值的下降,需要一个高容量(从lv到mF范围)的电容器组,开关必须承受全电压幅值。它限制了在高电压的情况下可用开关的选择。在这种情况下,几个串联开关必须使用,这导致增加了复杂的发电机由于挑战在开关同步。


为了克服直接电容放电概念的局限性,可以使用更复杂的模块化电路拓扑。它提供了几个开关之间的电压分布,并为输出脉冲形状和振幅提供了额外的灵活性。图5给出了一个简单的模块化结构示例。
 
新型纳秒脉冲电场发生器,可广泛用于生物医学和生物æŠæœ¯é¢†åŸŸï¼
图5.模块化直接电容放电脉冲发生器的原理电路。


结论

人们对用于电穿孔的更短、更高强度的脉冲电场越来越感兴趣,这导致了对nsPEF电穿孔器的需求不断增长。针对nsPEF电子转换器的脉冲形成电路的设计方法多种多样。传统的传输线电路拓扑被采用,然而随着SiC mosfet的发展,产生了一波先进的脉冲参数可调的直接电容放电nsPEF电晶体。

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相关公司:上海之信仪器有限公司
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