[发明专利]一种基于微带电路的宽频带脉冲电场辐照装置

说明书

本发明公开了一种基于微带电路的宽频带脉冲电场辐照装置，本发明装置的工作频带可达3GHz，充分满足产生纳秒/皮秒脉冲电场辐照环境的需要。配合以高压亚纳秒脉冲源作为激励源，电场辐照环境的幅值可达10kV/cm甚至100kV/cm量级。本发明相比于传统的用于细胞电穿孔的脉冲电场辐照装置，本发明通过采用毛细管完成细胞输送，不仅使细胞效应过程更为方便高效，也避免了因细胞溶液与金属电极直接接触产生传导电流对脉冲电场引起的细胞电穿孔效应的影响。

技术领域

本发明属于辐照装置领域，具体涉及一种基于微带电路的宽频带脉冲电场辐照装置。

背景技术

皮秒脉冲电场(picosecond pulsed electric field，简称psPEF)是一种具有亚纳秒或皮秒级持续时间的瞬态电场。在生物电磁学研究中，采用具有极高幅值的皮秒脉冲电场可诱发细胞膜甚至细胞器膜的电穿孔效应，可能造成细胞致死或细胞膜通透性改变。细胞电穿孔效应已被广泛应用于生物医学领域，例如通过改变膜的通透性将药物导入细胞、通过控制脉冲电场环境诱导癌细胞凋亡等。相比于传统电穿孔所使用的微秒脉冲电场，皮秒脉冲电场作用时间更短，峰值电场更高，被发现可引起细胞内部细胞器膜等结构的可恢复电穿孔效应，在电穿孔效应研究和相关医学治疗领域具有较好的研究和应用价值。在此背景下，为了深入研究高幅值皮秒脉冲电场引起的细胞电穿孔效应，有必要设计研制参数指标先进的皮秒脉冲电场辐照系统，为相关生物效应实验研究提供平台。

在纳秒/皮秒脉冲电场辐照系统的设计过程中，电极结构的阻抗匹配和电极间的距离将会直接影响所形成的脉冲电场波形，近十年来国内外研究机构在该领域开展了大量研究工作。针对毫秒或微秒脉冲研制的脉冲电场辐照系统大多采用电极池设计，其结构简单且易于满足施加毫秒/微秒脉冲后产生脉冲电场的需要，但此类装置的频带通常小于100MHz，且受到电极间隔和脉冲宽度的限制，产生的脉冲电场幅值有限。为了获得幅值更高的脉冲电场，近年来，微电极探针、微流控芯片和微机电系统等技术也被逐渐应用于纳秒/皮秒脉冲电场辐照系统中。

由于传统用于细胞电穿孔实验的脉冲电场辐照装置多针对微秒或毫秒脉冲设计，装置工作频带有限，难以满足产生高幅值纳秒/皮秒脉冲电场的需要。另一方面，在传统用于电穿孔实验的辐照装置内部，细胞溶液需要与金属电极直接接触，无法避免传导电流对细胞电穿孔效应过程的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于微带电路的宽频带脉冲电场辐照装置，能够分析高幅值纳秒/皮秒脉冲电场对细胞电穿孔的效应过程机理，同时也可满足此类电场辐照环境处理细胞等的潜在应用需要。

为了达到上述目的，本发明包括基板，基板上布设有若干金属电极，所有金属电极平行设置，相邻的金属电极间布设在有毛细管，毛细管与金属电极间具有间隙，毛细管与金属电极上覆盖有盖板，金属电极连接纳秒/皮秒脉冲。

金属电极采用双条平行电极、三条平行电极或带有背面地平面的三条平行电极结构。

金属电极才有具有生物兼容性的金电极或镀金电极。

毛细管采用具有生物兼容性的聚乙烯。

基板采用微波电路基板或透明的电路基板。

金属电极的两端具有结构过渡段，结构过渡段用于通过同轴接头连接纳秒/皮秒脉冲端。

基板底部设置有金属板。