高频纳秒脉冲串是一种近年提出的用于肿瘤消融的新型脉冲电场形式。相对于传统微秒和纳秒脉冲电场,高频纳秒脉冲串治疗肿瘤技术具有有效杀伤肿瘤细胞,同时减小肌肉收缩和提高电气安全性的显著优势。然而,目前高频纳秒脉冲串通过诱导电穿孔效应杀伤肿瘤细胞的生物物理机制还不清楚,特别是实验中反映的穿孔累积效应和不可逆电穿孔效应仍未阐释清楚,需要对此进行深入研究。为有效揭示这种新型脉冲形式杀伤肿瘤细胞的机理,本文系统进行了高频纳秒脉冲串杀伤离体细胞的实验,以验证其杀伤肿瘤细胞的效果并为后续不可逆电穿孔模型的建立提供现实依据。在此基础上,本文通过引入电场对细胞膜表面张力的影响和设置不可逆孔半径阈值,首次建立了一种考虑不可逆电穿孔的改进电穿孔数学模型。结合网格传输网络（MTN）方法仿真了高频纳秒脉冲串作用下单细胞电穿孔和分子跨膜传输过程,并通过PI荧光染料实验对模型正确性和穿孔特性进行了间接验证。论文的主要工作和成果如下:（1）以人黑色素瘤细胞A375为研究对象,首先通过开展宏观杀伤效果实验研究了高频纳秒脉冲串治疗方法的有效性和细胞主要死亡方式。其中CCK-8检测细胞活性实验结果表明高频纳秒脉冲串能有效杀伤细胞。场强和脉宽与细胞活性下降率之间符合正相关剂量规律,而串内频率存在使细胞活性显著降低的阈值100k Hz。而后通过细胞流式实验,表明高频纳秒脉冲杀伤肿瘤细胞的主要方式是诱导细胞坏死,并且脉冲剂量规律与细胞活性检测实验一致。进一步的,通过扫描电镜实验观察了高频纳秒脉冲串作用后A375细胞和鸡血红细胞膜的微观结构,发现较为清晰的膜上穿孔或缺损的区域。这定性验证了细胞膜发生了不可逆电穿孔,为后续模型改进提供了现实依据。（2）在给出仿真几何模型以及现有网格传输网络数学模型的基础上,对其中的孔传输模型进行改进,建立了高频纳秒脉冲串致肿瘤细胞膜不可逆电穿孔的模型。该不可逆电穿孔模型的改进体现在两个方面:对原有的动态电穿孔模型中孔能量方程进行改进,考虑了电场额外诱导的表面张力;在模型中设定了动态的不可逆穿孔半径阈值。此外,借鉴有关现象学模型以及理论假设,本文还引入了稳态可逆孔概念来反映串内频率对可逆孔的累积效应。最后,为使仿真结果能和后续荧光染料实验进行对比验证,在原有分子电扩散方程基础上耦合了Pr和核酸的结合方程。（3）对高频纳秒脉冲串作用下单细胞系统的电传输、孔传输和分子跨膜传输特性进行了数值计算。重点分析了变不同脉冲参数下细胞膜的累积穿孔规律和不可逆电穿孔规律。结果表明仿真能实现不可逆穿孔,不同脉冲参数下不可逆孔均有不同程度的累积效应。细胞膜不可逆孔集中分布在细胞的穿孔数量不多但穿孔半径易扩展的过渡区域,并且其孔半径主要分布在8 nm附近。细胞分子跨膜传输结果表明分子浓度曲线随时间增加斜率先变缓后不变。随脉冲参数水平的提高,不同时刻下细胞内的分子浓度均提高,满足参数的正相关剂量规律。分子传输空间分布结果说明分子首先从细胞正负两极进入,随后慢慢扩散至细胞中间。（4）开展了离体单细胞荧光染料实验,对高频纳秒脉冲串作用下肿瘤细胞膜穿孔特性进行了实验验证。首先将校正后的变不同脉冲参数下实验和仿真所得分子跨膜传输时域结果进行了比较。结果表明,定性上不同脉冲参数下仿真分子跨膜传输规律和实验结果吻合,并且所有组均有不可逆穿孔趋势。定量上所得细胞内核酸结合比例差异较小。然后,将荧光空间分布检测实验结果与仿真作定性比较,结果验证了分子首先从细胞正负两极进入,随后慢慢扩散至细胞中间的分子传输规律。最后,通过细胞膜通透性恢复情况检测实验,观测到脉冲撤去后荧光强度持续上升,间接更进一步的证实细胞发生了不可逆穿孔。综上所述,本文基于提出的考虑不可逆电穿孔效应模型,深入研究了高频纳秒脉冲串作用下单细胞电传输、孔传输及分子跨膜传输特性并进行了实验验证,揭示了高频纳秒脉冲串不可逆电穿孔杀伤肿瘤细胞的机理,对细胞不可逆电穿孔理论研究领域具有重要指导意义。