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。