CN112980673A - 高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置及方法，装置包括高压直流电源、脉冲电容器、开关驱动装置、固态开关组和磁场线圈；方法步骤为：1)搭建高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置；2)将待处理对象放置在磁场线圈的目标作用区域；3)预设脉冲参数；4)高压直流电源对储能电容器充电；5)FPGA模块基于预设的脉冲参数产生开关控制电信号；6)光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；7)驱动芯片控制固态开关组的通断；脉冲电容器向磁场线圈发送激励脉冲；8)磁场线圈产生磁场，诱导位于目标作用区域内的待处理对象发生细胞磁穿孔。相较于传统的细胞膜电穿孔技术，本发明的磁穿孔技术可以非接触、高效、无创诱导细胞膜穿孔。

Description

高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置及方法
技术领域
本发明涉及细胞穿孔领域，具体是高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置及方法。
背景技术
脉冲电场诱导细胞电穿孔作为一种新型的生物技术，已经被广泛的应用于生物工程领域。但其缺点是在穿孔进行过程中必须与细胞直接接触或与细胞溶液相接触，并且传统电穿孔方法在效率低、电气安全性差等问题。
发明内容
本发明的目的是提供高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，包括高压直流电源、脉冲电容器C、开关驱动装置、固态开关组、磁场线圈和用于保护电路稳定工作的放电电阻R；
所述高压直流电源为脉冲电容器C充电；
所述脉冲电容器C通过固态开关组向磁场线圈发送激励脉冲；
所述开关驱动装置控制固态开关组的通断，进行控制激励脉冲的持续时间和个数；
所述开关驱动装置包括FPGA模块、电光转换器、开关电源和带负压关断驱动模块；
所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；
所述FPGA模块向电光转换器发送开关控制电信号；
所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
所述带负压关断稳定驱动包括DC-DC隔离模块、光纤接收器和驱动芯片；
所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组的通断。
所述固态开关组包括N个固态开关；N≥2。
N个固态开关周向间隔布置，其中，所有固态开关的一端连接于一点，记为圆心O。
所述磁场线圈接收到激励脉冲后产生磁场，该磁场分布的区域记为目标作用区域；
所述目标作用区域内放置有待处理对象；
所述待处理对象在磁场作用下发生细胞磁穿孔。
所述FPGA模块控制MOSFET开关组的通断，进而控制激励脉冲的持续时间和个数。
高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的等效电路结构如下所示：
记高压直流电源正极所在一端为A，负极所在一端为B；
A端串联脉冲电容器C后连接B端；记脉冲电容器C不与A端直接相连的一端为D；
A端依次串联固态开关组、磁场线圈和放电电阻R后接地；
A端依次串联固态开关组、磁场线圈和放电电阻R后连接B端；
A端依次串联固态开关组、磁场线圈和放电电阻R后连接D端。
基于高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的方法，包括以下步骤：
1)搭建高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置；
2)将待处理对象放置在磁场线圈的目标作用区域；
3)预设脉冲参数；
4)高压直流电源对储能电容器C充电；所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
5)储能电容器C充电完成后，FPGA模块基于预设的脉冲参数产生开关控制电信号，并传输至电光转换器；
6)所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
7)所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
8)所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组的通断；
所述脉冲电容器C通过固态开关组向磁场线圈发送激励脉冲；
9)所述磁场线圈接收到激励脉冲后产生磁场，从而诱导位于目标作用区域内的待处理对象发生细胞磁穿孔。
值得说明的是，本发明通过提高脉冲磁场频率至高频情况有助于通过脉冲的累积效应诱导细胞在更低的脉冲磁场幅值下发生细胞磁穿孔。
本发明首先需要针对目标细胞选择特定的实验时间，然后通过对实验时间的选择，使得实验时处于脉冲磁场中的细胞均为贴壁细胞。当目标细胞在孔板中完全贴壁之后，再施加相应参数的脉冲磁场来诱导细胞发生磁穿孔。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明能够在非接触下达到发生细胞磁穿孔所需的临界条件，从而能够更加高效、无创的诱导细胞膜发生穿孔效应。
附图说明
图1为高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔效应的示意图；
图2为高频脉冲发生器原理框图；
图3为高频脉冲发生器固态开关脉冲形成原理框图；
图4为高频脉冲发生器固态开关组结构图；
图5为发生器单个脉冲波形图；
图6为不同磁场幅值对PI阳性细胞比例的影响；
图7为不同脉冲个数对PI阳性细胞比例的影响；
图8为不同磁场幅值对发生穿孔细胞比例的影响；
图9为不同磁场幅值对发生穿孔细胞比例的影响。
图10为高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的等效电路图；
图中，固态开关组1，磁场线圈2。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
参见图1至图5、图10，高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，包括高压直流电源、脉冲电容器C、开关驱动装置、固态开关组1、磁场线圈2和用于保护电路稳定工作的放电电阻R；
所述高压直流电源为脉冲电容器C充电；
所述脉冲电容器C通过固态开关组1向磁场线圈2发送激励脉冲；
所述开关驱动装置控制固态开关组1的通断，进行控制激励脉冲的持续时间和个数；
所述开关驱动装置包括FPGA模块、电光转换器、开关电源和带负压关断驱动模块；
所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；
所述FPGA模块向电光转换器发送开关控制电信号；
所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
所述带负压关断稳定驱动包括DC-DC隔离模块、光纤接收器和驱动芯片；
所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组1的通断。
所述固态开关组1包括N个固态开关；N≥2。
N个固态开关周向间隔布置，其中，所有固态开关的一端连接于一点，记为圆心O。圆心O与电容器C连接，固态开关的另一端连接磁场线圈。
所述磁场线圈2接收到激励脉冲后产生磁场，该磁场分布的区域记为目标作用区域；
所述目标作用区域内放置有待处理对象；
所述待处理对象在磁场作用下发生细胞磁穿孔。
所述FPGA模块控制MOSFET开关组的通断，进而控制激励脉冲的持续时间和个数。
高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的等效电路结构如下所示：
记高压直流电源正极所在一端为A，负极所在一端为B；
A端串联脉冲电容器C后连接B端；记脉冲电容器C不与A端直接相连的一端为D；
A端依次串联固态开关组1、磁场线圈2和放电电阻R后接地；
A端依次串联固态开关组1、磁场线圈2和放电电阻R后连接B端；
A端依次串联固态开关组1、磁场线圈2和放电电阻R后连接D端。
实施例2：
参见图1至图5、图10，高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，包括高压直流电源、脉冲电容器、固态开关组、放电电阻以及磁场线圈。高压直流电源的正极与脉冲电容器的正极通过导线连接，固态开关组的一端与脉冲电容器的正极通过铜片连接，固态开关组的另一端与磁场线圈的一端通过铜片连接，磁场线圈的另一端通过铜片与放电电阻一端连接，放电电阻另一端与脉冲电容器负极直接连接并通过导线与高压直流电源的负极连接并接地。
高速固态开关组包括N个型号一致的固态开关，个数N可由所需的脉冲幅值和单个固态开关额定电流进行设计；每个固态开关按照扇形对称布置的方式并联，在产生高频脉冲磁场的同时每个固态开关中电气路径相同，实现均流的效果。
带负压关断稳定驱动包括开关电源、DC-DC隔离模块、光纤接收器、驱动芯片；开关电源作为供电电源连接DC-DC隔离模块，DC-DC隔离模块产生正供电电压为光纤接收器供电，DC-DC隔离模块产生正负供电电压为驱动芯片供电，驱动芯片产生正负双极性驱动信号来控制固态开关的通断。
高频脉冲磁场产生装置在磁场线圈目标区域产生的磁场波形为高频(百千赫兹级)脉冲，其幅值由上述高压直流电源进行调节，其脉宽、重复频率和脉冲数由上述双极性驱动信号调节。
实施例3：
参见图2，一种高频脉冲发生器包括高压直流电源、脉冲电容器、固态开关组、放电电阻以及磁场线圈。高压直流电源将220V交流电转换成高压直流电压，高压直流电源给脉冲电容器充电充至所需电压后，控制固态开关组的通断在放电回路产生脉冲大电流，从而在磁场线圈的作用下产生脉冲磁场。图2中，放电电阻指向磁场线圈表示放电电阻对电路中的脉冲进行稳压，稳压后的脉冲输入至磁场线圈。
参见图3，固态开关脉冲形成部分包括带负压关断稳定驱动包括开关电源、DC-DC隔离模块、光纤接收器、驱动芯片。开关电源作为DC-DC隔离模块的输入端供电，DC-DC隔离模块为光纤接收器正电压供电，为驱动芯片正负电压供电。光纤接收器将控制信号从光信号转换成电信号的形式，驱动芯片将此电信号放大为正负双极性的驱动信号来控制固态开关组的通断。
参见图4，固态开关组包括五个固态开关；每个固态开关按照扇形对称布置的方式并联，在产生高频脉冲磁场的同时每个固态开关中电气路径相同，实现均流的效果。
实施例4：
高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，包括高压直流电源、脉冲电容器C、开关驱动装置、固态开关组1、磁场线圈2和用于保护电路稳定工作的放电电阻R；
所述高压直流电源为脉冲电容器C充电；
所述脉冲电容器C通过固态开关组1向磁场线圈2发送激励脉冲；
所述开关驱动装置控制固态开关组1的通断，进行控制激励脉冲的持续时间和个数；
所述开关驱动装置包括FPGA模块、电光转换器、开关电源和带负压关断驱动模块；
所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；
所述FPGA模块向电光转换器发送开关控制电信号；
所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
所述带负压关断稳定驱动包括DC-DC隔离模块、光纤接收器和驱动芯片；
所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组1的通断。
所述固态开关组1包括N个固态开关；N≥2。
N个固态开关周向间隔布置，其中，所有固态开关的一端连接于一点，记为圆心O。圆心O与电容器C连接，固态开关的另一端连接磁场线圈。
所述磁场线圈2接收到激励脉冲后产生磁场，该磁场分布的区域记为目标作用区域；
所述目标作用区域内放置有待处理对象；
所述待处理对象在磁场作用下发生细胞磁穿孔。
所述FPGA模块控制MOSFET开关组的通断，进而控制激励脉冲的持续时间和个数。
高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的等效电路结构如下所示：
记高压直流电源正极所在一端为A，负极所在一端为B；
A端串联脉冲电容器C后连接B端；记脉冲电容器C不与A端直接相连的一端为D；
A端依次串联固态开关组1、磁场线圈2和放电电阻R后接地；
A端依次串联固态开关组1、磁场线圈2和放电电阻R后连接B端；
A端依次串联固态开关组1、磁场线圈2和放电电阻R后连接D端。
基于高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的方法，包括以下步骤：
1)搭建高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置；
2)将待处理对象放置在磁场线圈2的目标作用区域；
3)预设脉冲参数；
4)高压直流电源对储能电容器C充电；所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
5)储能电容器C充电完成后，FPGA模块基于预设的脉冲参数产生开关控制电信号，并传输至电光转换器；
6)所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
7)所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
8)所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组1的通断；
所述脉冲电容器C通过固态开关组1向磁场线圈2发送激励脉冲；
9)所述磁场线圈2接收到激励脉冲后产生磁场，从而诱导位于目标作用区域内的待处理对象发生细胞磁穿孔。
实施例5：
基于高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的方法，包括以下步骤：
1)搭建高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置；
2)将待处理对象放置在磁场线圈2的目标作用区域；
3)预设脉冲参数；
4)高压直流电源对储能电容器C充电；所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
5)储能电容器C充电完成后，FPGA模块基于预设的脉冲参数产生开关控制电信号，并传输至电光转换器；
6)所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
7)所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
8)所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组1的通断；
所述脉冲电容器C通过固态开关组1向磁场线圈2发送激励脉冲；
9)所述磁场线圈2接收到激励脉冲后产生磁场，从而诱导位于目标作用区域内的待处理对象发生细胞磁穿孔。
实施例6：
一种基于高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的方法，包括以下步骤：
1)将目标细胞在孔板中进行贴壁处理；
2)将含细胞溶液的孔板置于磁穿孔装置磁场线圈(2)目标区域中；
3)预设脉冲参数；
4)高压直流电源对储能电容充电；
5)充电结束后，FPGA模块基于预设的脉冲参数控制IGBT开关组的通断以实现脉冲的输出；
6)输出的高频脉冲磁场使目标区域中的细胞发生磁穿孔。
实施例7：
参见图6-图9，一种应用高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的实验，包括以下步骤：
1)细胞培养
本实验所使用的目标细胞为人皮肤癌A375，属于恶性黑色素瘤细胞系。
1.1)细胞传代
倒掉T25培养瓶中的上清液并用PBS清洗两遍，向培养瓶中加入1ml浓度为0.25％的胰蛋白酶(25200056,Gibco)并放入孵箱中消化，1分钟后加入1ml的DMEM培养基终止消化，离心5分钟(800转/分钟)后加入DMEM培养基并用移液器重新吹打均匀，各取一半分装到新的T25培养瓶中并补齐5ml的培养基，然后于孵箱中继续培育。
1.2)贴壁细胞的制备
待细胞生长汇合至80％时，对细胞进行消化并离心(同细胞传代步骤)，加入一定量的DMEM培养基，然后通过血球计数板进行计数，最后将细胞浓度确定在2.5×105个/mL，配置好的细胞悬液放置在48孔板中24小时，待细胞完全贴壁后进行脉冲处理。
2)实验平台的搭建
本实施例所搭建的实验平台装置示意图如图1所示，将提前准备好的A375细胞悬液装入48孔板(每孔直径1cm)当中，静置24h，等待细胞贴壁。待细胞贴壁完成后，再将48孔板放置在实验室自制的高频磁场脉冲发生器的输出端，并将含有细胞的孔对应并放置在磁场发生线圈的正上方。与此同时，将高压探头接在与线圈并联的电阻两端，最后通过示波器来采集该电阻两端的电压波形。由于电阻与发生磁场的线圈成并联关系，故认为测试得出的电压波形即为磁场发生线圈所受到的电压波形。
本实施例所用的脉冲发生器装置结构示意图如图2所示，通过电脑PC端进行编程，将程序烧入现场可编程逻辑门阵列模块中，FPGA的信号输出通过光纤传输到IGBT开关来控制IGBT的开通和关断，从而实现对输出脉冲参数的控制。纳秒脉冲发生器主体则采用的是传统的RC充放电的电路结构，即通过高压直流电源对电容进行充电，然后通过FPGA的输出信号来控制IGBT开关的动作，从而控制脉冲电压在负载两端的持续时间以及作用个数。
3)A375细胞贴壁效果检测
在48孔板中放置与实验所用细胞浓度相同的同等体积细胞，将细胞与孔板在孵箱中共同静置24小时，24小时后使用显微镜观察细胞，此时细胞呈梭形。然后使用实验室提前配置好的，对细胞状态没有影响的PBS溶液轻轻冲洗细胞，将冲洗完成后的细胞重新置于光学显微镜下观察，得到细胞仍为梭形，并且此时细胞数量与冲洗之前细胞数量基本一致，表示细胞24小时后即可在孔板上完全贴壁。由于只有活细胞才可以发生贴壁，所以将细胞贴壁有助于后续实验处理时将死细胞筛除，并且贴壁后的细胞能够更大限度的接近磁场发生线圈，有助于在更小磁场幅值情况下得到更好的实验效果。
4)高频脉冲磁场处理方案
本步骤贴壁细胞实验所采用的脉冲参数如表1所示，由于脉冲频率的变化对细胞的影响机制较为复杂，且本实验目的是探索高频情况下脉冲磁场对于细胞穿孔效果的影响，因此本实验固定串内脉冲频率为100kHz，串外脉冲频率为1Hz。然后针对磁场幅值平均值(B)和脉冲个数(N)两个变量分别设置有5个不同水平的参数值，这些参数值的确定是通过前期预实验的摸索得到的，分别对细胞产生由弱到强的影响。本实施例首先对参数设置了一个中间值，即B为310.3mT，N为2×104个。当改变B时，N固定为2×104个；当改变N时，则B固定为310.3mT。
表1高频脉冲磁场实验参数表
Table 1 Experimental parameters of nsPMFs
Figure BDA0002926229560000101
通过步骤1的方法得到在孔板中贴壁的细胞，每次实验的贴壁细胞都分为加入磁场进行处理的实验组，以及与不同实验组分别形成对照的不加入任何处理的空白组。将提前铺板完成的48孔板放置在磁场发生器的正上方，然后施加特定参数的脉冲磁场进行处理。脉冲磁场处理结束后，将孔板放置于孵箱内48小时。孵育48小时后，加入cck-8试剂，再孵育1.5小时后通过酶标仪进行吸光度的检测。
5)PI染色法检测细胞膜通透性
5.1)PI试剂染色方法
本步骤实验中使用不含乙二胺四乙酸的胰蛋白酶对细胞进行消化。在脉冲磁场处理过后，将处理后的细胞及孔板直接放置于孵箱中继续孵育3小时。3小时过后用不含乙二胺四乙酸的胰蛋白酶将细胞从48孔板中消化下来，离心3遍以去除细胞溶液中的培养基，加入PBS缓冲液并最终定容为200μL。在黑暗环境下加入200μL的PBS和碘化丙啶(PI)的混合溶液(20：1)并继续孵育10分钟，最后在避光条件下通过流式细胞仪进行检测。
PI是一种大分子的核酸染料，当细胞膜具有完整的形态时，PI无法透过细胞膜进入到细胞内部与细胞核结合。当细胞外膜受到脉冲磁场的作用而发生穿孔时，PI分子能够通过膜上的微孔穿透细胞膜，从而进入到细胞内部，并与细胞核发生结合。因此，使用PI染色法能够准确反映细胞发生磁穿孔后膜通透性的变化，并最终通过PI阳性细胞的比例来定性的表征磁穿孔效应的强弱。
5.2)脉冲参数变化对PI阳性细胞比例的影响
图6及图7为不同脉冲参数作用下，PI阳性细胞百分比柱状图。如图所示，对照组由于没有施加脉冲磁场，因此细胞的PI阳性比例很低且均无显著性差异(p>0.05)，说明此时基本没有发生穿孔，细胞膜处于完整状态。
当改变磁场幅值时，细胞在nsPMFs作用的情况下，PI阳性比例从103.4mT的1.8％升高到了517.1mT的36.7％，与空白对照组相比有着极显著性差异(*表示统计分析中的差异大小，**p<0.01)，这说明在加入脉冲磁场进行处理后，实验所使用的A375黑色素瘤细胞确实发生了穿孔。
当改变脉冲个数时，细胞在nsPMFs作用的情况下，PI阳性比例从1×104个脉冲下的1.1％升高到了3×104个脉冲下的38.9％。且与空白对照组相比有着极显著性差异(**p<0.01)。以上实验结果均说明在加入脉冲磁场进行处理后，实验所使用的A375黑色素瘤细胞确实发生了穿孔。
因此，基于上述实验结果可以发现，在实验所使用的脉冲参数下，目标细胞A375黑色素瘤细胞能够发生磁穿孔，且穿孔程度随着脉冲参数的增强而增强。
6)PI染色法检测发生穿孔细胞比例
6.1)PI试剂染色方法
本步骤实验中使用不含乙二胺四乙酸的胰蛋白酶对细胞进行消化。在脉冲磁场处理过后，将处理后的细胞及孔板直接放置于孵箱中继续孵育30分钟。30分钟后使用提前配置好的PBS溶液轻轻冲洗细胞2次以确保细胞表面培养基清洗干净。然后在黑暗环境下加入200μL的PBS和碘化丙啶(PI)的混合溶液(100：1)并继续孵育10分钟，最后在避光条件下通过荧光显微镜进行检测。
步骤5中提到，使用PI染色法能够准确反映细胞发生磁穿孔后膜通透性的变化。所以通过统计荧光显微镜下观察得到的染色细胞与视野中全部细胞的比例能够用来确定细胞发生磁穿孔的比例与不同脉冲参数的关系。
6.2)脉冲参数变化对发生穿孔细胞比例的影响
图8及图9为不同脉冲参数作用下，发生染色细胞百分比柱状图。如图8所示，对照组由于没有施加脉冲磁场，因此无法观察到细胞发生染色，说明此时基本没有发生穿孔，细胞膜处于完整状态。
当改变磁场幅值时，细胞在nsPMFs作用的情况下，发生染色细胞的比例从103.4mT的1.7％升高到了517.1mT的20.2％，与空白对照组相比有着极显著性差异(**p<0.01)，这说明在加入脉冲磁场进行处理后，实验所使用的A375黑色素瘤细胞确实发生了穿孔，并且穿孔细胞的数量会随脉冲磁场幅值的增强而增大。
当改变脉冲个数时，细胞在nsPMFs作用的情况下，PI阳性比例从1×104个脉冲下的2.0％升高到了3×104个脉冲下的10.9％。且当脉冲个数为2×104个及2.5×104个时，实验组与空白对照组相比有着显著性差异(*p<0.05)；当脉冲个数为3×104个时，实验组与空白对照组相比有着极显著性差异(**p<0.01)。以上实验结果均说明在加入脉冲磁场进行处理后，实验所使用的A375黑色素瘤细胞确实发生了穿孔，并且穿孔细胞的数量会随脉冲磁场幅值的增强而增大。因此，基于上述实验结果可以发现，在实验所使用的脉冲参数下，目标细胞A375黑色素瘤细胞能够发生磁穿孔，且发生穿孔的细胞比例随着脉冲参数的增强而增大。

Claims (7)

1.高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，其特征在于，包括高压直流电源、脉冲电容器C、开关驱动装置、所述固态开关组(1)和磁场线圈(2)。
所述高压直流电源为脉冲电容器C充电；
所述脉冲电容器C通过固态开关组(1)向磁场线圈(2)发送激励脉冲；
所述开关驱动装置控制固态开关组(1)的通断，进行控制激励脉冲的持续时间和个数；
所述磁场线圈(2)接收到激励脉冲后产生磁场，该磁场分布的区域记为目标作用区域；
所述目标作用区域内放置有待处理对象；
所述待处理对象在磁场作用下发生细胞磁穿孔。
所述FPGA模块控制MOSFET开关组的通断，进而控制激励脉冲的持续时间和个数。
2.根据权利要求1所述的高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，其特征在于：还包括用于保护电路稳定工作的放电电阻R。
3.根据权利要求2所述的高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，其特征在于：高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的等效电路结构如下所示：
记高压直流电源正极所在一端为A，负极所在一端为B；
A端串联脉冲电容器C后连接B端；记脉冲电容器C不与A端直接相连的一端为D；
A端依次串联固态开关组(1)、磁场线圈(2)和放电电阻R后接地；
A端依次串联固态开关组(1)、磁场线圈(2)和放电电阻R后连接B端；
A端依次串联固态开关组(1)、磁场线圈(2)和放电电阻R后连接D端。
4.根据权利要求1所述的高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，其特征在于：所述开关驱动装置包括FPGA模块、电光转换器、开关电源和带负压关断驱动模块；
所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；
所述FPGA模块向电光转换器发送开关控制电信号；
所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
所述带负压关断稳定驱动包括DC-DC隔离模块、光纤接收器和驱动芯片；
所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组(1)的通断。
5.根据权利要求1所述的高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，其特征在于：所述固态开关组(1)包括N个固态开关；N≥2。
6.根据权利要求1所述的高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置，其特征在于：N个固态开关周向等间隔布置，其中，所有固态开关的一端连接于一点，记为圆心O。
7.基于权利要求1至6任一项所述高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)搭建高频脉冲磁场诱导细胞磁穿孔装置；
2)将待处理对象放置在磁场线圈(2)的目标作用区域；
3)预设脉冲参数；
4)高压直流电源对储能电容器C充电；所述开关电源为带负压关断驱动模块的DC-DC隔离模块供电；所述DC-DC隔离模块为光纤接收器和驱动芯片供电；
5)储能电容器C充电完成后，FPGA模块基于预设的脉冲参数产生开关控制电信号，并传输至电光转换器；
6)所述电光转换器将开关控制电信号转换为开关控制光信号，并发送至开关电源和带负压关断驱动模块；
7)所述光纤接收器接收开关控制光信号，并还原为开关控制电信号；所述光纤接收器将开关控制电信号传输至驱动芯片；
8)所述驱动芯片基于开关控制电信号产生正负双极性驱动信号，从而控制固态开关组(1)的通断；
所述脉冲电容器C通过固态开关组(1)向磁场线圈(2)发送激励脉冲；
9)所述磁场线圈(2)接收到激励脉冲后产生磁场，从而诱导位于目标作用区域内的待处理对象发生细胞磁穿孔。
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