發(fā)布時(shí)間：2020-12-31 09:40

　　為了實(shí)現(xiàn)電磁輻射在心臟病治療、神經(jīng)衰退修復(fù)、腫瘤消融、微生物滅活等生命科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,新興的電磁輻照下非熱電磁生物效應(yīng)的研究日趨活躍。本文以電磁輻照下無(wú)機(jī)離子跨細(xì)胞膜輸運(yùn)為研究課題,重點(diǎn)對(duì)納秒脈沖電場(chǎng)和太赫茲電磁場(chǎng)輻照下鈣離子經(jīng)生理通道跨膜輸運(yùn)的生物物理過(guò)程、以及鋇離子跨膜輸運(yùn)對(duì)細(xì)胞膜納米孔檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了研究,主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.提出了細(xì)胞膜生理通道鈣離子輸運(yùn)流體模型,給出了鈣離子經(jīng)細(xì)胞膜壓控通道、主動(dòng)運(yùn)輸通道的跨膜輸運(yùn)、以及納秒脈沖電場(chǎng)作用下跨膜輸運(yùn)的鈣離子流引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度變化的數(shù)值模擬算法,依此對(duì)納秒脈沖電場(chǎng)作用下鈣離子經(jīng)細(xì)胞膜生理通道的輸運(yùn)進(jìn)行了數(shù)值模擬,通過(guò)將數(shù)值結(jié)果與報(bào)道的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行比較,側(cè)面驗(yàn)證了理論模型的正確性,并給出了納秒脈沖電場(chǎng)的脈寬和電場(chǎng)幅值對(duì)生理通道輸運(yùn)的鈣離子流、以及相應(yīng)的細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度變化的非線性調(diào)控關(guān)系。2.從相對(duì)論電磁理論出發(fā),提出了細(xì)胞、及離子通道層面上生理離子與太赫茲場(chǎng)電磁互作用理論,并結(jié)合熱力學(xué)原理,給出了細(xì)胞生理環(huán)境對(duì)太赫茲電磁輻照的吸收損耗的數(shù)值計(jì)算方法;然后,利用細(xì)胞層面生理離子與太赫茲場(chǎng)的電磁互作用理論,結(jié)合上... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：121 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

nsPEF作用后幾秒時(shí)間內(nèi)多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞膜磷脂酰絲氨酸（PS）外顯化的熒光檢測(cè)圖

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文20電場(chǎng)分布。比較圖2-9與圖2-1可以發(fā)現(xiàn)，電場(chǎng)的x分量和y分量均主要分布在細(xì)胞膜，在細(xì)胞膜上形成生理膜電位，計(jì)算得到的膜電位大約為-60mV，這與NG108-15細(xì)胞的膜電位實(shí)驗(yàn)測(cè)量值[58,59]基本吻合。此外，在細(xì)胞外遠(yuǎn)離細(xì)胞的區(qū)域，電場(chǎng)幾乎為零，這與媒質(zhì)電中性的特性相吻合。x-軸（網(wǎng)格）y-軸（網(wǎng)格）圖2-8靜息條件下NG108-15細(xì)胞區(qū)域內(nèi)生理離子產(chǎn)生的電位分布，左上角頂點(diǎn)的電位點(diǎn)選擇為零電位點(diǎn)(a)(b)圖2-9靜息條件下細(xì)胞區(qū)域內(nèi)生理離子的電場(chǎng)分布。電場(chǎng)值由圖右側(cè)的彩色條表征，單位為V/m.(a)電場(chǎng)的x分量，數(shù)值為正代表電場(chǎng)沿x軸正方向；(b)電場(chǎng)的y分量，數(shù)值為正代表電場(chǎng)沿y軸正方向2.3.2納秒脈沖電場(chǎng)作用下細(xì)胞膜電位變化2.3.2.1600ns，16.2kV/cm脈沖電場(chǎng)下膜電位的變化如圖2-10,在600ns、16.2kV/cm脈沖電場(chǎng)作用下，4個(gè)壓控鈣離子模型通道C1、C2、C3和C4處的膜電位超過(guò)低壓門控鈣離子通道的激活閾值，因而這些通道打開(kāi)。這表明納秒脈沖電場(chǎng)輻照能夠激活鈣離子壓控通道，這一結(jié)果與文獻(xiàn)[53]中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象相吻合。

第三章太赫茲電磁輻照與生理離子互作用的理論研究33(a)(b)圖3-1細(xì)胞在0.1–10THz頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)。（a）介電常數(shù)實(shí)部’；（b）介電常數(shù)虛部’’(a)(b)圖3-2細(xì)胞外環(huán)境在0.1–10THz頻率范圍內(nèi)的介電常數(shù)。（a）介電常數(shù)實(shí)部’；（b）介電常數(shù)虛部’’太赫茲波對(duì)離子q1的磁場(chǎng)作用力FEM-M為，_1022,,sin,,EMMFrtqvtHrtvtHrt(3-15)式中，H2(r,t)為t時(shí)刻太赫茲波在空間位置r處的磁場(chǎng)，μ0為真空中磁導(dǎo)率。對(duì)于在細(xì)胞溶液環(huán)境中傳播的橫電磁平面波，電場(chǎng)和磁場(chǎng)之比為，""22000,/,/ppErtHrtfif(3-16)其中，p表示細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外生理溶液環(huán)境，εp’(f)和εp”(f)分別為頻率f下的相對(duì)介電常數(shù)εp(f)的實(shí)部和虛部。方程（3-15）左右兩邊同時(shí)除以（3-14），并且將方程（3-16）代入，整理后，得到太赫茲波對(duì)離子q1的磁場(chǎng)作用力與電場(chǎng)作用力之比，""__2,/,sin,,/EMMEMEppFrtFrtvtfifvtHrtc(3-17)


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