發(fā)布時間：2020-12-31 09:40

　　為了實現(xiàn)電磁輻射在心臟病治療、神經衰退修復、腫瘤消融、微生物滅活等生命科學與生物醫(yī)學領域的應用,新興的電磁輻照下非熱電磁生物效應的研究日趨活躍。本文以電磁輻照下無機離子跨細胞膜輸運為研究課題,重點對納秒脈沖電場和太赫茲電磁場輻照下鈣離子經生理通道跨膜輸運的生物物理過程、以及鋇離子跨膜輸運對細胞膜納米孔檢測的實驗方法進行了研究,主要工作和創(chuàng)新點如下:1.提出了細胞膜生理通道鈣離子輸運流體模型,給出了鈣離子經細胞膜壓控通道、主動運輸通道的跨膜輸運、以及納秒脈沖電場作用下跨膜輸運的鈣離子流引起細胞內鈣離子濃度變化的數值模擬算法,依此對納秒脈沖電場作用下鈣離子經細胞膜生理通道的輸運進行了數值模擬,通過將數值結果與報道的實驗現(xiàn)象進行比較,側面驗證了理論模型的正確性,并給出了納秒脈沖電場的脈寬和電場幅值對生理通道輸運的鈣離子流、以及相應的細胞內鈣離子濃度變化的非線性調控關系。2.從相對論電磁理論出發(fā),提出了細胞、及離子通道層面上生理離子與太赫茲場電磁互作用理論,并結合熱力學原理,給出了細胞生理環(huán)境對太赫茲電磁輻照的吸收損耗的數值計算方法;然后,利用細胞層面生理離子與太赫茲場的電磁互作用理論,結合上... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：121 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

nsPEF作用后幾秒時間內多發(fā)性骨髓瘤細胞膜磷脂酰絲氨酸（PS）外顯化的熒光檢測圖

電子科技大學博士學位論文20電場分布。比較圖2-9與圖2-1可以發(fā)現(xiàn)，電場的x分量和y分量均主要分布在細胞膜，在細胞膜上形成生理膜電位，計算得到的膜電位大約為-60mV，這與NG108-15細胞的膜電位實驗測量值[58,59]基本吻合。此外，在細胞外遠離細胞的區(qū)域，電場幾乎為零，這與媒質電中性的特性相吻合。x-軸（網格）y-軸（網格）圖2-8靜息條件下NG108-15細胞區(qū)域內生理離子產生的電位分布，左上角頂點的電位點選擇為零電位點(a)(b)圖2-9靜息條件下細胞區(qū)域內生理離子的電場分布。電場值由圖右側的彩色條表征，單位為V/m.(a)電場的x分量，數值為正代表電場沿x軸正方向；(b)電場的y分量，數值為正代表電場沿y軸正方向2.3.2納秒脈沖電場作用下細胞膜電位變化2.3.2.1600ns，16.2kV/cm脈沖電場下膜電位的變化如圖2-10,在600ns、16.2kV/cm脈沖電場作用下，4個壓控鈣離子模型通道C1、C2、C3和C4處的膜電位超過低壓門控鈣離子通道的激活閾值，因而這些通道打開。這表明納秒脈沖電場輻照能夠激活鈣離子壓控通道，這一結果與文獻[53]中的實驗現(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細胞在0.1–10THz頻率范圍內的介電常數。（a）介電常數實部’；（b）介電常數虛部’’(a)(b)圖3-2細胞外環(huán)境在0.1–10THz頻率范圍內的介電常數。（a）介電常數實部’；（b）介電常數虛部’’太赫茲波對離子q1的磁場作用力FEM-M為，_1022,,sin,,EMMFrtqvtHrtvtHrt(3-15)式中，H2(r,t)為t時刻太赫茲波在空間位置r處的磁場，μ0為真空中磁導率。對于在細胞溶液環(huán)境中傳播的橫電磁平面波，電場和磁場之比為，""22000,/,/ppErtHrtfif(3-16)其中，p表示細胞內或細胞外生理溶液環(huán)境，εp’(f)和εp”(f)分別為頻率f下的相對介電常數εp(f)的實部和虛部。方程（3-15）左右兩邊同時除以（3-14），并且將方程（3-16）代入，整理后，得到太赫茲波對離子q1的磁場作用力與電場作用力之比，""__2,/,sin,,/EMMEMEppFrtFrtvtfifvtHrtc(3-17)


本文編號：2949394