ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. eISSN 1684-1719. 2024. №9
Текст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.9.6
УДК: 622.7+621.373
ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ВОЗДЕЙСТВИЮ
ИНТЕНСИВНЫХ УЛЬТРАКОРОТКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
ИМПУЛЬСОВ НА БИОПОДОБНЫЕ СРЕДЫ
Вдовин В.А., Денисов Р.А., Сапецкий С.А., Черепенин В.А.
ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН,
125009, Москва, ул. Моховая, 11, корп. 7
Статья поступила в редакцию 2 сентября 2024 г.
Аннотация. В работе рассматриваются особенности переходных процессов, возникающие при нетепловом воздействии ультракоротких электрических импульсов на биоподобные среды. Источником мощных импульсов является высоковольтный твердотельный генератор с длительностью импульса около 5 нс. Анализ переходных процессов проводится методом эквивалентных схем. Исследуются четыре варианта нагрузок, которые применялись в экспериментах с биологическими объектами. Показано, что в зависимости от конструктивной емкости монополярный входной импульс может оставаться на нагрузке как однополярным, так и трансформироваться в биполярный. Амплитуда напряжения при этом может меняться на один-два порядка, при этом рассеиваемая мощность и энергия существенно различаются в зависимости от нагрузок.
Ключевые слова: наносекундные импульсы, электропорация, переходные процессы, эквивалентные электрические схемы, онкологические объекты.
Финансирование: Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 23-12-00125).
Автор для переписки: Вдовин Владимир Александрович, vdv@cplire.ru.
Литература
1. Gulyaev Y. V. et al. Remote decapsulation of nanocomposite liposomal capsules containing gold nanorods by ultrashort electric pulses //Journal of Communications Technology and Electronics. – 2016. – Т. 61. – С. 56-60.
2. Гуляев Ю. В. и др. Воздействие ультракоротких электрических импульсов на нанокомпозитные липосомы в водной среде //Радиотехника и электроника. – 2020. – Т. 65. – №. 2. – С. 189-196.
3. Гуляев Ю. В. и др. Декапсуляция полиэлектролитных нанокомпозитных микрокапсул при помощи импульсного микроволнового воздействия //Радиотехника и электроника. – 2015. – Т. 60. – №. 11. – С. 1207-1207.
4. Гуляев Ю. В. и др. Дистанционная декапсуляция нанокомпозитных липосом, содержащих внедренные проводящие наночастицы, при воздействии импульсного электрического поля //Радиотехника и электроника. – 2015. – Т. 60. – №. 10. – С. 1051-1051.
5. Гуляев Ю. В. и др. Активация нанокомпозитных липосомальных капсул в проводящей водной среде ультракоротким электрическим воздействием //Радиотехника и электроника. – 2021. – Т. 66. – №. 1. – С. 82-90.
6. Гуляев Ю. В., Таранов И. В., Черепенин В. А. Использование мощных электромагнитных импульсов для воздействия на бактерии и вирусы //Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. – 2020. – Т. 493. – №. 1. – С. 15-17.
7. Breton M., Mir L. M. Microsecond and nanosecond electric pulses in cancer treatments //Bioelectromagnetics. – 2012. – Т. 33. – №. 2. – С. 106-123.
8. Newman J. et al. A dose-response study of nanosecond electric energy pulses on facial skin //Journal of Cosmetic and Laser Therapy. – 2020. – Т. 22. – №. 4-5. – С. 195-199.
9. Xie F. et al. Ablation of myocardial tissue with nanosecond pulsed electric fields //PLoS One. – 2015. – Т. 10. – №. 12. – С. e0144833.
10. Zamponi M., Petrella R., Mollica P. A. Picosecond pulsed electric fields and promise in neurodegeneration research //Bioelectricity. – 2021. – Т. 3. – №. 3. – С. 176-185.
11. Bo W. et al. Probing Nanoelectroporation and Resealing of the Cell Membrane by the Entry of Ca2+ and Ba2+ Ions //International Journal of Molecular Sciences. – 2020. – Т. 21. – №. 9. – С. 3386.
12. Napotnik T. B., Polajžer T., Miklavčič D. Cell death due to electroporation–a review //Bioelectrochemistry. – 2021. – Т. 141. – С. 107871.
13. Petrella R. A. et al. Polymer Nanoparticles Enhance Irreversible Electroporation In Vitro //IEEE Transactions on Biomedical Engineering. – 2022. – Т. 69. – №. 7. – С. 2353-2362.
14. Guo S. et al. Nano‐pulse stimulation induces potent immune responses, eradicating local breast cancer while reducing distant metastases //International journal of cancer. – 2018. – Т. 142. – №. 3. – С. 629-640.
15. Baker C. et al. Selective Electroporation of Tumor Cells Under AC Radiofrequency Stimulation–A Numerical Study //IEEE Transactions on Biomedical Engineering. – 2023.
16. Novickij V. et al. Does the shape of the electric pulse matter in electroporation? //Frontiers in oncology. – 2022. – Т. 12. – С. 958128.
17. Yin S. et al. Nanosecond pulsed electric field (nsPEF) treatment for hepatocellular carcinoma: a novel locoregional ablation decreasing lung metastasis //Cancer Letters. – 2014. – Т. 346. – №. 2. – С. 285-291.
18. Robinson V. S. et al. Calculated plasma membrane voltage induced by applying electric pulses using capacitive coupling //Biomedical Physics & Engineering Express. – 2017. – Т. 3. – №. 2. – С. 025016.
19. Xiao S. et al. A High‐Power Dielectric Biconical Antenna for Treatment of Subcutaneous Targets //Bioelectromagnetics. – 2020. – Т. 41. – №. 6. – С. 413-424.
20. Balint R., Cassidy N. J., Cartmell S. H. Electrical stimulation: a novel tool for tissue engineering //Tissue Engineering Part B: Reviews. – 2013. – Т. 19. – №. 1. – С. 48-57.
21. Hornef J. et al. Thermal analysis of infrared irradiation-assisted nanosecond-pulsed tumor ablation //Scientific Reports. – 2020. – Т. 10. – №. 1. – С. 5122.
22. Weaver J. C., Chizmadzhev Y. A. Theory of electroporation: a review //Bioelectrochemistry and bioenergetics. – 1996. – Т. 41. – №. 2. – С. 135-160.
23. Garner A. L. Pulsed electric field inactivation of microorganisms: from fundamental biophysics to synergistic treatments //Applied microbiology and biotechnology. – 2019. – Т. 103. – №. 19. – С. 7917-7929.
24. Vdovin V. A. et al. Technology of Experiments of Non-Thermal Effect of Powerful Electromagnetic Pulses on Natural and Artificial Environments //Journal of Communications Technology and Electronics. – 2023. – Т. 68. – №. 9. – С. 995-1001.
Для цитирования:
Вдовин В.А., Денисов Р.А., Сапецкий С.А., Черепенин В.А. Особенности экспериментов по воздействию интенсивных ультракоротких электрических импульсов на биоподобные среды. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 9. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.9.6