高壓納秒脈沖電開關(guān)及高壓納秒脈沖發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及脈沖發(fā)生器技術(shù)領(lǐng)域，是一種高壓納秒脈沖電開關(guān)及高壓納秒脈沖發(fā)生盤習(xí)
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]脈沖電場是最近20年來發(fā)展起來的橫跨生物電磁學(xué)、高電壓和微電子等領(lǐng)域的新技術(shù)，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在化療藥物輸送、基因治療、細(xì)胞融合、微生物消毒等生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在場強(qiáng)高達(dá)lkV/cm時(shí)，寬度在微秒到毫秒級(jí)的脈沖可以使細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層暫時(shí)重新排列，形成微孔，幫助許多平時(shí)不能通過細(xì)胞膜的親水性大分子順利通過；當(dāng)取消脈沖電場后，微孔會(huì)關(guān)閉而不會(huì)對(duì)細(xì)胞造成任何影響，這種現(xiàn)象稱為電穿孔，由此人們提出了電穿孔療法，即利用脈沖電場輔助化療藥物治療腫瘤的方法，大大提高了細(xì)胞膜對(duì)化療藥物的滲透率，在增強(qiáng)化療藥物對(duì)腫瘤細(xì)胞的毒性作用的同時(shí)，還能通過降低化療藥物的使用劑量而減小對(duì)機(jī)體的毒副作用，自從日本學(xué)者Okino等首次將該療法應(yīng)用于臨床后，各國相繼將其成功應(yīng)用于頭頸癌、皮膚癌、胰腺癌、肝癌等惡性腫瘤的臨床治療。傳統(tǒng)電穿孔療法所用的脈沖是微秒級(jí)別的長脈沖，可導(dǎo)致細(xì)胞膜電穿孔，但不能避免化療藥物對(duì)患者身體的危害。
[0003]納秒脈沖則是脈沖電場技術(shù)領(lǐng)域里青出于藍(lán)而勝于藍(lán)的新技術(shù)。所謂納秒脈沖，是指寬度只有幾個(gè)到幾百個(gè)納秒(甚至小于細(xì)胞外膜的充電時(shí)間)的電脈沖。由于納秒超短脈沖對(duì)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)具有特殊效應(yīng)，它越來越受到細(xì)胞生物學(xué)家和臨床醫(yī)生的重視。試驗(yàn)證實(shí)，納秒脈沖不會(huì)影響細(xì)胞外膜完整性，但對(duì)細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，尤其是細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)卻有很大的影響。除了對(duì)細(xì)胞直接電擊效應(yīng)外，超短脈沖還激發(fā)第二效應(yīng)，細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)內(nèi)鈣釋放，凋亡。由于癌細(xì)胞具有和正常細(xì)胞迥然不同的結(jié)構(gòu)特征和電學(xué)特性，如:結(jié)構(gòu)無序，較高的介電極化程度，細(xì)胞骨架塌縮，較大的核質(zhì)比，線粒體活性降低，糖酵解水平增高，具有較高的平均溫度，納秒脈沖電場能通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡而使腫瘤組織縮小甚至消失，不需要毒性化療藥物的參與就能直接從內(nèi)部殺傷腫瘤細(xì)胞，從而避免化療藥物引起的各種副作用，簡化治療過程，縮短治療時(shí)間，對(duì)于腫瘤治療具有特別重要的意義。
[0004]目前，國外醫(yī)療企業(yè)對(duì)于脈沖技術(shù)應(yīng)用于臨床已經(jīng)有了很高的研發(fā)熱情，微秒脈沖刀是世界上第一個(gè)獲得專利并進(jìn)入臨床治療的醫(yī)療設(shè)備，該產(chǎn)品由美國Ang1Dynamics公司研制，已經(jīng)獲得了美國FDA (Food and Drug Administrat1n，食品藥品監(jiān)督管理局)批準(zhǔn)，進(jìn)入臨床應(yīng)用，已取得美國專利證書，專利名稱:Method and system for nanoknifeand MEMS platform，已獲證書的專利:US7895885。
[0005]國內(nèi)已經(jīng)有重慶大學(xué)研發(fā)了陡脈沖治療腫瘤的裝置及其方法，專利申請(qǐng)?zhí)?00710078282.7。
[0006]但是，上述這兩種脈沖儀器的特點(diǎn)是應(yīng)用微秒級(jí)別的脈沖，只能用于患者各種體表軟組織的切除，由于高功率脈沖技術(shù)的限制，他們只能將脈沖的寬度壓縮成長脈沖(微秒級(jí)別)，長脈沖可以破壞細(xì)胞膜，引起熱效應(yīng)，因此對(duì)腫瘤的治療效果以熱效應(yīng)為主，引起腫瘤的壞死而非凋亡。因此，提供一種納秒級(jí)的脈沖發(fā)生裝置成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種高壓納秒脈沖電開關(guān)及高壓納秒脈沖發(fā)生裝置，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有脈沖發(fā)生器存在的高功率脈沖技術(shù)有限制、只能應(yīng)用微秒級(jí)的脈沖、對(duì)腫瘤的治療效果以熱效應(yīng)為主、引起腫瘤的壞死而非凋亡的問題。
[0008]本發(fā)明的第一種技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:一種高壓納秒脈沖電開關(guān)，包括第一導(dǎo)體塊、絕緣塊和第二導(dǎo)體塊，第一導(dǎo)體塊固定安裝在絕緣塊的左端面上，第二導(dǎo)體塊固定安裝在絕緣塊的右端面上；第一導(dǎo)體塊和第二導(dǎo)體塊電連接；第一導(dǎo)體塊的右端面上設(shè)有環(huán)形凹槽，環(huán)形凹槽的中部設(shè)有第一電極柱；環(huán)形凹槽與絕緣塊的左端面圍成氣室；第一導(dǎo)體塊上設(shè)有與氣室連通的進(jìn)氣孔；絕緣塊上設(shè)有與氣室連通的第一中心孔；第二導(dǎo)體塊上設(shè)有與第一中心孔相對(duì)應(yīng)的第二中心孔。
[0009]下面是對(duì)上述第一種技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn):
上述高壓納秒脈沖電開關(guān)還包括螺栓和螺母，第一導(dǎo)體塊上設(shè)有沿軸向的第一安裝孔，絕緣塊上設(shè)有與第一安裝孔相對(duì)應(yīng)的第二安裝孔，第二導(dǎo)體塊上設(shè)有與第二安裝孔相對(duì)應(yīng)的第三安裝孔；螺栓依次穿過第一安裝孔、第二安裝孔、第三安裝孔并與螺母固定連接；螺栓和螺母為導(dǎo)體；或/和，第一導(dǎo)體塊上設(shè)有與氣室連通的換氣孔，換氣孔的出氣口固定安裝有開關(guān)閥。
[0010]上述環(huán)形凹槽與絕緣塊的左端面之間設(shè)有密封圈；或/和，第二導(dǎo)體塊的右端面設(shè)有能夠固定安裝同軸電纜的安裝槽。
[0011]上述高壓納秒脈沖電開關(guān)還包括同軸電纜，同軸電纜的芯線左端依次穿過第二中心孔、第一中心孔并作為第二電極柱與第一電極柱相對(duì)，第二電極柱與第一電極柱之間留有空隙，同軸電纜的屏蔽線左端與第二導(dǎo)體塊的右端面電連接。
[0012]本發(fā)明的第二種技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的:一種高壓納秒脈沖發(fā)生裝置，包括上述第一種技術(shù)方案中的高壓納秒脈沖電開關(guān)，還包括第一直流電源、同軸電纜、氣源、電容器、第一電極和第二電極，同軸電纜盤繞形成線圈，其中，同軸電纜的芯線盤繞形成第一線圈，同軸電纜的屏蔽線盤繞形成第二線圈；氣源的出氣口通過進(jìn)氣孔與氣室連通，第一直流電源的第一極與第一線圈的輸入端電連接，第一線圈的輸出端依次穿過第二中心孔、第一中心孔并作為第二電極柱與第一電極柱相對(duì)，第二電極柱與第一電極柱之間留有空隙；第一直流電源的第二極與第二線圈的輸入端電連接，第二線圈的輸出端與第二導(dǎo)體塊電連接；第一直流電源的第二極與第二線圈的輸入端之間串聯(lián)有電容器，電容器的兩端分別連接有第一電極和第二電極。
[0013]下面是對(duì)上述第二種技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn):
上述高壓納秒脈沖發(fā)生裝置還包括第二直流電源、手柄控制開關(guān)、第一繼電器、第二繼電器，電容器的輸入端與第一電極的輸入端之間串聯(lián)有第一繼電器，電容器的輸出端與第二電極的輸入端之間串聯(lián)有第二繼電器，第一繼電器的第一控制接口通過手柄控制開關(guān)與第二直流電源的第一級(jí)電連接，第二繼電器的第一控制接口通過手柄控制開關(guān)與第二直流電源的第一級(jí)電連接，第一繼電器的第二控制接口與第二直流電源的第二極電連接，第二繼電器的第二控制接口與第二直流電源的第二極電連接；或/和，高壓納秒脈沖發(fā)生裝置還包括氣體調(diào)壓閥，氣源的出氣口與氣體調(diào)壓閥的進(jìn)氣口連通，氣體調(diào)壓閥的出氣口與進(jìn)氣孔連通，進(jìn)氣孔與氣室連通。
[0014]上述電容器的兩端并聯(lián)有脈沖虛擬示波卡；或/和，電容器的兩端并聯(lián)有脈沖計(jì)數(shù)器。
[0015]上述第一電極為針狀電極、片狀電極、花狀電極或網(wǎng)狀電極，第二電極為與第一電極相配合的針狀電極、片狀電極、花狀電極或網(wǎng)狀電極；或/和，第一直流電源的電壓為OV至40000V，第二直流電源的電壓為24V;或/和，第一導(dǎo)體塊上固定安裝有接地線。
[0016]本發(fā)明提供的高壓納秒脈沖電開關(guān)結(jié)構(gòu)合理而緊湊，設(shè)計(jì)巧妙，其通過絕緣體將第一導(dǎo)體塊和第二導(dǎo)體塊隔離開，使得第一導(dǎo)體塊、絕緣體、第二導(dǎo)體塊的內(nèi)部圍成氣室，可以在高壓下發(fā)生擊穿，使用方便，配合同軸電纜使用能產(chǎn)生高壓納秒脈沖，性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長；本發(fā)明提供的高壓納秒脈沖發(fā)生裝置輸出的脈沖幅值高、上升沿陡峭，通過氣室內(nèi)的氣體間隙及氣體壓力，可實(shí)現(xiàn)輸出脈沖幅值在1KV至30KV的范圍內(nèi)變化，上升沿更加陡峭，更加有利于促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡，輸出納秒脈沖的寬度在50ns至300ns的范圍內(nèi)可調(diào)，針對(duì)不同的腫瘤組織，可尋找到最佳的脈沖治療窗口參數(shù)，配合不同的電極，能夠?qū)Ω鞣N腫瘤起到有效地治療作用，具有安全、省力、簡便、高效的特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]附圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的主視剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]附圖2為附圖1中所示結(jié)構(gòu)安裝緊固組件后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]附圖3為附圖2中所示結(jié)構(gòu)與同軸電纜的連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]附圖4為本發(fā)明實(shí)施例二高壓納秒脈沖發(fā)生裝置的電路原理示意圖。
[0021]附圖5為本發(fā)明實(shí)施例三高壓納秒脈沖發(fā)生裝置的電路原理示意圖。
[0022]附圖6為本發(fā)明實(shí)施例四高壓納秒脈沖發(fā)生裝置的電路原理示意圖。
[0023]附圖7為本發(fā)明實(shí)施例五