含色散和電穿孔效應的球形細胞在納秒脈沖下的生物電效應仿真
【部分圖文】：
電介質材料的介電參數(shù)(電導率、介電常數(shù))受各種因素(如溫度、壓力、外加電場頻率等)的影響，其中介電參數(shù)隨外加電場頻率變化的現(xiàn)象稱為電介質材料的頻率色散效應。通常情況下細胞各組分的頻率色散效應由Debye方程定量描述，從時域角度來看細胞各組分極化強度為電場及其各階時間導數(shù)的函數(shù)，可將頻率色散效應由頻域轉換為時域，從而計算時域色散效應，該部分詳見文獻[11]。細胞膜和核膜色散效應的時域表達式為式中：P為細胞膜及核膜上的極化強度；E為外加場強；ε0為真空介電常數(shù)；εm0為低頻介電常數(shù)，εm0=ε∞+Δε1+Δε2；其余參數(shù)見表1。
目前尚未得到包含電穿孔或者色散效應時球形細胞跨膜電位的時域解析解，在進行該部分仿真驗證時，仿真模型既未包含色散效應又未引入電穿孔效應。一階Schwan方程是計算脈沖電場作用下球形細胞跨膜電位的經(jīng)典方程[12]，該方程既未包含色散效應又未包含電穿孔效應，因此能夠與仿真結果進行比較來驗證本文仿真方法的正確性。圖2給出了脈寬100μs、場強10 kV/cm微秒脈沖作用下，細胞膜上點A1跨膜電位及相應誤差隨時間的變化規(guī)律。通過分析比對發(fā)現(xiàn)：仿真解和解析解曲線基本相符，二者最大誤差為0.177 V，相對誤差≤5%，從而證明了本文仿真方法的正確性。此外，可以看出解析解略高于仿真解，這是由于一階Schwan方程沒有考慮(胞膜除外)其他結構的介電常數(shù)，導致結果偏高。為了進一步驗證仿真結果，采用本文的仿真方法對文獻[10]中脈寬600 ns的納秒脈沖作用時(僅含電穿孔效應)球形細胞的跨膜電位分布進行了計算，得到跨膜電位沿細胞弧長的分布規(guī)律與文獻中結果基本一致，前者在點A1的跨膜電位略低于后者，二者最大相對誤差≤5%，進一步證實了本文仿真方法的正確性。
圖5給出了細胞膜上點A1極化強度隨時間的變化規(guī)律，極化強度隨時間的變化規(guī)律與輸入納秒脈沖波形相似，在上升沿和下降沿有所變緩。脈沖電場上升沿和下降沿包含豐富的高頻信息，導致該時間段細胞膜介電常數(shù)較低，較低的介電常數(shù)則對應著較低的極化強度；在脈沖平頂部分細胞膜相對介電常數(shù)為低頻值5，對應極化強度為3.5×10–5 C/m2。此外，由式(3)可知，極化強度隨時間的變化規(guī)律與外加脈沖電場正相關，從側面證實了仿真結果的正確性。由于細胞膜和核膜極化強度在空間各點的分布規(guī)律相同，因此只給出了點A1極化強度隨時間的變化規(guī)律。圖4 點B1跨膜電位的變化規(guī)律
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9 Ulrich SCHAFF;;對難以轉染的細胞進行成功的電穿孔[J];生命科學儀器;2010年03期
10 H.Schoellnast;S.Monette;P.C.Ezell;A.Deodhar;M.Maybody;J.P.Erinjeri;王微微;;神經(jīng)不可逆電穿孔的急性和亞急性效應:豬模型實驗性研究[J];國際醫(yī)學放射學雜志;2011年05期
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