[发明专利]一种可用于生物医学研究的电源装置及配套电极阵列设计

说明书

本发明涉及一种可用于生物医学研究的电源装置及配套电极阵列设计。所设计的电源装置可以输出有效电压和频率可调的交流电压信号。与电源装置连接的配套的电极阵列可以通过介电电容片阻断交流电流而将电场施加到细胞或生物体。通过选择合适的频率和电场，可以有效实现抑制目标细胞生长的作用。

技术领域

本发明涉及选择性抑制特定细胞生长的电源装置及配套电极阵列设计。具体涉及在针对不同目标细胞的特定频率下，提高场强抑制目标细胞生长的电源装置及配套电极阵列。

背景技术

基于电场对细胞和活体组织的生物学效应，活细胞对于所施加的交变电场的反应具有频率依赖性。在低频(1千赫兹以下)，交变电场可以通过使细胞膜去极化来刺激神经和肌肉。此外，低频或脉冲电场还可以加速骨折愈合。在高频条件下(高于10兆赫兹的频率)，交变电场可以引起组织发热，这可以用于肿瘤消融[文献1，2，3]。

由于目前现有的癌症疗法包括化疗或放射疗法的持续局限性，近来包括电刺激在内的新的治疗形式已经引起了人们广泛的研究探索或临床应用兴趣。中频电场长期以来被认为对生物过程没有重大影响，因为它们的交替太快不能引起有效的神经肌肉刺激，低强度也只能引起有限的加热效果。然而近些年来的研究及临床发现，当电场频率在100-500千赫兹的范围内时，外加交变电场对不同的癌细胞在体外和体内的生长速度均有明显的抑制作用【文献1， 2，3，4】。这类研究随后导致了肿瘤治疗领域新的电场疗法的发展。具体技术在有些国家已经用于针对脑部肿瘤及其它癌症的医学研究及临床治疗。【文献5，6，7，8，9】

有具体研究结果显示，施加低强度、中频的交变电场可以通过破坏有丝分裂来抑制活性肿瘤细胞的分裂生长。此外，有限元模拟计算也已经证明，施加电场可以影响肿瘤细胞的分裂及生长。【文献2，3，4】

在交流电场条件下，不同的电偶极子会由于交变电场方向的交替变化而转动。普通细胞与肿瘤细胞相对比，由于他们内部不同的局部化学组成对应不同的电偶极子，它们具有不同的介电响应。比如普通细胞与肿瘤细胞的 DNA链的化学键细节不同，这意味着两种细胞的DNA链会对应不同的介电响应。已经有实验证据表明在特定频率下的交变电场可以导致肿瘤细胞内部的 DNA键断裂破坏，进而导致肿瘤细胞死亡，但所施加的电场对于普通细胞的 DNA链没有明显的影响，也不影响正常细胞的生长。【文献1，3，4，5，6，7】

尽管在特定频率的电场作用下，已经有许多可以抑制体外和体内癌细胞生长的令人鼓舞人心的实验结果，而且在美国食品和药物管理局(FDA)已经批准可以利用NovoCure公司的肿瘤治理电场设备临床治疗脑瘤，但是目前对于对电场治疗的精确的治疗机制仍然不够清楚。为了更加有效地检测及治疗肿瘤，并帮助科学家和医生深层次研究理解电场治疗抑制肿瘤生长的精确机制，同时避免或最小化施加电场对于体内正常细胞可能的不利影响，许多国家或地区，包括新加坡【文献1】，澳大利亚【文献1】，美国【文献1， 6，7，9】，法国【文献2】，捷克【文献2】以色列【文献2，3，4】瑞士【文献2，5，8】，丹麦【文献11】，香港【文献10】，德国【文献11】在内都在抓紧研究电场治疗肿瘤的精确治疗机制。

为了国内可以研究电场治疗肿瘤的精确治疗机制，提高疗效。降低可能的副作用，有必要设计合适的电源装置及配套电极器件来施加交流电场，以便用于目前有迫切需求的生物医学研究。

本发明考虑到肿瘤细胞对于电场的强度和频率的依赖性，设置了一种可用于生物医学研究的，阻断交流电流的，施加频率及电压可调的交流电源装置及配套电极阵列。它可以用于选择性的抑制目标细胞的生长，促进利用交流电场进行生物医学研究和临床治疗。实验已近证明，抑制肿瘤生长的最佳电场治疗频率与不同肿瘤细胞的大小成反比关系。另外交变电场对不同癌细胞的最佳抑制作用与电场强度也紧密相关【文献2，4，7】。实验中一旦找到针对目标肿瘤细胞的合适频率，利用电场导致的介电响应来实现抑制目标细胞的生长，就可以达到治疗肿瘤的目的。

发明内容