高压纳秒脉冲电开关及高压纳秒脉冲发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及脉冲发生器技术领域，是一种高压纳秒脉冲电开关及高压纳秒脉冲发生装置。
【背景技术】
[0002]脉冲电场是最近20年来发展起来的横跨生物电磁学、高电压和微电子等领域的新技术，已经被广泛应用在化疗药物输送、基因治疗、细胞融合、微生物消毒等生物医学领域。在场强高达lkV/cm时，宽度在微秒到毫秒级的脉冲可以使细胞膜的脂质双分子层暂时重新排列，形成微孔，帮助许多平时不能通过细胞膜的亲水性大分子顺利通过；当取消脉冲电场后，微孔会关闭而不会对细胞造成任何影响，这种现象称为电穿孔，由此人们提出了电穿孔疗法，即利用脉冲电场辅助化疗药物治疗肿瘤的方法，大大提高了细胞膜对化疗药物的渗透率，在增强化疗药物对肿瘤细胞的毒性作用的同时，还能通过降低化疗药物的使用剂量而减小对机体的毒副作用，自从日本学者Okino等首次将该疗法应用于临床后，各国相继将其成功应用于头颈癌、皮肤癌、胰腺癌、肝癌等恶性肿瘤的临床治疗。传统电穿孔疗法所用的脉冲是微秒级别的长脉冲，可导致细胞膜电穿孔，但不能避免化疗药物对患者身体的危害。
[0003]纳秒脉冲则是脉冲电场技术领域里青出于蓝而胜于蓝的新技术。所谓纳秒脉冲，是指宽度只有几个到几百个纳秒(甚至小于细胞外膜的充电时间)的电脉冲。由于纳秒超短脉冲对亚细胞结构具有特殊效应，它越来越受到细胞生物学家和临床医生的重视。试验证实，纳秒脉冲不会影响细胞外膜完整性，但对细胞的内部结构，尤其是细胞核的结构却有很大的影响。除了对细胞直接电击效应外，超短脉冲还激发第二效应，细胞会出现内钙释放，凋亡。由于癌细胞具有和正常细胞迥然不同的结构特征和电学特性，如:结构无序，较高的介电极化程度，细胞骨架塌缩，较大的核质比，线粒体活性降低，糖酵解水平增高，具有较高的平均温度，纳秒脉冲电场能通过诱导肿瘤细胞凋亡而使肿瘤组织缩小甚至消失，不需要毒性化疗药物的参与就能直接从内部杀伤肿瘤细胞，从而避免化疗药物引起的各种副作用，简化治疗过程，缩短治疗时间，对于肿瘤治疗具有特别重要的意义。
[0004]目前，国外医疗企业对于脉冲技术应用于临床已经有了很高的研发热情，微秒脉冲刀是世界上第一个获得专利并进入临床治疗的医疗设备，该产品由美国Ang1Dynamics公司研制，已经获得了美国FDA (Food and Drug Administrat1n，食品药品监督管理局)批准，进入临床应用，已取得美国专利证书，专利名称:Method and system for nanoknifeand MEMS platform，已获证书的专利:US7895885。
[0005]国内已经有重庆大学研发了陡脉冲治疗肿瘤的装置及其方法，专利申请号200710078282.7。
[0006]但是，上述这两种脉冲仪器的特点是应用微秒级别的脉冲，只能用于患者各种体表软组织的切除，由于高功率脉冲技术的限制，他们只能将脉冲的宽度压缩成长脉冲(微秒级别)，长脉冲可以破坏细胞膜，引起热效应，因此对肿瘤的治疗效果以热效应为主，引起肿瘤的坏死而非凋亡。因此，提供一种纳秒级的脉冲发生装置成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0007]本实用新型提供了一种高压纳秒脉冲电开关及高压纳秒脉冲发生装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有脉冲发生器存在的高功率脉冲技术有限制、只能应用微秒级的脉冲、对肿瘤的治疗效果以热效应为主、引起肿瘤的坏死而非凋亡的问题。
[0008]本实用新型的第一种技术方案是通过以下措施来实现的:一种高压纳秒脉冲电开关，包括第一导体块、绝缘块和第二导体块，第一导体块固定安装在绝缘块的左端面上，第二导体块固定安装在绝缘块的右端面上；第一导体块和第二导体块电连接；第一导体块的右端面上设有环形凹槽，环形凹槽的中部设有第一电极柱；环形凹槽与绝缘块的左端面围成气室；第一导体块上设有与气室连通的进气孔；绝缘块上设有与气室连通的第一中心孔；第二导体块上设有与第一中心孔相对应的第二中心孔。
[0009]下面是对上述第一种技术方案的进一步优化或/和改进:
[0010]上述高压纳秒脉冲电开关还包括螺栓和螺母，第一导体块上设有沿轴向的第一安装孔，绝缘块上设有与第一安装孔相对应的第二安装孔，第二导体块上设有与第二安装孔相对应的第三安装孔；螺栓依次穿过第一安装孔、第二安装孔、第三安装孔并与螺母固定连接；螺栓和螺母为导体；或/和，第一导体块上设有与气室连通的换气孔，换气孔的出气口固定安装有开关阀。
[0011]上述环形凹槽与绝缘块的左端面之间设有密封圈；或/和，第二导体块的右端面设有能够固定安装同轴电缆的安装槽。
[0012]上述高压纳秒脉冲电开关还包括同轴电缆，同轴电缆的芯线左端依次穿过第二中心孔、第一中心孔并作为第二电极柱与第一电极柱相对，第二电极柱与第一电极柱之间留有空隙，同轴电缆的屏蔽线左端与第二导体块的右端面电连接。
[0013]本实用新型的第二种技术方案是通过以下措施来实现的:一种高压纳秒脉冲发生装置，包括上述第一种技术方案中的高压纳秒脉冲电开关，还包括第一直流电源、同轴电缆、气源、电容器、第一电极和第二电极，同轴电缆盘绕形成线圈，其中，同轴电缆的芯线盘绕形成第一线圈，同轴电缆的屏蔽线盘绕形成第二线圈；气源的出气口通过进气孔与气室连通，第一直流电源的第一极与第一线圈的输入端电连接，第一线圈的输出端依次穿过第二中心孔、第一中心孔并作为第二电极柱与第一电极柱相对，第二电极柱与第一电极柱之间留有空隙；第一直流电源的第二极与第二线圈的输入端电连接，第二线圈的输出端与第二导体块电连接；第一直流电源的第二极与第二线圈的输入端之间串联有电容器，电容器的两端分别连接有第一电极和第二电极。
[0014]下面是对上述第二种技术方案的进一步优化或/和改进:
[0015]上述高压纳秒脉冲发生装置还包括第二直流电源、手柄控制开关、第一继电器、第二继电器，电容器的输入端与第一电极的输入端之间串联有第一继电器，电容器的输出端与第二电极的输入端之间串联有第二继电器，第一继电器的第一控制接口通过手柄控制开关与第二直流电源的第一级电连接，第二继电器的第一控制接口通过手柄控制开关与第二直流电源的第一级电连接，第一继电器的第二控制接口与第二直流电源的第二极电连接，第二继电器的第二控制接口与第二直流电源的第二极电连接；或/和，高压纳秒脉冲发生装置还包括气体调压阀，气源的出气口与气体调压阀的进气口连通，气体调压阀的出气口与进气孔连通，进气孔与气室连通。
[0016]上述电容器的两端并联有脉冲虚拟示波卡；或/和，电容器的两端并联有脉冲计数器。
[0017]上述第一电极为针状电极、片状电极、花状电极或网状电极，第二电极为与第一电极相配合的针状电极、片状电极、花状电极或网状电极；或/和，第一直流电源的电压为OV至40000V，第二直流电源的电压为24V;或/和，第一导体块上固定安装有接地线。
[0018]本实用新型提供的高压纳秒脉冲电开关结构合理而紧凑，设计巧妙，其通过绝缘体将第一导体块和第二导体块隔离开，使得第一导体块、绝缘体、第二导体块的内部围成气室，可以在高压下发生击穿，使用方便，配合同轴电缆使用能产生高压纳秒脉冲，性能稳定可靠，使用寿命长；本实用新型提供的高压纳秒脉冲发生装置输出的脉冲幅值高、上升沿陡峭，通过气室内的气体间隙及气体压力，可实现输出脉冲幅值在1KV至30KV的范围内变化，上升沿更加陡峭，更加有利于促进肿瘤细胞的凋亡，输出纳秒脉冲的宽度在50ns至300ns的范围内可调，针对不同的肿瘤组织，可寻找到最佳的脉冲治疗窗口参数，配合不同的电极，能够对各种肿瘤起到有效地治疗作用，具有安全、省力、简便、高效的特点。
【附图说明】
[0019]附图1为本实用新型实施例一的主视剖视结构示意图。
[0020]附图2为附图1中所示结构安装紧固组件后的结构示意图。
[0021]附图3为附图2中所示结构与同轴电缆的连接结构示意图。
[0022]附图4为本实用新型实施例二高压纳秒脉冲发生装置的电路原理示意图。
[0023]附图5为本实用新型实施例三高压纳秒脉冲发生装置的电路原理示意图。
[0024]附图6为本实用新型实施例四高压纳秒脉冲发生装置的电路原理示意图。
[0025]附图7为本实用新型实施