基于脉冲电场处理的细胞材料破碎的仿真与实验研究

我们考虑用于模拟脉冲电场 (PEF) 处理下细胞材料破碎动力学的简化介质破碎模型。该模型基于有效介质近似，包含与 percolation 理论相同的形态参数。估计脉冲持续时间为 $t_{i}$ 时单个脉冲导致整个细胞破碎的概率，基于电穿孔理论。我们考虑了由于选定细胞附近局部电导率偏离平均有效介质电导率所导致的桥接效应。该模型最重要的特征是存在在生物组织破碎的实验观察中时发生的“堵塞”行为。识别了对应于“堵塞”步骤的不同相变。获得的实验结果适用于在电场强度 $E=0.2-2.2$ kV cm$^{-1}$、脉冲持续时间 $t_{i}=10-100$ $\mu$s、脉冲重复时间 $t=10-100$ ms 和脉冲数 $N=1-100000$ 的薄苹果片。该模型给出的结果总体上与实验观察一致。我们讨论了细胞材料破坏程度、场强、PEF 处理时间与能耗之间的相关性。