13μs,200ns和2ns脉冲电场对酵母菌杀灭效果分析

研究了脉冲宽度对高压脉冲下细胞膜和细胞器膜跨膜电压的影响及细胞膜能量的变化,以及13μs,200ns和2ns脉冲对酿酒酵母(CICC31180)杀灭作用时脉冲数的影响。结果表明,随着脉冲数增加,13μs,200ns和2ns脉冲对啤酒酵母的灭杀效果均增强。在13μs脉宽,14kV电压和50个脉冲数下,酵母达到最小存活率-4.3个对数;在200ns脉宽,40kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.6个对数;在2ns脉宽,200kV电压和500个脉冲数下,酵母达到存活率-2.8个对数。三种脉冲对酵母菌杀灭的存活率对数与脉冲数的关系表现不是线性的,脉冲数增加到一定程度,存活率下降变缓。在同等灭杀效果-2.0个对数下,2ns脉冲比13μs脉冲在同轴电极中损耗的能量更少。     

脉冲电场对脂肪氧化酶及多酚氧化酶构象影响的光谱分析

以多酚氧化酶(Polyhenol oxidase, PPO)和脂肪氧化酶(Lipoxygenase, LOX)为研究材料, 利用圆二色谱(CD)和荧光光谱分析了脉冲电场(PEF)对此两种酶蛋白二级和三级构象的影响。PPO和LOX酶活在电场强度为20 kV·cm-1的同轴处理室内处理320 μs分别降低了60.3%和21.7%,并且,随着电场强度的增大, 脉冲处理时间的延长, PPO与LOX酶的活性进一步降低。通过CD光谱图发现, PEF处理后,PPO和LOX的α-螺旋含量显著降低, 而β-折叠含量则呈现增长, 表明PPO与LOX酶蛋白中的二级构象在PEF处理后发生了极大的改变, 酶活钝化和二级结构的破坏之间存在对应关系。PEF处理后LOX的荧光强度增加, 随电场强度增强荧光强度增加幅度显著增大,表明PEF破坏了LOX三级构象,酶活钝化和三级结构的破坏之间存在对应关系。     

脉冲电场对木瓜蛋白酶影响的荧光光谱分析

木瓜蛋白酶溶液在电场强度为50 kV·cm-1,频率1 500 Hz,脉冲宽度40 μs的脉冲电场下接受19 800个脉冲处理后,其活性降低了56.5％。文章采用荧光偏光光谱对处理前后的样品进行了分析。 处理后酶样的荧光强度明显大于处理前,在峰值位置其荧光强度增加超过50％,峰位从342 nm移到了346 nm左右,其荧光偏振幅度明显减小。由此推断出木瓜蛋白酶经脉冲电场处理后酶蛋白的α-螺旋结构松散拉伸,分子内部的氨基酸残基暴露于分子表面,并有部分发生离解游离于溶液中,导致活性部位的结构发生变化,最终导致酶失活。     

荧光偏振光谱法探测光动力过程中癌细胞膜的流动性

以DPH作荧光探剂,用荧光偏振光谱法研究了金属酞菁配合物苯硫基钛菁锌(C₅₆H₃₂N₈S₄Zn)在光动力过程中,不同光照时间对乳腺癌细胞膜流动性的影响。实验结果表明,经光照激发光敏剂金属酞菁后,荧光标记团的偏振度增大,癌细胞膜流动性降低,微黏度升高。说明这是光动力治疗的疗效所在。用酶联免疫检测(MTT法)不同光照时间对细胞存活的影响,结果显示癌细胞最低存活率与膜流动性降低成正相关。这表明光动力过程在一个相近的程度影响癌细胞膜的流动性和增殖,提示光动力过程可能通过影响细胞膜流动性引起细胞增殖变化,即细胞膜是光动力作用的一个位点。     

应用荧光探针研究菠菜叶绿体膜对低强度电磁场的辐射敏感性

应用ANS渗入菠菜叶绿体膜后的ANS荧光光谱和光合细胞Chla荧光参数的变化研究了菠菜叶绿体膜对辐射功率密度为5 mW·cm-2以下的300 MHz低强度电磁场的辐射敏感性。研究发现,在1～5 mW·cm-2的低强度电磁场作用下,菠菜叶绿体ANS荧光光谱的位置没有明显变化,但ANS荧光强度明显增大,表明低强度电磁场使菠菜叶绿体膜流动性变小。1～5 mW·cm-2低强度电磁场的作用还使菠菜叶绿体发出的Chla荧光参数F₀减小,f_V／F₀,F_V／F_m和ΔF_V／T增大,F_VI／F_V减小,表明低强度电磁场使菠菜叶绿体膜发生了光系统Ⅱ(PSⅡ)无活性中心向有活性中心的转变,PSⅡ潜在活性提高、光合电子传递过程加快,原初光能转换效率增强。菠菜叶绿体膜ANS荧光和Chla荧光对低强度电磁场的这种辐射敏感性说明了低强度电磁场能对菠菜光合作用系统产生非热效应,并且,菠菜光合细胞有可能通过PSⅡ活性中心异质性的转变来适应电磁辐射增强的环境。     

电流变液微波反射可调控性

研究了纳米二氧化钛包覆高岭土和钇掺杂钛酸钡两种电流变液的微波反射行为.实验发现，在垂直于微波传播方向电场作用下，两种电流变液微波反射系数均随电场强度的增大而增大；钇掺杂钛酸钡电流变液微波反射系数变化幅度比二氧化钛包覆高岭土电流变液宽，并且电场调节的能力随浓度的增加有减弱的趋势.对钇掺杂钛酸钡电流变液存在一个临界浓度，低于这个浓度，电场的调控能力随电场强度的增加而增大，高于这个浓度，电场的调控能力随电场的增加先增大后减小.另外，二氧化钛包覆高岭土电流变液反射回波相位随电场强度的增大出现最大值后逐渐减小趋于平 关键词： 电流变液 微波反射 相位     

电场作用下银纳米流体的可调谐双折射行为

用微乳液法制备了一种银纳米流体,并研究了该流体在电场作用下的光学行为。He-Ne激光束(λ=632.8 nm)垂直于电场方向,以5°入射角通过银纳米流体,当施加电场时出现明显的双折射。在相同的电场作用下o光和e光折射率随着体积比的增加而增加;同一体积比的银纳米流体的折射率随着电场的增大而变小;电场强度为0 kV·mm~(-1)时并没有出现双折射现象。实验结果表明:无论是在相同电场时折射率随体积比的变化量,还是在相同体积比时折射率随电场强度的变化量,e光总是大于o光。     

不同物理场处理对磷脂分散体系的影响

利用动态光散射研究了脉冲电场、超声波、微射流3种物理场处理对磷脂分散体系的颗粒性质及稳定性的影响。结果表明:当施加的处理条件分别为60kV/cm脉冲电场、500 W超声波及130 MPa微射流时,磷脂的平均粒径由594.4nm分别减小至259.2、88.7和37.8nm;静置24h后,脉冲电场处理样的粒径恢复得较好,而超声波和动态高压微射流处理样基本不恢复。说明维系细胞膜结构与流动性功能的磷脂的粒径随外加物理场能量的输入而逐渐减小,高强脉冲电场处理比较柔和,处理后磷脂粒径的变化表现出较强的可逆性,与脉冲电场对生物细胞膜影响的可逆性相对应。     

外电场与微波交互作用下BaTiO3电流变液的透射特征

分别考虑了微波传播方向与电流变液颗粒链相垂直和平行的情况,对BaTiO3电流变液微波透射行为进行了实验研究。发现BaTiO3电流变液微波透射率可由外电场调控。在垂直的情形,当流体浓度较低时,透射率随电场强度增加而减小,并且随浓度增加电场调节微波透射率的变化幅度增加。浓度超过一定值时,透射率随电场出现由减小向增加的改变,存在透射率的极小点。在平行的情形,发现透射率随电场强度增加而减小。另外透射率随电场强度变化具有延时性,对于给定浓度的情形,电场强度增加延时性明显减小。     

脉冲电场防治水生生物附着

为探究脉冲电场对防治水生生物附着效果的影响因素,确定有效防治附着生物所需的最低电场条件,搭建了脉冲电场试验平台,通过人工脉冲形成线产生近似方波的脉冲,统计不同条件下大型溞死亡率和形态结构发生的变化,通过函数拟合得到了脉冲电场诱导死亡率与电场强度、总等效处理时间、脉冲注入能量密度之间的函数关系,并以某干渠工程为例介绍了脉冲电场防治大型溞的参数选取原则和平台搭建方法。结果表明,脉冲电场对大型溞的处理效果与电场强度、总等效处理时间和脉冲注入能量密度都呈正相关关系。电场强度介于0.5～1.5 kV/cm之间时,电场强度每增加0.5 kV/cm,诱导死亡率增加35%左右。电场强度高于2.0 kV/cm、总等效处理时间大于900μs或脉冲注入能量密度高于80 J/L时,脉冲电场都可以产生80%以上的诱导死亡率。     

Inactivation of Bucillus Stearothermophilus by pulsed electricfield

B. Stearothermophilus remains alive even under intense electric field, since spores formed are highly resistant to damage from electric field effects. This paper describes the effects of pulsed electric field on B. Stearothermophilus (ATCC no, 12980). An aqueous suspension of B. Stearothermophilus spores was placed between parallel planar electrodes and subjected to pulsed electric fields of up to 189 kV/cm, which are obtained from a high-voltage pulsed voltage generator. Either a Blumlein generator or a magnetic compression circuit with a semiconductor opening switch was used as the pulsed voltage generator. The spores that survived the treatment were detected by a colony counting method. The growth activities were measured using a microbial calorimetry technique. The temperature and pH of the spore suspension remained unchanged during the treatment. It was found that the growth activity of B. Stearothermophilus was affected by the pulsed electric field. while no remarkable lethal effect was observed in the range of up to 40 kV/cm     

应用红外光谱研究电场对超氧化物歧化酶二级结构的影响

超氧化物歧化酶经不同强度的电场处理,利用红外光谱法研究电场对超氧化物歧化酶二级结构的影响。结果表明,经不同电场强度处理的超氧化物歧化酶(SOD),其二级结构单元百分含量有不同程度的变化。α-螺旋和β-折叠结构单元在电场处理后,均为减少;β-转角结构单元均为增加;无规卷曲结构单元除4.0 kV·cm-1电场处理条件减少外,其余电场处理条件均为增加。电场处理具有使超氧化物歧化酶的α-螺旋、β-折叠向β-转角和无轨卷曲结构转化的作用,且不同电场条件下其转化情况不同。研究结果还表明,电场的作用使SOD活性发生改变,SOD活性变化与β-折叠含量变化相关。     

Magnetic resonance imaging of electroconvection in a polar organic solvent

Molecular motion in the polar organic solvent nitrobenzene induced by an electric field is studied by magnetic resonance imaging. Rf pulse sequences that correlate images obtained at two different times under conditions of both continuous and pulsed electric fields are introduced. The resultant image correlation spectra indicate that the time scale of motion in a 9.6 kV/cm electric field is tens of milliseconds. Comparison of the results to an analytic solution for the Fokker-Planck probability function for one-dimensional bounded diffusion yields an electric field dependent effective diffusion coefficient for perdeuterated nitrobenzene of D = 1.08 x 10(-5) cm(2)/s + (3.33 x 10(-3) cm(4)/kV(2)s) E(2) at room temperature. Characteristics of this electroconvection and its consequences for combining multidimensional nuclear magnetic resonance with electrical orientation are also discussed.     

应用圆二色光谱研究电场对辣根过氧化物酶二级结构的影响

辣根过氧化物酶(ＨＲＰ)经不同强度的电场处理,用圆二色光谱研究了电场对辣根过氧化物酶二级结构的影响。结果表明：在1.0～6.0 kV·cm-1范围, 不同强度的电场对辣根过氧化物酶的α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲相对含量的影响程度不同。与对照组相比,处理组的α-螺旋、β-转角和无规卷曲含量降低,降幅范围分别为0.3%～11.4%,1.7%～15.3%和0.9%～20.4%;β-折叠含量增加,增幅范围为0.9%～82.7%。电场作用具有使辣根过氧化物酶的二级结构中α-螺旋、β-转角和无规卷曲向β-折叠转化的趋势。研究结果对解释电场处理种子生物效应具有重要意义。     

Raman光谱分析脉冲电场对大豆分离蛋白的影响

采用自行研制的高强脉冲电场设备,利用拉曼光谱分析脉冲电场对大豆分离蛋白微观结构的影响。结果表明,在50 kV.cm-1的高强脉冲场强下,PEF诱导2 886 cm-1附近峰明显消失,脂肪族侧链C—H伸缩振动微环境极性和色氨酸残基微环境极性不断增强;诱使C—H平面弯曲振动、C—N伸缩振动,以及天冬氨酸和谷氨酸中的C O伸缩振动减弱;诱导酰胺键C O伸缩振动和N—H摇摆振动增强。同时发现酪氨酸被包埋程度随着脉冲时间的延长而先增加后减小,在脉冲处理时间为1 600μs时,酪氨酸包埋程度最大。     

应用圆二色光谱研究电场对脂肪酶二级结构的影响

脂肪酶被不同强度的电场处理5 min,用圆二色光谱(circular dichroism, CD)研究电场对脂肪酶(Lipase)二级结构的影响。研究结果表明：在0.5～6.0 kV·cm-1范围内,不同强度的电场对脂肪酶的α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲相对含量的影响程度不同。随场强的增加,各二级结构单元含量呈非单调变化。电场作用可使脂肪酶二级结构中α-螺旋、β-折叠、β-转角及无规卷曲发生转化。总体上,电场使脂肪酶的二级结构由α-螺旋、β-折叠向转角及无规卷曲转化。α-螺旋含量和β-折叠的含量降低幅度分别为4.6%～48.0%和13.2%～35.1%,β-转角含量与无规卷曲含量增加幅度分别为2.8%～33.3%和0.9%～48.1%。文章结果对研究电场处理植物种子的宏观生物效应作用机理提供了重要理论依据。     

FTIR分析脉冲电场和热处理后的大豆分离蛋白结构变化

采用自行研制的脉冲电场设备,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)比较研究了脉冲电场(PEF)和热处理对大豆分离蛋白(SPI)分子结构的影响.结果表明:50 kV·cn-1的脉冲场强处理引起SPI分子内和分子间氢键增强,分子中C-O-O糖苷键伸缩振动和P=O,P-O-C伸缩振动增强,且其增加值与PEF处理时间呈正相关.研究发现较短时间(1 600 μs)PEF处理导致了SPI分子结构中α-螺旋和β-折叠分别减少了5.9%和0.7%,β-转角和侧链结构分别增加了7.5%和9.6%;处理时间延长至2 400 μs,其α-螺旋和β-折叠减少量增至6.0%和5.6%.对比而言,热处理对SPI分子结构中C-O-O糖精苷键伸缩振动和P=O,P-O-C伸缩振动的影响程度较大,而对蛋白质二级结构影响程度较小:90℃热处理30 min,α-螺旋和β-折叠分别减小5.1%和6.6%,β-转角结构增加19.1%.由此可以认为PEF和热处理对SPI的影响机理是不一样的.     

The effect of pulsed electric fields on biological cells:experiments and applications

The effect of pulsed electric fields with amplitudes in the range of 100 V/cm-100 kV/cm on bacteria and aquatic nuisance species has been explored. The pulse duration was so short that heating of the biological matter could be neglected. The electrical energy required for lysing of bacteria, or stunning of aquatic species, decreases when the pulse duration is reduced. For lysing of Eschericia coli, this tendency has been proven to hold for pulsewidths as short as 60 ns. For macroorganisms, however, it was found that for pulsewidths of less than 5 μs, the tendency is reversed: the energy required to affect the macroorganisms increases again. This minimum in energy, or maximum in efficiency, respectively, can be understood by taking the time required for electrical charging of the cell membrane into account. Applications of the pulsed electric field technique (PEFT) are in biofouling prevention, debacterialization of liquids, and in the field of medicine. A series of field tests on biofouling prevention in a cooling system with untreated water as coolant has demonstrated the economic feasibility of the electro-technology