本發(fā)明專利技術(shù)揭示一種用于產(chǎn)生可用于各種應用的時變及非時變電場（Ｅ場）的系統(tǒng)及方法。產(chǎn)生所述Ｅ場利用：高阻抗介電材料，其總共具有高電容率（ε）、高體積電阻率（ρ）及高最大允許Ｅ場應力（Φ）這三個必要材料特性；及采取在串聯(lián)電容網(wǎng)絡中劃分或分配Ｅ場的方式的物理幾何結(jié)構(gòu)。所產(chǎn)生的Ｅ場可作用于標的材料，其包含氣體、液體或固體，其中所述材料是固定的或移動的。所述方法允許以顯著較低的外加電壓Φ↓［ａ］在所述標的材料中建立既定強度的Ｅ場，或相反地，以既定的外加電壓Φ↓［ａ］建立具有顯著較高Ｅ場強度的Ｅ場。所述方法可預防電導電流通過所述標的材料，由此顯著地降低電導電流、能量消耗、歐姆熱和電極／流體界面處的先占電化學反應。也可施加聲能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)實施例涉及一種用于向串聯(lián)電容性網(wǎng)絡施加時變、非時變或脈沖電壓電 位以建立或者產(chǎn)生均勻或非均勻電場的系統(tǒng)，所述電場又用于許多應用。更特定來 說，所述實施例采用具有特定電特性的介電材料，所述介電材料經(jīng)布置或經(jīng)配置以形成劃分或者分配在對置的電極之間所施加的電位的串聯(lián)電容網(wǎng)絡，從而導致E場 在標的材料中(或者跨越所述標的材料)而集中。
技術(shù)介紹
不管有還是沒有磁場組件，無論在一特定應用中被認為是弱還是強，靜態(tài)、時 變及脈沖電場均在各種行業(yè)中用于各種各樣的應用中。在某些現(xiàn)有應用中，且當時 變外加電壓用于本專利技術(shù)實施例時，電荷載流子可相對于實驗框架而移動，因此磁場 (B場)伴隨電場(E場)，然而，對于本專利技術(shù)實施例來說，僅E場是相關(guān)的。E場 應用的實例包含但不限于以下 電泳凝膠型及毛細管型兩者均采用通過懸浮介質(zhì)的電流、電阻負載，由此建立用于分離、區(qū)分及分級DNA、蛋白質(zhì)及其它分子的電場。電穿孔(類似于電通透作用)使用通常以各種波形及脈沖速率加脈沖的強電場 來導致活細胞膜的介電擊穿，由此影響可逆及不可逆穿孔及或通透以達到轉(zhuǎn)染、 巴式滅菌或殺菌的目的；及 電場流分級(FFF、類似于EFFF、 n-EFF、 CyEFF及其它)為將較大分子及/ 或較小粒子與標的液體分離、分級及區(qū)分，可對流體流采用電場正交。 大體來說，可通過在外加電壓既定的情況下增大場強或相反地，通過在場強既定的情況下減小外加電壓來加速或者增強由E場的作用驅(qū)動、支持或促進的過程或 效應。這是由于電容率、體積電阻率及最大允許場應力等材料特性與這些參數(shù)對場 強、介電擊穿、場幾何結(jié)構(gòu)、電流及能量消耗等不同電路要素的影響之間的關(guān)系而 實現(xiàn)的。在E場的影響或直接作用下進行的應用通常由通過電解雙層形成、電極極 化及能量消耗而產(chǎn)生的歐姆熱、電化學(感應電荷轉(zhuǎn)移)、場屏蔽等不合需要的影響 而限定。由于工作介質(zhì)(通常為用于這種應用的液體或凝膠)的歐姆熱及介質(zhì)/電極界面 處不合需要的電化學(感應電荷轉(zhuǎn)移)，電流是電泳、電穿孔及場流分級裝置中的外 加場強的一個限定因素。例如，近二十年來已付出很多努力來將臨床電穿孔過程(主要用于對活生物細胞的轉(zhuǎn)染)應用于商業(yè)等溫巴式滅菌(通常稱作脈沖電場非熱巴 式滅菌或PEF)。可逆電穿孔是非致命性的且可通過對外加場強及暴露時間的仔細控 制來完成，其中不可逆電穿孔的標志是細胞死亡、代謝失活或下垂。由于PEF系統(tǒng) 的低阻抗性質(zhì)(其中裸露的導電電極直接耦合到受處理流體)，已將脈沖電壓波形用 作減小平均能量、歐姆熱及流體/電極界面處不合需要的電化學的手段。這同樣適用于電泳及電場流分級(EFFF)方法及裝置。雖然場強的增大會改善過程的效率及/ 或速率，但增大外加電壓來作為增大場強的手段會導致過度的電流及與之相關(guān)聯(lián)的 歐姆熱、不合需要的電化學反應以及上文提及的其它不合需要的反應。在EFFF的 情況下，最近已做出努力來使用微機械加工及微電子技術(shù)減小流體通道高度，以此 來有效地減小所述電極之間的場尺寸且由此增大場強并同時減輕電流。由于增大E 場強同樣需要增大外加電壓及/或減小電極之間的距離，因此工作介質(zhì)(無論是氣體、 液體還是固體)的介電擊穿在所有應用中都是額外的限定因素。雖然在傳統(tǒng)的導電電極與受處理介質(zhì)之間涂布或并置常用的介電^"料允許施加 較高的電壓，從而意味著較高的E場強，但其效應被所使用的介電材料兩端的較大 電壓降抵銷，因此降低了受處理介質(zhì)的E場。這可由于電壓下降且因此E場在串聯(lián) 電容網(wǎng)絡中被劃分或者分配的方式而發(fā)生。有利地，可研制一種用于產(chǎn)生可明顯減輕或完全解決先前系統(tǒng)及方法的不合需 要的影響的E場的系統(tǒng)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
因此，本專利技術(shù)的一個實施例包含一種用于產(chǎn)生電場的高阻抗系統(tǒng)，且包括一 對包括介電材料的電極，其中每一電極具有至少一個涂布有導電材料的表面；且其 中這一介電材料形成將所述導電涂層與受處理標的流體隔離的屏障；流體路徑或空 間，其形成于所述電極對之間以使所述導電材料位于不與所述路徑或空間中的流體接觸的電極表面上；施加在所述電極兩端的時變、非時變或脈沖電壓源；及含有所 述電極對的外罩，所述外罩經(jīng)配置以將靜態(tài)或動態(tài)標的液體維持在所述路徑或空間 中。本專利技術(shù)的一個方法實施例包含一種使流體經(jīng)受電場的方法，所述方法包括在一對電極之間形成流體路徑，其中所述電極包括介電材料且其中每一電極具有至少 一個涂布有導電材料的表面，所述導電材料設(shè)置在不在所述流體路徑中的電極表面上；將所述電極包覆在外罩內(nèi)以將靜態(tài)或動態(tài)標的流體維持在所述路徑中；向所述 涂布有導電材料的電極的每一表面施加時變、非時變或脈沖電壓源，由此來形成電 場；及導致流體進入所述流體路徑以使所述流體經(jīng)受電場。用于產(chǎn)生利用高阻抗介電材料的E場的系統(tǒng)及方法，所述高阻抗介電材料總共 具有三個必要的材料特性高電容率(e )、高體積電阻率(p )及高最大允許E場應力(cp)及利用在串聯(lián)電容網(wǎng)絡中劃分或分配E場的方式的物理幾何結(jié)構(gòu)。根據(jù)以下詳細說明、圖式及權(quán)利要求書，本專利技術(shù)的其它變化形式、實施例及特 征將更為明顯。附圖說明圖1圖解說明具有平行幾何結(jié)構(gòu)的本專利技術(shù)的第一介電配置； 圖2圖解說明具有圓柱形幾何結(jié)構(gòu)的本專利技術(shù)的第二介電配置； 圖3圖解說明經(jīng)布置以形成串聯(lián)電容網(wǎng)絡的三個介電區(qū)段； 圖4圖解說明圖3的介電幾何結(jié)構(gòu)的等效電路圖；圖5圖解說明涂布在一側(cè)上的兩個鈦酸鹽陶瓷片，其中金屬銀薄膜在每一鈦酸 鹽陶瓷片上形成一導電電極表面；圖6圖解說明圖5的電極的透視圖，所述電極附加到聚碳酸酯梁支撐且其間有 空間以形成流體路徑。圖7是圖6的電極的頂視圖；圖8圖解說明附加到圖6及圖7中圖解說明的布置的另一側(cè)的對置梁支撐。圖9圖解說明本專利技術(shù)的高阻抗E場裝置的一個配置；圖10圖解說明圖6及圖7的平行板幾何結(jié)構(gòu)的等效電路圖；圖11及圖12圖解說明根據(jù)本專利技術(shù)實施例的一個例示性系統(tǒng)配置；及圖13圖解說明圖11及圖12中圖解說明的配置的等效電路圖。具體實施方式出于促進了解根據(jù)本專利技術(shù)實施例原理的目的，現(xiàn)在將參照附圖中所圖解說明的 實施例并使用特定語言來描述這些實施例。然而，應了解，本專利技術(shù)范圍并不打算限 定于此。所屬
的技術(shù)人員及此揭示內(nèi)容的所有者通常會構(gòu)想出對本文中圖 解說明的專利技術(shù)性特征的任何改變及進一步修改及對本文中圖解說明的本專利技術(shù)原理的 任何額外應用，且其均視為在所請求專利技術(shù)的范圍內(nèi)。雖然本專利技術(shù)實施例具有許多應用，但本文描述針對生物細胞電穿孔的一個實施例。術(shù)語電穿孔在專利及學術(shù)文獻中有時稱作電通透，其廣泛地用于表示與在活細 胞膜上施加電場的作用相關(guān)聯(lián)的現(xiàn)象。在細胞生物學、基因工程、藥物治療以及例 如巴式滅菌及殺菌的生物技術(shù)工藝中，對懸浮在流體電解液中的細胞進行電穿孔是 重要的。根據(jù)場強、暴露時間及波形形狀，外施電場可導致可逆或不可逆的孔形成 以及類脂膜中的其它結(jié)構(gòu)缺點，所述類脂膜包含細菌、真菌、孢子、病毒及哺乳動 物(人體)細胞的膜。在可逆電穿孔的情況下，所述現(xiàn)象的標志是5莫擴散通透性的 瞬時增大，其已在數(shù)十年來用于對DNA、藥物、染料、蛋白質(zhì)、縮氨酸及其它分子 的轉(zhuǎn)染。當外施電場引起臨界跨膜電壓(在許多細菌類型中①產(chǎn)1V)時，在足夠長的時期內(nèi)，孔形成及其它膜缺陷變得不可逆，從而導致細胞死亡及/或永久性的代謝 失活，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種用于產(chǎn)生電場的高阻抗系統(tǒng)，其包括： 一對包括介電材料的電極，其中每一電極具有至少一個涂布有導電材料的表面；且其中所述介電材料形成將所述導電涂層與受處理標的流體隔離的屏障； 流體路徑或空間區(qū)域，其形成于所述電極對之間以使所述導電材料位于不與所述路徑或空間中的所述標的流體接觸的電極表面上； 施加在所述電極兩端的時變、非時變或脈沖電壓源；及 含有所述電極對的外罩，所述外罩經(jīng)配置以將靜態(tài)或動態(tài)標的流體維持在所述路徑或空間中。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：韋恩A梅，彼得魯賓，
申請(專利權(quán))人：梅魯賓科技公司，
類型：發(fā)明
國別省市：CA[加拿大]
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