细胞电融合法因具有操作简便、对细胞无毒、便于实时观察等明显优势,已逐渐发展成为最有效、最具前景的细胞融合技术。然而科学研究和实际工程应用均表明细胞电融合技术仍然存在一系列难点问题亟待解决。首先,现有的细胞电融合方法主要是基于微秒脉冲电场诱导不同尺寸半径的细胞进行的电融合技术。由于微秒脉冲电场对细胞尺寸较为敏感,难以实现尺寸悬殊细胞的有效融合,进而严重影响了生物制备的效益;其次,尽管新近提出的纳秒脉冲电场亦可诱导细胞实现电融合,但是纳秒脉冲电场作用下细胞膜所产生的微孔尺寸仅为纳米级,且对孔洞的维持能力较弱,细胞间的膜融合与遗传物质的交互过程需要细胞膜上的微孔持续“开放”一段时间,微孔容易闭合或消失将不利于细胞融合的有效进行;为了解决上述难点问题,本论文从高电压工程和电工理论新技术的角度出发,提出了一种新型的诱导细胞电融合的脉冲形式——纳/微秒复合脉冲电场协同诱导细胞电融合,以实现对彼此连接的细胞的接触区域进行精准靶向穿孔,进而提升细胞融合效率的目的。为此,本论文深入地研究了脉冲电场参数以及细胞固有参数对细胞融合过程中电穿孔时空分布的影响规律、纳/微秒复合脉冲电场对细胞的联合作用机理和纳/微秒复合脉冲电场诱导细胞融合的协同穿孔与靶向穿孔的机制等关键基础问题,取得的成果主要有:（1）揭示了脉冲电场作用下基于电穿孔效应的细胞电融合机理。基于动力学仿真,诠释细胞电穿孔和电融合时的微孔的“形成”与“发展”的动态变化过程。通过有限元仿真,研究脉冲电场参数及细胞固有参数对细胞融合效率的影响,对比纳秒脉冲电场、微秒脉冲电场和纳/微秒复合脉冲电场作用细胞融合时的细胞内外膜的跨膜电位、孔密度和孔半径的时空分布情况。研究发现纳秒脉冲电场单独作用于融合细胞时,会在细胞接触区域产生大量“微孔”,但由于孔洞半径较小,纳秒脉冲电场作用结束后,细胞膜上的孔洞快速消失,难以为细胞融合的有效进行创造基础条件。微秒脉冲电场单独作用于细胞融合时,两细胞接触区域的“微孔”密度较高且孔洞半径较大,而同时在其他部位也会产生大量孔洞,因“微孔”过多且孔径较大极易造成细胞死亡。而使用纳/微秒复合脉冲电场协同作用细胞融合时,可以对细胞接触区域进行“精准靶向穿孔”,细胞其余区域无孔或少孔,保证了细胞融合顺利地进行。（2）基于电力电子技术与固态开关技术,将全桥电路与经典Marx电路相结合,设计了纳/微秒复合脉冲发生器。设计反串联的开关结构组建成切换模块,以保障不同电压等级并联使用的双极性电源的安全稳定运行和快速切换,采用常开-常闭串联开关作为防电路误导通模块的关键部件,有效地减小了控制端误触发信号对主电路的影响。最终研制了一种输出电压幅值调节范围宽、脉宽调节范围大且极性可调的纳/微秒复合脉冲发生器。（3）解析了脉冲电场强度、脉冲宽度以及脉冲极性三种脉冲电场参数对细胞电穿孔和电融合的影响。通过分子动力学仿真和细胞学实验发现,高电场强度的脉冲有利于在细胞膜上“产生穿孔”,而脉冲宽度较大的脉冲有利于“扩大穿孔”,且大尺寸孔的产生更有利于细胞融合。在对脉冲极性的研究中发现双极性微秒脉冲电场在实现细胞融合率提升的同时可保证细胞保持较低的死亡率。得出等剂量的脉冲电场作用下,相较于传统的单极性微秒脉冲电场而言,双极性微秒脉冲电场可以显著性地提升细胞融合效率等重要结论。（4）阐明了纳/微秒复合脉冲电场协同诱导细胞融合的机制。利用不同尺寸的分子探针对不同脉冲电场组合作用下电穿孔的能力以及电穿孔分布区域进行了研究,证实了纳/微秒复合脉冲电场的协同扩孔效应与针对细胞接触区域的靶向穿孔能力。开展细胞染色实验和杂交瘤培养实验,结果发现相对于常规细胞电融合中所采用的微秒脉冲电场,采用等脉冲剂量的纳/微秒复合脉冲电场可以显著提升细胞融合率,同时可以保证对细胞杀伤效应较小。通过改变纳/微秒复合脉冲电场的极性可以进一步提高细胞融合的效率。此外,结论还表明纳/微秒复合脉冲电场对细胞融合的影响是复合脉冲电场中的纳秒脉冲电场和微秒脉冲电场的协同作用,而非单独作用的结果。综上所述,本论文提出了纳/微秒复合脉冲电场协同诱导细胞融合的新技术,并结合脉冲发生器的开发与研制,深入开展了对细胞电融合的理论和实验研究。基于分子动力学仿真构建了细胞膜的粗粒化与全原子模型阐明了细胞膜电穿孔的动态发展规律;基于有限元仿真,揭示了纳秒脉冲电场、微秒脉冲电场和纳/微秒复合脉冲电场诱导细胞融合的机理及规律;研制纳/微秒复合脉冲发生器,搭建细胞融合生物电学实验平台,研究了脉冲电场强度、脉冲宽度和脉冲极性等参数对细胞电穿孔和电融合的影响;开展细胞染色实验和杂交瘤培养实验,证实了纳/微秒复合脉冲电场对细胞膜的协同穿孔与靶向穿孔能力以及对细胞融合效率提升的有效性。为推进纳/微秒复合脉冲电场在细胞电融合技术中的应用提供了必要的理论依据、硬件基础和技术支撑。