癌症治疗至今仍然是全球公共卫生主要难题,临床上迫切需求安全有效的新疗法,让患者获得更可期的长期无瘤生存和更高的生活质量。相对于传统以热消融为主的局部消融方法,不可逆电穿孔(Irreversible Electroporation,IRE)技术,应用高强度微秒电脉冲,诱导细胞质膜产生不可逆穿孔,不借助化学药物便可致使目标肿瘤组织坏死或凋亡。在消融肿瘤的同时,对肿瘤周围的血管、胆管和神经影响小,扩大了肿瘤局部消融的适用范围。与导致细胞膜不可逆电穿孔技术的微秒电脉冲相比,纳秒脉冲电场(nanosecond pulsed electric field,nsPEF)能进一步降低输注到组织的能量来实现肿瘤消融。基于Blumlein传输线产生的方波纳秒脉冲已经表现出了这种潜力。但维持方波波形需要负载电阻与储能的传输线特性阻抗严格匹配,且脉冲发生器体积较大,限制了其临床转化。本文利用实验室基于火花开关和传输线变压器(transmission line transformer,TLT)技术自制的一套纳秒脉冲电场(nanosecond pulsed electric field,nsPEF)发生系统,研究了由RC电路产生的纳秒级指数脉冲的肿瘤消融效果及其在作用范围上的可控性,为研发新一代肿瘤非热消融的能量源提供了前期试验基础,主要工作和结论如下:(1)对nsPEF系统电路进行了理论分析、放电特性分析和稳定性测试,结果表明:该装置可稳定输出纳秒级指数电脉冲,脉冲上升沿15 ns,主脉冲脉宽约30 ns,峰值电压可达30 kV,重复频率0-100 pps(pulses per second)可调;(2)开展nsPEF系统消融在体肝脏组织和原位胰腺癌动物实验研究,结果表明:在峰值电压为14.7 kV时,该系统利用电极针对E[0.5,5.0,10]可消融体积达1 cm3肝脏组织,并证实了此系统消融在体原位胰腺癌的安全性和可行性;(3)以贴壁生长于六孔板中B16黑色素瘤细胞为研究对象,研究nsPEF系统输出参数及电极对配置对有效作用范围的影响。结果显示:峰值电压、脉冲次数、电极针间距是影响消融范围的重要因素,而重复频率对有效作用范围影响很小;以电极杯中B16肿瘤细胞悬液为研究对象结合CCK-8检测法开展了脉冲处理后细胞活性的研究,确定了该系统消融B16肿瘤细胞的阈值场强为6.8kV/cm,最优脉冲次数500 pulses。基于上述实验结果,结合仿真模拟,拟合不同峰值电压条件下,消融范围与电极针间距的关系曲线表达式,为nsPEF肿瘤消融参数优化奠定了基础。