高压脉冲电场寄生虫卵杀灭机理研究

论文摘要

寄生虫病严重危害人类身心健康，制约经济发展和人民生活水平的进一步提高。传统的药物杀灭方法会对人体造成毒副作用，使寄生虫形成抗药性，对环境造成污染，并可能引起其他生物变异。因此，研制一种非药物、便捷、从根源上杀灭寄生虫卵的方法显得尤为必要。针对现有寄生虫卵杀灭方法的不足，本文根据电磁场的生物效应研究了一种利用高压脉冲电场技术杀灭寄生虫卵的方法。参数合适的高压脉冲电场可以使细胞膜产生不可逆穿孔从而杀死细胞，且对介质品质损害小，故已广泛应用于食品杀菌。本文介绍了寄生虫卵的生物细胞结构，建立了寄生虫卵细胞的介电模型，在此基础上研究了高压脉冲电场对寄生虫卵的杀灭机理，仿真试验证明了高压脉冲电场对寄生虫卵杀灭机理的可行性，杀灭试验验证了高压脉冲电场对寄生虫卵杀灭的正确性和有效性，通过试验得出较合理的杀灭参数。全文共分为六章：第一章介绍了高压脉冲电场技术及其应用现状，探讨了电磁场的生物学效应，描述了常见寄生虫病及其防治现状，指出了本文的研究意义和工作重点。第二章论述了生物细胞的观察方法和细胞的生物结构，介绍了细胞膜的重要性和膜结构的组成，建立了寄生虫卵细胞的各种介电模型。第三章主要介绍了高压脉冲电场对寄生虫卵的杀灭机理，讲述了高压脉冲电场的产生机理，探讨了寄生虫卵细胞失能与失活机理。第四章介绍了寄生虫卵杀灭的仿真实验研究，简要介绍了仿真实验平台，对高压脉冲电场和电极进行了仿真分析，得出电场分布较好的电极形式。第五章介绍了高压脉冲电场对寄生虫卵的杀灭试验，通过试验数据和试验结果分析，论证高压脉冲电场对寄生虫卵杀灭的可行性。最后总结了本文的创新点和不足之处，展望了寄生虫卵高压脉冲电场杀灭技术在寄生虫防治领域的应用前景。高压脉冲电场寄生虫卵杀灭技术克服了传统药物杀灭方法的不足，能够快速、无污染地杀灭寄生虫卵，为切断寄生虫病的传染源、从根源上抑制寄生虫病的传播提供了一个有效、绿色的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 高压脉冲电场技术与应用现状
• 1.1.1 高压脉冲电场技术的发展
• 1.1.2 高压脉冲电场的应用
• 1.1.3 电磁场的生物学效应
• 1.2 寄生虫病现状及现有防治措施
• 1.2.1 常见寄生虫病及其危害
• 1.2.2 常见寄生虫病的防治方法
• 1.2.3 现有寄生虫病防治方法的特点和不足
• 1.3 项目来源与本文的主要工作
• 1.3.1 项目来源与项目研究目标
• 1.3.2 本文的主要工作
• 第2章 寄生虫卵细胞的介电模型
• 2.1 细胞形态结构的观察方法
• 2.1.1 光学显微镜技术
• 2.1.2 电子显微镜技术
• 2.1.3 扫描隧道显微镜技术
• 2.2 细胞膜与细胞表面特化结构
• 2.2.1 细胞膜的结构模型
• 2.2.2 膜脂与膜蛋白
• 2.2.3 膜的流动性
• 2.2.4 细胞膜的功能
• 2.3 寄生虫卵的电磁模型
• 2.3.1 寄生虫卵的生物细胞结构
• 2.3.2 单个细胞等效电路模型
• 2.3.3 考虑细胞核的细胞等效电路模型
• 2.3.4 考虑细胞核和细胞器的等效电路模型
• 2.3.5 细胞内外膜跨膜电位的推导
• 2.4 本章小结
• 第3章 高压脉冲电场对寄生虫卵的杀灭机理
• 3.1 高压脉冲电场产生原理
• 3.1.1 利用 LC 振荡电路产生
• 3.1.2 利用特定高频高压变压器产生持续的高压脉冲电场
• 3.2 高压脉冲电场的关键技术
• 3.2.1 逆变及驱动电路
• 3.2.2 高频变压器设计
• 3.2.3 IGBT 控制升压电路设计
• 3.3 高压脉冲电场杀灭机理假说
• 3.3.1 细胞膜穿孔效应
• 3.3.2 电磁机制
• 3.3.3 电介质击穿理论
• 3.3.4 粘弹极性形成模型
• 3.3.5 电解产物效应
• 3.3.6 臭氧效应
• 第4章 寄生虫卵杀灭的仿真实验研究
• 4.1 仿真实验平台
• 4.1.1 有限元分析的基本概念
• 4.1.2 ANSYS 仿真软件的技术特点
• 4.1.3 ANSYS 仿真软件的功能
• 4.1.4 典型的 ANSYS 分析过程
• 4.2 高压脉冲电场的 ANSYS 仿真分析
• 4.2.1 问题描述
• 4.2.2 高压脉冲电场分析
• 4.3 高压脉冲电场处理电极设计及仿真
• 4.3.1 空气中静电场分布
• 4.3.2 存在介质的电场分布情况
• 4.3.3 高压脉冲电场处理电极设计
• 4.3.4 单针对单针电极电场分布仿真
• 4.3.5 单针对板电极电场分布仿真
• 4.3.6 多针对多针电极电场分布仿真
• 4.3.7 多针对板电极电场分布仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 高压脉冲电场对寄生虫卵的杀灭实验
• 5.1 基于高压脉冲电场的杀灭装置
• 5.1.1 杀灭实验处理室
• 5.1.2 杀灭实验电极
• 5.2 杀灭实验材料和方法
• 5.2.1 实验材料和仪器设备
• 5.2.2 试剂
• 5.2.3 指标与检验方法
• 5.3 杀灭实验流程
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 实验数据分析
• 5.4.2 实验结果分析
• 5.4.3 影响杀灭效果的因素
• 5.4.4 实验结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间取得的研究成果
• 附录 B 实验结果