癌症一直以来是威胁人类生命的一大顽疾。近年来,使用纳秒脉冲电场治疗肿瘤细胞已成为相关领域的研究热点。脉冲的参数包括幅值、脉宽、重复频率、前后沿等对作用效果有很大影响。相比于微秒脉冲,纳秒脉冲的前后沿对于脉冲作用效果的影响更大。但由于前后沿可调纳秒脉冲源研制的困难,关于纳秒脉冲前后沿对肿瘤细胞活性影响的研究很少。因此,研制一台前后沿可调的纳秒脉冲发生器对于纳秒脉冲电场治疗肿瘤的研究具有重要意义。首先,本文对半桥型模块化多电平换流器(HB-MMC)的原理进行了阐述,分析了如何通过HB-MMC结构产生多电平波形,并介绍了利用多电平波形调节脉冲前后沿的原理。而后,提出了本文设计的单极性发生器和双极性发生器的拓扑结构,并介绍了两种发生器在充、放电模式下的工作原理,同时详细分析了如何通过控制开关时序调节正、负极性脉冲的前后沿。之后通过PSpice仿真软件建立了电路的仿真模型,验证了两种发生器拓扑结构和前后沿调节原理的正确性,并仿真分析了杂散参数对输出波形的影响。其次,本文对脉冲发生器进行了设计。先对发生器中的重要器件进行参数计算和选型,主要包括固态开关、驱动芯片、储能电容、隔离模块和直流电源等;然后对控制电路进行了设计,选择了FPGA作为控制信号源,并设计了电光转换电路将电信号转换为光信号,通过光纤传输信号以实现高、低压侧的隔离;之后,设计了HB-MMC子模块板,并设计了用于放置和连接子模块板的基板。然后,本文搭建了测试平台,对单极性发生器和双极性发生器进行了性能测试。测试结果表明,在以200Ω电阻为负载时,发生器能够稳定输出幅值0~4kV可调、脉宽100~500ns可调的纳秒脉冲方波,最高重复频率可达10kHz。脉冲的上升沿可以在15~130ns范围内平滑调节,下降沿可以在30~130ns范围内平滑调节。最后,本文搭建了细胞活性实验平台,选择了人体皮肤癌细胞A375开展了细胞活性实验,以初步探究纳秒脉冲前后沿对离体肿瘤细胞活性的影响。实验结果表明,在3kV/cm和在4kV/cm的场强下,脉冲前后沿越陡,杀伤效果越强,细胞活性越低。同时,实验也验证了本文研制的脉冲发生器能够应用于离体肿瘤细胞实验。