为了进一步研究纳秒级陡脉冲对细胞的窗口效应和不可逆性电击穿效应,本文研制了一台输出能量可调节的纳秒级陡脉冲发生装置,并应用该装置进行了大量的医学细胞实验以进一步验证纳秒级陡脉冲诱导细胞凋亡。首先,将传统的脉冲功率技术中陡脉冲产生的基本原理与现代电力电子技术成果相结合,研制成功了一台纳秒级陡脉冲发生器。通过开关式稳压电源产生高压直流,并控制该电压对电容器进行充放电就能输出指数衰减陡脉冲波形。输出陡脉冲具有较快的前沿时间,无论是在实验室以纯电阻为负载,还是在细胞实验时以细胞悬液为负载,装置输出陡脉冲的前沿都达到30～50ns。该装置性能稳定,可操作性强,能精确的控制输出脉冲的能量。具体为:脉冲峰值1kV～25kV连续可调,脉冲重复频率1～20Hz连续可调,脉冲宽度100ns～340ns分5级可调。这些参数调节方便、灵敏,并且互相独立,互不干扰。然后,应用该陡脉冲装置,使用自制的铂金电极槽,以人浆液囊腺性卵巢癌细胞SKOV3为实验研究对象,进行了大量的实验研究。具体采用了MTT法观测细胞活性;通过AO/EB荧光检测、透射电镜和扫描电镜观察了凋亡细胞形态学上的变化;用流式细胞观测法研究了高中低场强陡脉冲对肿瘤凋亡率的影响;最后用激光扫描共聚焦显微镜检测纳秒级陡脉冲对SKOV3细胞[Ca2+]i的影响及[Ca2+]i变化时的Ca2+来源。实验结果表明,10kV/cm-100ns级的陡脉冲能够诱导肿瘤细胞发生凋亡,而且其凋亡机制之一可能是通过激活细胞内钙库,引起细胞内钙离子升高,从而介导凋亡信号通路。