SHVP-B3000/IRE 3KV 双极性高性能纳米刀脉冲源

技术白皮书

版本：V1.0 发布单位：世纪新天（苏州）大数据科技有限公司 日期：2026年09月

摘要

SHVP-B3000/IRE是世纪新天SHVP系列高性能纳米刀（IRE/H-FIRE）科研双极性陡脉冲源，面向不可逆电穿孔肿瘤非热消融机理研究、离体组织实验、动物活体消融、消融电极阵列开发验证。设备输出0~±3kV双极性可编程陡脉冲，支持H-FIRE高频交替脉冲序列、复合脉冲串输出；更高峰值电场，在同等电极间距下实现更大消融范围，同时保持低热损伤特性。整机采用自研双向全固态高速开关与FPGA高精度时序架构，脉冲前沿陡峭、波形一致性高；配备医疗科研级电气隔离、漏电实时监测、微秒级故障切断、安全门+脚踏双重联锁，支持光纤/BNC双外触发，适配针状消融电极、离体组织灌注平台、动物活体消融系统，满足医工交叉实验室、介入器械企业开展纳米刀消融基础研究与消融样机性能验证。

说明：本设备为科研实验脉冲源，不属于临床治疗设备，严禁直接用于人体临床治疗，仅用于细胞、离体组织、动物科研实验。

关键词：纳米刀；IRE不可逆电穿孔；H-FIRE高频不可逆电穿孔；±3kV双极性陡脉冲；脉冲电场非热消融；可编程脉冲串

目录

1. 概述
2. 应用场景与行业痛点
3. SHVP-B3000/IRE产品介绍
4. 核心技术架构
5. 详细技术规格参数
6. 典型系统搭建方案
7. 典型波形特征与实验案例
8. 控制、接口与上位机软件
9. 安全规范与使用注意事项
10. 应用领域
11. 产品选型与定制扩展服务
12. 总结 附录A：术语与缩略词 附录B：企业信息

1. 概述

SHVP-B3000/IRE台式一体化3kV双极性高性能纳米刀脉冲发生器，属于世纪新天SHVP特种脉冲产品系列，专门面向不可逆电穿孔IRE、高频双极性H-FIRE纳米刀消融科研开发。设备可输出正向单脉冲、负向单脉冲、正负交替双极性脉冲串，支持自定义猝发序列，正负脉冲间隔独立精细可调，相比2kV等级脉冲源可在相同电极排布条件下获得更高组织电场强度，拓展消融边界研究。

输出电压0±3kV连续可调；脉冲平顶宽度100ns50μs；单串脉冲数量1~100对可编程，串内最高1MHz脉冲频率；100Ω负载下上升/下降沿＜100ns，空载前沿可小于20ns，触发抖动低，脉冲能量稳定性优异。支持本地触控面板、上位机远程程控、光纤/BNC外部触发；同步标记输出信号，联动示波器、高速相机、生理信号采集仪。整机高低压电气隔离，内置漏电实时监测、多重故障保护，220V市电供电，台式机箱，便于生物实验室布置与系统集成。

2. 应用场景与行业痛点

2.1 典型应用场景

纳米刀IRE/H-FIRE肿瘤消融机理研究；离体器官、组织脉冲电场消融实验；动物活体实体肿瘤消融预实验；消融电极阵列性能、打火抑制、寿命测试；脉冲参数量效关系扫描；不同电场强度下消融边界对比研究。

2.2 当前行业痛点

1. 进口纳米刀科研设备价格高昂，脉冲时序参数封闭，无法自由配置H-FIRE高频双极性序列，不利于消融机理探索；
2. 低电压脉冲源消融电场受限，难以开展大电极间距、大消融区域的对照实验；普通单极性脉冲肌肉刺激强烈，动物实验操作难度大；
3. 生物组织负载动态变化，普通脉冲源波形畸变、振荡大，电场能量不稳定，消融实验重复性差；
4. 生物实验安全防护不足，缺少漏电监测、安全舱门联锁，存在生物实验漏电安全风险；
5. 通讯接口封闭，难以自动化批量参数扫描，获取消融量效曲线效率低。

3. SHVP-B3000/IRE产品介绍

SHVP-B3000/IRE国产科研级±3kV双极性纳米刀陡脉冲源，面向脉冲电场非热消融医工研发。 ✅ 核心特点

• 双极性输出：0~±3kV幅值连续可调，支持正向、负向、正负交替脉冲串输出，有效抑制肌肉收缩效应；
• 支持H-FIRE高频脉冲序列，脉冲串、正负脉冲间隔可编程，可研究高场强下非热消融效应；
• 100Ω负载上升/下降沿＜100ns，空载前沿＜20ns，低振铃陡脉冲，适配动态生物组织负载；
• 脉冲串全参数可编程：串内脉冲对数1~100，脉宽、串内频率、串间延时独立设置；
• 自研双向全固态高速开关拓扑，无火花隙，长时间连续实验稳定性高；
• 生物科研级安全体系：过压、过流、短路、过热、漏电实时监测，外部安全门+脚踏双重联锁；
• 光纤+BNC双模式外部触发，同步标记输出，支持多设备时序联动；
• 本地触控屏操作 + 远程上位机程控双模式，支持自动参数扫描批量消融实验；
• 台式一体化结构，强制风冷散热，适配生物医学实验室环境。

4. 核心技术架构

1. 双向全固态双极性脉冲发生拓扑 采用独立正负高压储能支路与高速半导体双向开关阵列，FPGA高精度时序控制，实现正负脉冲交替输出；脉冲幅值闭环稳压，抑制生物动态负载带来的电压跌落与波动，保障组织电场稳定。
2. H-FIRE可编程脉冲时序单元 独立时序控制器，可配置串内脉冲对数、正负脉冲间隔、串间等待延时，自由构建H-FIRE高频双极性猝发脉冲，用于高低场强消融机理对照研究。
3. 生物负载自适应阻抗匹配网络 内置可调匹配网络，针对组织动态阻抗特性优化，抑制电缆反射振荡，降低电极尖端电弧打火风险，保证作用于生物组织的陡脉冲边沿稳定。
4. 光纤隔离驱动与安全监测单元 光纤隔离驱动，高低压电气隔离；内置微秒级漏电监测，检测漏电、短路故障瞬间切断高压；支持外接安全门、脚踏联锁，构建离体与活体动物实验安全防护体系。
5. 高精度时序同步单元 支持BNC、光纤外部触发输入；BNC同步标记每一个脉冲输出时刻，实现示波器、高速相机、心电采集系统时序精准对齐。

5. 详细技术规格参数

备注：指标为标准阻性负载下典型测试结果；生物组织、消融电极阵列等活体负载会改变实际脉冲波形与最大输出电流。本产品仅科研实验使用，非临床医疗设备。

6. 典型系统搭建方案

6.1 整套实验系统组成

1. SHVP-B3000/IRE 3kV双极性纳米刀脉冲源主机
2. IRE消融针电极阵列
3. 离体组织样本/动物肿瘤模型
4. 高压差分探头
5. 罗氏电流线圈
6. 高带宽数字示波器
7. 可选配套：高速相机、心电采集模块、脚踏开关、安全舱门联锁模块、组织恒温灌注系统

6.2 连接原理简述

SHVP-B3000/IRE输出可编程双极性陡脉冲施加至消融电极阵列，在组织内建立高强度脉冲电场，诱导细胞膜不可逆电穿孔，实现非热肿瘤消融；高压探头、罗氏线圈采集脉冲电压、电流波形；同步信号接入示波器与高速相机，记录脉冲波形与消融动态过程。设备支持脚踏触发与安全门联锁，适合动物活体消融实验，可批量开展不同脉冲参数下消融效果对照，研究电场强度、脉冲序列对消融区域的影响。

7. 典型波形特征与实验案例

1. 典型波形特征 纳秒级陡前沿，脉冲振荡低；支持单极性脉冲、双极性交替脉冲、H-FIRE高频脉冲串输出，正负脉冲时序精细可控，脉冲能量一致性高，双极性波形显著降低神经肌肉刺激效应。
2. 典型实验场景

• 离体器官、组织纳米刀IRE/H-FIRE消融实验；
• 细胞脉冲电场穿孔、细胞凋亡机理研究；
• 动物活体实体肿瘤高频不可逆电穿孔预实验；
• 消融电极阵列结构优化、电极打火抑制与寿命测试；
• 不同电场强度消融边界、量效关系对照实验；
• 脉冲串时序参数优化，H-FIRE与传统IRE消融效果对比。

8. 控制、接口与上位机软件

1. 本地操作：设备触控LCD屏幕，设置输出电压、脉宽、脉冲串对数、正负间隔、串间延时；支持手动单次/脉冲串触发，实时查看运行状态、告警信息。
2. 远程上位机控制：RS485通讯接口，配套Windows上位机软件；全部脉冲参数可编程，支持自动扫描实验，自动记录、导出脉冲参数日志，实现自动化批量消融实验。
3. 信号接口：BNC外部触发输入；光纤触发输入；BNC脉冲同步输出。
4. 安全联锁接口：外部安全门信号、脚踏开关信号接入；舱门打开或脚踏释放时自动闭锁高压输出。

9. 安全规范与使用注意事项

⚠️ 设备最高输出±3kV高压，用于生物医学科研实验，严格遵守高压实验室与动物实验安全规范。严禁直接接入人体开展临床治疗。

1. 设备放置于绝缘实验台，可靠保护接地；实验区域设置高压警示标识；
2. 修改接线、更换电极、更换组织样本前，必须关闭高压输出，等待充分放电确认无残压后方可操作；
3. 高压输出线缆、电极接头保持绝缘完好，避免破损，保持实验环境干燥；
4. 生物消融实验系统必须接入安全门联锁，实验舱未关闭禁止高压输出；
5. 设备出现短路、漏电、过热告警，立刻切断市电电源；
6. 操作人员必须经过高压安全与生物实验专项培训，规范开展实验。

10. 应用领域

• 高校、医工研究院所：IRE/H-FIRE纳米刀消融基础机理、细胞与组织生物学效应研究；
• 消融医疗器械研发企业：脉冲电场消融电极样机开发、离体台架、动物预实验；
• 生物脉冲功率实验室：高场强脉冲消融、脉冲与生物组织相互作用量效关系研究；
• 第三方医工检测平台：脉冲消融器械性能评估实验。

11. 产品选型与定制扩展服务

1. 标准型号 SHVP-B3000/IRE：0±3kV，H-FIRE双极性陡脉冲，脉冲串1100对，正负间隔可调；
2. 非标定制：更高电压等级、多通道同步脉冲输出、自定义复合脉冲时序、电极阵列快速切换模块、组织负载匹配网络；可定制自动化实验脚本。
3. 配套服务：出厂全性能波形测试、现场安装调试、脉冲消融实验技术培训、质保维护；协助客户完成整套脉冲电场消融实验系统方案设计。

12. 总结

SHVP-B3000/IRE 3kV双极性高性能纳米刀脉冲源，基于世纪新天自研双向全固态高速脉冲技术，面向IRE/H-FIRE不可逆电穿孔纳米刀消融科研。±3kV高输出电压可以获得更高组织电场强度，支持H-FIRE高频双极性脉冲序列，陡脉冲前沿快，正负脉冲时序灵活可调，有效降低肌肉刺激；配备完善的生物实验安全联锁、漏电监测保护，支持本地操作与上位机自动化参数扫描。

国产化科研脉冲源解决进口纳米刀设备参数封闭、采购成本高的痛点，为高场强脉冲电场肿瘤消融、细胞电穿孔、医工交叉研究提供灵活可控的双极性陡脉冲实验平台，助力国内脉冲消融医疗器械基础研究与样机开发。

附录A：术语与缩略词

IRE：Irreversible Electroporation，不可逆电穿孔 H-FIRE：High-frequency Irreversible Electroporation，高频不可逆电穿孔 ns：纳秒，时间单位 μs：微秒，时间单位 kV：千伏，电压单位 BNC：同轴信号接口

附录B：企业信息

世纪新天（苏州）大数据科技有限公司 自主品牌：世纪新天 主营：SHVP系列纳秒高压脉冲电源、特种科研脉冲源 应用方向：等离子体激励、半导体可靠性测试、生物医学脉冲实验、强电磁效应科研装备