SHVP-B5000/IRE 5KV新一代纳米刀高压脉冲电源

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-B5000/IRE是世纪新天SHVP系列新一代高性能纳米刀IRE/H-FIRE科研双极性高压脉冲源，面向高场强不可逆电穿孔非热消融前沿机理研究、大消融范围离体组织实验、大型实体肿瘤动物活体消融、长间距电极阵列样机验证。设备输出0~±5kV双极性可编程陡脉冲，峰峰值可达10kV，在更大电极间距条件下构建高强度脉冲电场，实现大体积组织的非热消融，同时依托H-FIRE高频交替脉冲机制抑制肌肉收缩。整机采用新一代模块化全固态Marx高速开关与FPGA超高精度时序架构，前沿陡峭、脉冲一致性高、波形过冲可控；搭载增强型生物科研安全体系，包含电气隔离、实时漏电监测、微秒级故障切断、安全门+脚踏双重联锁，支持光纤/BNC双路外触发，适配多针消融电极阵列、离体器官灌注平台、活体动物消融系统，满足医工交叉实验室、介入器械研发企业开展高场强纳米刀消融基础研究与消融器械样机性能验证。

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；±5kV双极性陡脉冲；高场强脉冲电场；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-B5000/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-B5000/IRE台式一体化5kV双极性新一代纳米刀脉冲发生器，属于世纪新天SHVP特种脉冲产品系列，专门面向高场强IRE、H-FIRE纳米刀消融前沿科研开发。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，正负脉冲幅值、脉宽、间隔均可独立精细调节。对比3kV等级脉冲源，±5kV高输出电压可以在同等电极间距条件下获得更高组织电场强度，支持大消融区域、深部实体肿瘤消融机理研究。

输出电压0±5kV连续可调；脉冲平顶宽度200ns50μs；单串脉冲数量1~200对可编程，串内最高1MHz脉冲频率；100Ω标准阻性负载下上升/下降沿＜100ns，空载前沿低至30ns，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。整机高低压完全电气隔离，内置高速漏电监测、多重故障保护，220V市电供电，台式加强机箱，适配生物医学实验室长期连续实验。

2. 应用场景与行业痛点

2.1 典型应用场景

高场强纳米刀IRE/H-FIRE肿瘤消融机理研究；离体器官、大块组织脉冲电场消融实验；动物深部实体肿瘤活体消融预实验；长间距多针消融电极阵列性能、打火抑制、寿命测试；高场强消融边界与量效关系扫描；纳秒+微秒复合脉冲协同消融对照实验。

2.2 当前行业痛点

1. 进口高电压纳米刀科研设备价格极高，脉冲时序参数封闭，无法自由配置H-FIRE高频双极性序列，不利于高场强消融机理探索；
2. 低电压脉冲源电场强度受限，电极间距不能做大，难以开展深部、大体积组织消融对照实验；传统单极性脉冲肌肉刺激强烈，动物实验操作难度大；
3. 高电压工况下，生物组织动态阻抗变化极易造成波形畸变、振荡与电极打火，电场能量不稳定，消融实验重复性差；
4. 高压生物实验安全防护薄弱，缺少高速漏电监测、安全舱门联锁，存在高压漏电安全风险；
5. 通讯接口封闭，无法自动化批量参数扫描，获取高场强消融量效曲线效率低。

3. SHVP-B5000/IRE产品介绍

SHVP-B5000/IRE国产科研级±5kV新一代双极性纳米刀陡脉冲源，面向高场强脉冲电场非热消融医工研发。 ✅ 核心特点

• 双极性输出：0~±5kV幅值连续可调，峰峰值最高10kV；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、正负脉冲不对称参数可编程，开展高场强非热消融机理研究；
• 100Ω负载上升/下降沿＜100ns，空载前沿＜30ns，波形低振铃低过冲，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1~200，脉宽、串内频率、串间延时独立设置，支持不对称正负脉冲输出；
• 新一代模块化双向全固态Marx高速开关拓扑，无火花隙，高压工况长时间连续实验稳定性高；
• 增强型生物科研安全体系：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；
• 台式加强一体化结构，大功率强制风冷散热，适配生物医学实验室长期连续测试。

4. 核心技术架构

1. 模块化双向全固态Marx双极性脉冲发生拓扑 采用独立正负高压储能支路与第三代半导体双向高速开关阵列，FPGA高精度时序控制，实现正负脉冲交替输出，支持正负不对称脉冲配置；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 独立高精度时序控制器，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，支持纳秒+微秒复合脉冲序列，用于高低场强消融机理对照研究。
3. 高压生物负载自适应阻抗匹配网络 内置高压可调匹配网络，针对组织动态阻抗特性优化，抑制长电缆信号反射振荡，降低高电压下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. 光纤隔离驱动与增强型安全监测单元 光纤隔离驱动，高低压回路完全电气隔离；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-B5000/IRE 5kV新一代纳米刀高压脉冲源主机
2. IRE多针消融电极阵列
3. 离体器官/大块组织样本、动物深部实体肿瘤模型
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-B5000/IRE输出可编程双极性陡脉冲施加至多针消融电极阵列，在组织内建立高强度脉冲电场，诱导细胞膜不可逆电穿孔，实现大体积组织非热肿瘤消融；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，适合大型动物活体消融实验，可批量开展不同脉冲参数下消融效果对照，研究高场强、长电极间距条件下电场分布与消融边界规律。

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，过冲可控；支持单极性脉冲、对称/不对称双极性交替脉冲、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、大块组织高场强IRE/H-FIRE消融实验；
• 细胞脉冲电场穿孔、高场强下细胞凋亡机理研究；
• 大型动物深部实体肿瘤高频不可逆电穿孔活体预实验；
• 长间距多针消融电极阵列结构优化、高压电极打火抑制与寿命测试；
• 高场强消融边界、脉冲参数量效关系对照实验；
• 纳秒+微秒复合脉冲协同消融效果研究，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，支持正负不对称脉冲参数独立配置；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±5kV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. 高压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：高场强IRE/H-FIRE纳米刀消融基础机理、细胞与大块组织生物学效应研究；
• 消融医疗器械研发企业：脉冲电场消融多针电极样机开发、离体台架、大型动物预实验；
• 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：高压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-B5000/IRE：0±5kV，H-FIRE双极性陡脉冲，脉冲串1200对，支持正负不对称脉冲，正负间隔可调；
2. 非标定制：更高电压等级、双通道同步脉冲输出、自定义复合脉冲时序、多电极阵列快速切换模块、高压组织负载匹配网络；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；协助客户完成整套高场强脉冲电场消融实验系统方案设计。

12. 总结

SHVP-B5000/IRE 5kV新一代纳米刀高压脉冲电源，基于世纪新天自研模块化双向全固态Marx高速脉冲技术，面向高场强IRE/H-FIRE不可逆电穿孔纳米刀消融前沿科研。±5kV高输出电压可以构建高强度组织电场，支持长电极间距、大体积组织消融研究，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；配备增强型生物实验安全联锁、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高电压纳米刀设备参数封闭、采购成本高昂的痛点，为高场强脉冲电场肿瘤消融、细胞电穿孔、医工交叉前沿研究提供灵活可控的高压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