SHVP-B10K/IRE 10KV 科研级双极性方波脉冲电源

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-B10K/IRE是世纪新天SHVP系列超高场强科研级双极性方波脉冲源，面向前沿IRE/H-FIRE不可逆电穿孔、纳秒脉冲生物效应、大体积深部组织消融机理研究。设备输出0~±10kV双极性可编程方波脉冲，峰峰值最高20kV，可在超大电极间距下构建超高脉冲电场，用于深部大块离体组织、大型动物实体肿瘤消融探索。整机采用多级模块化全固态Marx高速开关架构，FPGA超高精度时序控制，输出规整方波，平顶稳定、过冲与振铃严格受控；搭载高压生物实验专用全套安全防护体系，包含光纤隔离驱动、实时漏电监测、微秒级故障快速切断、安全门+脚踏双重联锁，支持光纤/BNC双路外触发，适配多针长间距消融电极阵列、离体器官灌注平台、大型动物活体消融系统，满足顶尖医工研究院、医疗器械企业开展超高场强纳米刀消融前沿基础研究与高压消融样机验证。

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：IRE不可逆电穿孔；H-FIRE高频不可逆电穿孔；±10kV双极性方波脉冲；超高场强脉冲电场；纳米刀；可编程脉冲串；全固态Marx

目录

1. 概述
2. 应用场景与行业痛点
3. SHVP-B10K/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-B10K/IRE机架式一体化10kV科研级双极性方波脉冲发生器，属于世纪新天SHVP特种脉冲产品系列，专门面向超高场强IRE、H-FIRE纳米刀消融前沿科研开发。设备支持正向单脉冲、负向单脉冲、对称/不对称正负交替双极性方波脉冲串，脉冲幅值、脉宽、正负间隔、串间延时全部独立精细可调。相比±5kV脉冲源，±10kV超高电压可以在同等电极间距获得成倍提升的组织电场强度，支持超大消融区域、深部实体组织消融机理探索。

输出电压0±10kV连续可调；脉冲平顶宽度100ns50μs；单串脉冲数量1~300对可编程，串内最高500kHz脉冲频率；100Ω标准阻性负载下上升/下降沿＜100ns，空载前沿低至50ns，输出波形为规整方波，脉冲平顶压降小，触发抖动极低，脉冲能量一致性优异。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。整机高低压完全光纤电气隔离，内置高速漏电监测、多重故障保护，220V市电供电，标准19英寸机架机箱，适合高压生物实验室长期连续实验与系统集成。

2. 应用场景与行业痛点

2.1 典型应用场景

超高场强IRE/H-FIRE肿瘤消融机理研究；大块离体器官、厚组织脉冲电场消融实验；大型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高压打火抑制、绝缘性能、寿命测试；超高场强消融边界、电场分布、脉冲参数量效关系扫描；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10kV级别IRE科研脉冲设备价格极其昂贵，脉冲时序参数封闭，无法自由配置H-FIRE高频双极性序列，超高场强消融机理研究受限；
2. 低电压脉冲源电场强度不足，无法支持长电极间距、大体积深部组织消融研究；传统单极性脉冲肌肉刺激剧烈，大型动物实验操作难度高；
3. 10kV高压工况下，生物动态负载极易造成波形畸变、振荡、电极电弧打火，电场能量不稳定，消融实验重复性差；普通脉冲源难以输出高质量方波平顶；
4. 超高电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，高压漏电击穿风险高；
5. 通讯接口封闭，难以自动化批量参数扫描，获取超高场强消融量效曲线效率低。

3. SHVP-B10K/IRE产品介绍

SHVP-B10K/IRE国产科研级±10kV双极性方波脉冲源，面向超高场强脉冲电场非热消融医工前沿研发。 ✅ 核心特点

• 双极性方波输出：0~±10kV幅值连续可调，峰峰值最高20kV；支持正向、负向、对称/不对称正负交替脉冲串输出，有效抑制肌肉收缩效应；
• 高质量方波波形，平顶稳定、低过冲低振铃，适配动态生物组织负载；支持H-FIRE高频脉冲序列，脉冲串、正负脉冲间隔、正负幅值脉宽独立可编程；
• 100Ω负载上升/下降沿＜100ns，空载前沿＜50ns，陡前沿方波输出；
• 脉冲串全参数可编程：串内脉冲对数1~300，脉宽、串内频率、串间延时独立设置，支持正负不对称脉冲输出；
• 多级模块化双向全固态Marx高速开关拓扑，无火花隙，10kV高压工况长时间连续实验稳定性高；
• 超高压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；
• 标准19英寸机架式结构，大功率强制风冷散热，适配高压生物医学实验室长期连续测试。

4. 核心技术架构

1. 多级模块化双向全固态Marx双极性方波拓扑 独立正负高压储能支路，多级Marx级联升压，第三代半导体双向高速开关阵列，FPGA高精度时序控制，实现正负交替方波脉冲输出，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，保证方波平顶稳定，组织电场精准可控。
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，用于超高场强消融机理对照研究。
3. 超高压生物负载自适应阻抗匹配网络 内置10kV级高压可调匹配网络，针对组织动态阻抗特性优化，抑制长电缆信号反射振荡，显著降低高压下电极尖端电弧打火风险，保障生物组织端加载规整方波脉冲。
4. 光纤隔离驱动与增强型安全监测单元 全光纤隔离驱动，高低压回路物理电气隔离；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，构建离体与大型动物实验高压安全防护体系。
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-B10K/IRE 10KV科研级双极性方波脉冲电源主机
2. 长间距多针IRE消融电极阵列
3. 大块离体器官组织样本、大型动物深部实体肿瘤模型
4. 高压差分探头（≥20kV耐压）
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、高压安全舱门联锁模块、组织恒温灌注系统

6.2 连接原理简述

SHVP-B10K/IRE输出可编程双极性方波脉冲施加至长间距多针消融电极阵列，在组织内建立超高强度脉冲电场，诱导细胞膜不可逆电穿孔，实现大体积深部组织非热消融；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，记录方波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，研究超高场强、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 规整矩形方波，纳秒级陡前沿，脉冲平顶压降小、振荡低、过冲可控；支持单极性脉冲、对称/不对称双极性交替方波、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

• 大块离体器官、厚组织超高场强IRE/H-FIRE消融实验；
• 细胞脉冲电场穿孔、超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绝缘、高压打火抑制与寿命测试；
• 超高场强消融边界、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±10kV超高压，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. 设备放置于专用绝缘高压实验台，可靠保护接地；实验区域设置高压警示标识，配备高压防护隔离；
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、电极接头必须选用10kV及以上耐压配件，保持绝缘完好，避免破损，实验环境保持干燥；
4. 超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+生物实验专项培训，佩戴高压防护用品，规范开展实验。

10. 应用领域

• 高校、顶尖医工研究院所：超高场强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：脉冲电场消融长间距多针电极样机开发、离体台架、大型动物预实验；
• 生物脉冲功率实验室：超高场强脉冲消融、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：超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-B10K/IRE：0±10kV，H-FIRE双极性方波脉冲，脉冲串1300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、超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、高压脉冲消融实验技术培训、质保维护；协助客户完成整套超高场强脉冲电场消融实验系统方案设计。

12. 总结

SHVP-B10K/IRE 10KV科研级双极性方波脉冲电源，基于世纪新天自研多级模块化双向全固态Marx高压脉冲技术，面向超高场强IRE/H-FIRE不可逆电穿孔纳米刀消融前沿科研。±10kV超高输出电压可以构建超高组织电场，支持长电极间距、大体积深部组织消融研究，输出高质量双极性方波脉冲，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；配备增强型超高压生物实验安全联锁、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10kV级别纳米刀设备参数封闭、采购成本高昂的痛点，为超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方波脉冲实验平台，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 Marx：马克思脉冲发生电路

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