靜電 電暈的基本原理
及其在生物加工中的應(yīng)用
目 錄
一、前言-----------------------------------------------------------------------------------------------------1
二、靜電的幾個基本概念--------------------------------------------------------------------------------1
2.1電荷、電量與庫侖定律-------------------------------------------------------------------------1
2.2電場與電場強(qiáng)度----------------------------------------------------------------------------------2
2.3電位與電位差-------------------------------------------------------------------------------------2
2.4靜電電容-------------------------------------------------------------------------------------------3
2.5靜電感應(yīng)與電介質(zhì)的極化----------------------------------------------------------------------3
2.6極性分子與非極性分子的極化----------------------------------------------------------------3
2.7非均勻電場與梯度力----------------------------------------------------------------------------4
2.8靜電力引起的附著與凝聚----------------------------------------------------------------------4
三、靜電電暈及其物理過程------------------------------------------------------------------------------5
3.1靜電電暈--------------------------------------------------------------------------------------------5
3.2靜電電暈的物理過程-----------------------------------------------------------------------------5
四、低溫等離子體------------------------------------------------------------------------------------------6
五、靜電場致化學(xué)反應(yīng)------------------------------------------------------------------------------------7
5.1電暈、低溫等離子體誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)--------------------------------------------------------7
5.2在溶液中靜電誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)-----------------------------------------------------------------7
5.3靜電在酒及食醋陳釀過程中引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)-----------------------------------------------8
六、靜電場的生物學(xué)效應(yīng)----------------------------------------------------------------------------------8
七、靜電、電暈在生物加工中的應(yīng)用-------------------------------------------------------------------9
7.1中藥材在空氣條件下的高壓靜電滅菌---------------------------------------------------------9
7.2電暈、低溫等離子體對生物物質(zhì)與生物材料的活化與改性-----------------------------10
7.3柵控電暈下制作駐極體在生物與醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用--------------------------------------------12
7.4靜電場在組織培養(yǎng)中的應(yīng)用--------------------------------------------------------------------14
7.5細(xì)胞的靜電操作與分離--------------------------------------------------------------------------15
7.6靜電誘導(dǎo)細(xì)胞融合及遺傳基因的導(dǎo)入--------------------------------------------------------15
靜電 電暈的基本原理及其在生物加工中的應(yīng)用
一、前言
靜電 電暈技術(shù)在環(huán)保除塵、脫硫、輕化工中的植絨、噴涂、提高纖維的的上染率，在
材料工程中對細(xì)微結(jié)構(gòu)的修飾與改性以及在電信、軍工中防靜電災(zāi)害等方面已獲得了廣泛應(yīng)用。近年來，靜電 電暈在促進(jìn)種子萌發(fā)、幼苗及作物的生長、促進(jìn)（或抑制）酶的活性、食品保鮮、白酒與食醋的陳化、細(xì)胞分離、融合以及基因?qū)氲壬锘瘜W(xué)與生物加工中也開展了廣泛研究，并且在許多方面也開始獲得了應(yīng)用。
由于靜電 電暈技術(shù)具有低溫、常壓、無毒，運(yùn)行成本低廉、易操作等特點(diǎn)，具有高度的可控性和有效性，所以這一技術(shù)越來越受到科技與工和界的重視。面對現(xiàn)代分子生物學(xué)、遺傳工程的發(fā)展以及我國中醫(yī)藥的現(xiàn)代化，對靜電 電暈在這些方面的研究與應(yīng)用也展現(xiàn)了非常樂觀的前景。但是只有深入掌握靜電 電暈的基本原理，對其在生化中作用的機(jī)制有深刻的理解，才能使靜電 電暈技術(shù)在生化與生物加工等方面的應(yīng)用中能更好地發(fā)揮作用。
現(xiàn)將有關(guān)的基本概念與原理作一簡單介紹。
二、靜電的幾個基本概念
2.1電荷、電量與庫侖定律
人們最早將摩擦帶電并吸引細(xì)小物體等電現(xiàn)象的根源性實(shí)體稱之為電荷，并且一切電現(xiàn)
象都是由電荷的存在和運(yùn)動產(chǎn)生的。電荷這個概念，實(shí)際上包含著電量的意思。電量可以由電荷與電荷間的相互作用，即兩個電荷的引力或斥力的大小來決定。這種力的大小，在真空中可以由所謂的庫侖定律來決定：
F=K
其中F為靜電力大小，單位：牛頓；r為兩個點(diǎn)電荷間的距離，單位：米；q1、q2為兩個點(diǎn)電荷的電量，單位：庫侖。若采用m.Kg.s的國際單位制，（2.1）式中的常數(shù)K=1/4πε0，ε0為真空的介電常數(shù)，并且有ε0=8.854×10-12庫侖2牛頓
當(dāng)電荷處于非真空的均勻物質(zhì)中，則靜電力為
F=
其中εs是均勻物質(zhì)的相對介電常數(shù)。
2.2電場與電場強(qiáng)度
通常將電荷周圍有電力作用的空間稱之為電場。將單位正電荷置于電場中某一點(diǎn)時，所受力的大小稱為該點(diǎn)的電場強(qiáng)度，這個力的方向就是電場強(qiáng)度的方向。由（2.2）式可知，在真空中與電量為q的點(diǎn)電荷相距為r處的電場強(qiáng)度E為：
E=
將具有任意電量q'的帶電體置于上述電場中，作用于此帶電體上的靜電力（庫侖力）為：
F= q'E (2.4)
當(dāng)空間存在很多的點(diǎn)電荷時，電場強(qiáng)度可由各個電場矢量的合矢量求得。
可以想象在電場中存在這樣的曲線，這些曲線上任一點(diǎn)的切線方向都和該點(diǎn)的電場方
向一致，這種曲線稱為電力線，該電場的方向叫做電力線方向。電力線一定是從正電荷出發(fā)終止于負(fù)電荷，電力線決不能交叉。
2.3 電位與電位差
使單位正電荷從一個基準(zhǔn)點(diǎn)到另外某一點(diǎn)，逆著電場而移動時，外部必須作的功就是該點(diǎn)的電位。由（2.4）式可得：
W=-
q O
此值給出了A、B兩點(diǎn)的電位差。電位與電位差的單位為伏特（V）。由（2.5）或（2.6）式可知，電場強(qiáng)度的單位可記為：伏特/米（V/m）。
如果移動的不是單位正電荷而是移動的電量為Q，并且是在有電位差為V的兩點(diǎn)間逆著電場而移動，則此時外界所作的功為：
W=Q·V （2.7）
在國際單位中，當(dāng)移動1庫侖的電荷，電位差為1伏特，外界所作的功正好是1焦耳。
2.4 靜電電容
使絕緣導(dǎo)體帶電，該導(dǎo)體就具有電位。此時，如果導(dǎo)體和其周圍的情況不變，則導(dǎo)體的電荷和其電位之間就有某種固定關(guān)系。事實(shí)上，電荷與電位的比值經(jīng)常是一定的，并且這個比值表示該絕緣導(dǎo)體的蓄電能力，稱這一比值為絕緣導(dǎo)體的靜電電容，記為：
C=Q/V （2.8）
如果是兩個絕緣導(dǎo)體，分別給予+Q、-Q電荷，若在它們之間能夠獲得電位差V，則兩個絕緣導(dǎo)體之間的電容仍由（2.8）式給出。
靜電電容的國際單位為法拉，1法拉是1庫侖電荷引起1伏特的電位差的靜電電容。
2.5靜電感應(yīng)及電介質(zhì)的極化
靜電感應(yīng) 當(dāng)不帶電的導(dǎo)體靠近帶電體時，則導(dǎo)體表面上帶有電荷稱為靜電感應(yīng)帶電，但導(dǎo)體表面上的電荷異號等量，其中與帶電體靠近一側(cè)所帶電荷與帶電體的電荷異號，遠(yuǎn)離一側(cè)所帶電荷與帶電體的電荷相同。
電介質(zhì)的極化 電介質(zhì)就是絕緣介質(zhì)，即不導(dǎo)電的物質(zhì)。在靜電場中，電介質(zhì)兩面出現(xiàn)正負(fù)電荷，稱之為電介質(zhì)的極化，出現(xiàn)的電荷稱之為極化電荷。雖然電介質(zhì)上的極化電荷與導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷一樣，都使外電場的電場強(qiáng)度減弱，但是感應(yīng)電荷是重新分布的結(jié)果，而極化電荷是束縛電荷的微小位移所造成的。
2.6極性分子與非極性分子的極化
當(dāng)外電場不存在時，中性分子的正負(fù)電荷的“重心”是重合的，這類分子叫做非極性分子；若正負(fù)電荷“重心”不重合，則叫做極性分子，亦稱偶極子。正負(fù)電荷之間的距離（亦稱之鍵長或兩原子核之間距離）d與電荷q之積稱為電矩或偶極矩：
該矢量方向由負(fù)電荷指向正電荷。
H2、N2、CCI4等分子是非極性分子，在沒有電場時，整個分子沒有電矩，或P=0。如加上外電場，在電場力作用下，每一分子的正負(fù)電荷“重心”錯開，形成了一電偶極子，分子電偶極矩的方向沿外電場方向。這種在外電場作用下產(chǎn)生的電偶極矩稱為感生極矩。非極性分子在外電場作用下形成電偶極子，稱之為非極性分子的位移極化。
對于有一定極性的極性分子，在沒有外電場時，雖然每一分子都具有固定的電矩，但是由于分子不規(guī)則的熱運(yùn)動，則所有分子的固有電矩的矢量和為零（ΣP i=0）。若加上外電
場，則每個分子的電矩Pi都受到外電場的力矩的作用，盡管還存在分子的熱運(yùn)動，但畢竟使分子電矩方向都有轉(zhuǎn)向外電場的趨向，從而使ΣPi≠0，這就是極性分子在外電場作用下的取向極化，于是在垂直于電場方向的兩個端面上，便產(chǎn)生了末被抵消的束縛電荷。因此，可以說電介質(zhì)的極化機(jī)制是極性分子的取向極化與非極性分子的位移極化。
2.7 非均勻電場與梯度力
物體在均勻電場作用下，極化力表現(xiàn)為回轉(zhuǎn)力矩，如圖2.2所示。設(shè)外電場為E，極化
電荷產(chǎn)生的偶極矩為P，則極化力矩T為： +Q
-Q
當(dāng)物體在
P w
庫侖力引起的附著與凝聚 圖2-3
進(jìn)一步分析表明，粒子越細(xì)微，且粒子間距增大（即粒子濃度減少）
時，粒子間接近速度下降。為了提高凝聚速度，可以使流動形式劇烈的渦動，
利用交變電場或用超聲波輻射來制造使粒子有充分接近的機(jī)會。此外，當(dāng)粒 圖2-4
子的半徑相差懸殊時，即γ=
對于同極性粒子則因庫侖力排斥而分散。粒子越靠近，則斥力迅速增大，從而阻止了
浮游粒子間的碰撞凝聚，起到穩(wěn)定地保持分散相的作用，并且能使凝聚較松散的粒子分裂為基元粒子，在空間均勻地彌散，這稱為靜電分散。然而實(shí)際上同極性的帶電粒子不是安定的分散相，因?yàn)榕c其自身空間電荷電場的相互作用，它得持續(xù)膨脹，達(dá)到分散空間的邊界壁而附著、堆積。
梯度力引起的附著
當(dāng)帶電體或者外加電壓的電極與其周圍形成顯著的非均勻電場時，即使輕小物體不帶電，它們也會因梯度力而被吸引向電場強(qiáng)的方向，附著于該帶電體或電極的表面而堆積起來。利用梯度力和梯度力引起的附著，可以捕集分散于液體中的懸濁粒子，也可以作為分離微生物、分離細(xì)胞的手段。
三、靜電電暈及其物理過程
3.1 靜電電暈
當(dāng)靜電場的導(dǎo)體電極上有曲率較大的尖端而又遠(yuǎn)離其它導(dǎo)體時，由于尖端附近的電場較
強(qiáng)，使氣體電離，引起氣體導(dǎo)電并發(fā)光，其周圍往往隱隱地籠罩一層光暈，稱為電暈或電暈層，尖端放電稱之電暈放電。例如在針對平板電極，或線對平板（或圓筒）電極系統(tǒng)中，從針電極或線電極發(fā)生的放電就是典型的電暈放電。發(fā)生這種放電時，在針電極或線電極附近的空氣將發(fā)生電離。產(chǎn)生大量離子，這些離子在電場作用下向?qū)ο螂姌O運(yùn)動。
3.2靜電電暈的物理過程
靜電電暈的發(fā)生必須借助于外電場，才能使空氣中的電子先被加速到很高的速度，并
且有相當(dāng)大的動能。當(dāng)這些高速電子撞擊到中性氣體分子時，就能將其外層電子釋放出來，從而產(chǎn)生更多的電子與正離子。產(chǎn)生電子與正離子的這種雪崩過程，主要受氣體的電離電位和放電極附近的電場強(qiáng)度所支配。為了引發(fā)電暈電子，必須具有足夠的能量，使之在碰撞時能從原子或分子中釋放出電子。此能量將隨氣體的種類而異，一般電離電位在10 ~ 25伏特
之間，例如氫、氮、氧分別為15.4伏、15.5伏、12.2伏。在常溫常壓條件下，極間的電子濃度約為106~108個/cm3。
皮克（Peek）對起暈電場強(qiáng)度進(jìn)行了廣泛的研究，并得出了空氣中起暈電場強(qiáng)度的半經(jīng)驗(yàn)公式為：
Ec=3×
式中a為電暈線半徑（米）；m為極線粗糙系數(shù)，δ為相對空氣密度=（T0/T）（P/P0）；Ec為起暈電場強(qiáng)度（伏/米）；P為空氣壓力（大氣壓）；T為空氣溫度（K）；T0=298K；P0=1大氣壓。
對于線管式結(jié)構(gòu)電暈系統(tǒng)，從電暈線起到圓管電極內(nèi)表面上，對上式進(jìn)行積分，可以
得出起暈電壓值為：
Vc=3×106am(δ+3.0
式中b為圓管電極半徑（米）。
（3.2）式表明，起暈電壓隨極線半徑的增加而增加。當(dāng)極線直徑減少時，靠近它表面的電場強(qiáng)度相應(yīng)增加。極線直徑非常大時，（3.2）式第二項(xiàng)可以忽略，由此可以計算出，在大氣壓和常溫空氣中，當(dāng)m值取0.5~0.9時，粗大而光滑的極線起暈電場均為3萬伏/厘米，而一般較細(xì)極線或極線為芒刺形時，其起暈場強(qiáng)約為2萬伏/厘米，所以靜電電暈技術(shù)常稱之為高壓靜電技術(shù)。
四、低溫等離子體
在輝光放電、弧光放電中，氣體處于高度電離狀態(tài)，并且其中正離子和負(fù)離子形成的空
間電荷密度大體相等，使得某空間的氣體呈電中性。1929年朗繆爾給處于這種狀態(tài)的物質(zhì)取名為“Plasma”，中文譯為等離子體或等離子區(qū)。等離子體遠(yuǎn)不是放電管中所特有的，實(shí)際上，它廣泛存在于自然界的其它領(lǐng)域之中，如火焰、雷電、核武器爆炸中都會形成等離子體，地球大氣上層的電離層也是等離子體，至于地球以外宇宙中，等離子體更是物質(zhì)存在的主要形式。
由靜電電暈技術(shù)也可產(chǎn)生等離子體。當(dāng)電暈線上加上微秒級高壓脈沖時，可產(chǎn)生比普通
電暈放電更加強(qiáng)烈的放電過程，將其稱為脈沖流柱電暈放電，簡稱為流柱放電，在放電空間產(chǎn)生5~20ev的高能電子，這些高能電子與空氣中的氣體分子、粒子相互之間發(fā)生非彈性碰撞，經(jīng)過電離、激發(fā)、分解過程產(chǎn)生新的電子、正離子、負(fù)離子、激發(fā)態(tài)粒子、亞穩(wěn)態(tài)粒子和光子等，即得到等離子體。其中電子、正負(fù)離子、亞穩(wěn)態(tài)粒子和光子的能量分別為0~20、
0 ~ 2、0 ~ 20和3 ~ 40ev。空間中電子的濃度為10 10 ~10 12個/cm3，離子的濃度為5×107個/cm3。流柱的發(fā)展速度（亦稱流柱頭速度）約為5×10 7 ~ 4×10
通過靜電電暈產(chǎn)生低溫等離子體的關(guān)鍵設(shè)備是高壓脈沖電源。它可以利用直流高壓電壓、球形間隙及脈沖形成電容、電阻等元件所組成，可產(chǎn)生微秒級的高壓脈沖。直流高壓40~60KV，脈沖幅值為40~100KV，脈沖周期為100μs，脈沖寬度為10μs。
五、靜電場致化學(xué)反應(yīng)
5.1 電暈、低溫等離子體誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)
經(jīng)電暈或低溫等離子體處理的聚合物或生物材料，由于電暈或低溫等離子體區(qū)域內(nèi)，有
高速粒子流，粒子的能量一般在幾到幾十電子伏特，而生物大分子或聚合物的典型化學(xué)鍵能也恰好在這個范圍內(nèi)，因此當(dāng)電暈或低溫等離子體中的粒子轟擊高分子聚合物的表面時，就會將其自身的能量傳遞給高分子的表面，誘發(fā)表面化學(xué)鍵斷裂、發(fā)生降解、產(chǎn)生自由基，從而引發(fā)一系列化學(xué)反應(yīng)。例如塑料的降解、改性以及對羊毛纖維鱗片的剝離、刻蝕等。
當(dāng)電暈或低溫等離子體在放電過程中，電火花使部分氧電離生成臭氧。臭氧是強(qiáng)氧化
劑，可使高分子表面生成臭氧化物，臭氧化物可分解生成羰基化合物、過氧化物及烯烴等，臭氧又與烯烴再生成環(huán)狀結(jié)構(gòu)的臭氧化物等。
電暈或低溫等離子體引起高分子表面氧化同時還可引入極化基團(tuán)，從而起到化學(xué)修飾
的作用。電暈放電處理某些聚合物時，由于可在表面產(chǎn)生氫鍵，進(jìn)而可產(chǎn)生能烯醇化的羰基。
例如：
H H O2 OH H O• H
5.2在溶液中靜電誘發(fā)的化學(xué)反應(yīng)
溶液在高壓靜電作用下，靜電場向溶液分子提供能量，使溶液中極性分子進(jìn)一步極化，氫鍵斷裂再聚合提高了締合度、降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，從而誘導(dǎo)化學(xué)反映的發(fā)生或促進(jìn)了化學(xué)反應(yīng)。具體表現(xiàn)為：
1) 高壓靜電改變了水的物化性質(zhì)，這主要表現(xiàn)為水的密度、PH、表面張力、導(dǎo)電率
及介電常數(shù)等的變化；
2) 高壓靜電對極性分子的作用，水溶液中的極性分子趨于沿電場方向定向排列，進(jìn)一
步極化，使偶極矩增大，部分分子間的締合作用受到破壞而重新組合，形成更大、更穩(wěn)定的締合群；
3) 高壓靜電對離子及帶電顆粒的作用。由于庫侖力和洛倫茲力的作用，靜電場可影響
水中帶電離子的膠體顆粒，從而影響它們的成核與凝聚，影響水中雜質(zhì)的結(jié)晶狀態(tài)；
4) 活性氧自由基的作用。高壓靜電使溶液中產(chǎn)生活性氧自由基，包括超氧陰離子自由
基O2ˉ、羥基自由基•OH、過氧化氫H2O2等，使高壓靜電處理的水具有抑菌或殺菌作用，同時強(qiáng)化了水中二價鐵離子的作用，使其具有良好防垢、除垢能力。
5.3 靜電在酒及食醋陳釀過程中引發(fā)的化學(xué)反應(yīng)
高壓靜電場在酒及食醋陳釀過程中可引發(fā)
氧化反應(yīng) RCH2OH －→ RCHO+H2O RCHO －→ RCOOH
酯化反應(yīng) RCOOH+R’OH －→ RCOOR’+ H2O
縮合反應(yīng) 2R’OH+RCHO －→ RCH（OR’）+ H2O
可見，利用高壓靜電，可使雜醇、醛等最后形成酯，可使辛辣、刺口的酒及食醋增加香
氣，同時由于極化，形成醇、水新的締合而使酒及食醋變得綿軟。
六、靜電場的生物學(xué)效應(yīng)
靜電生物學(xué)效應(yīng)涉及組織培養(yǎng)、種子萌發(fā)、幼苗生長、作物產(chǎn)量、果蔬保鮮、微生物發(fā)酵、食品消毒等。靜電場引發(fā)的生物學(xué)效應(yīng)的機(jī)制與膜系統(tǒng)、酶系統(tǒng)、自由基、染色體、細(xì)胞分裂、無機(jī)離子、光合作用、呼吸代謝以及生理結(jié)構(gòu)等相關(guān)。
靜電場的生物學(xué)效應(yīng)除上述因素相關(guān)外，作為生物體的細(xì)胞行為，則是靜電場引起了細(xì)胞的極化，改變了細(xì)胞表面電荷的分布，從而引起Ca2+ 和激素分子分布的差異，導(dǎo)致了靜電場對生物整體、完整植株、器官、離體細(xì)胞、原生質(zhì)的分裂生長以及愈傷組織的形成、增殖等均有明顯的影響。例如電場強(qiáng)度在一定數(shù)值情況下，可增加膜電位、增加膜的通透性、ATP合成加快、增強(qiáng)了膜對轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的吸收能力、提高代謝水平、促進(jìn)細(xì)胞有絲分裂等。
靜電場所以有明顯的生物學(xué)效應(yīng)，是因?yàn)樯锞褪窃诰哂幸欢〝?shù)值靜電場強(qiáng)度的地球表面上起源、進(jìn)化以及長期生存的結(jié)果，它們已經(jīng)適應(yīng)了這一靜電場的環(huán)境，對于某種數(shù)值的靜電場已構(gòu)成了生物正常生存的必備條件。
外加靜電場對生物的正效應(yīng)
當(dāng)生物受到外加靜電場作用時，只有當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到一定數(shù)值時，才會引起被作用生物的正效應(yīng)，這個數(shù)值便是生物正效應(yīng)的閾值，這個數(shù)值還與處理時間有關(guān)。一般來說，被處理的時間越長，數(shù)值就較低些。高壓靜電場對生物的正效應(yīng)中一般認(rèn)為是電場給生物提供了能量、提高了酶的活性、提高了細(xì)胞膜的通透性，從而提高了生物體內(nèi)的生化反應(yīng)速率，加強(qiáng)了生物的新陳代謝等。
外加靜電場對生物的負(fù)效應(yīng)
一定強(qiáng)度的外加靜電場能夠抑制或殺死微生物，如金黃葡萄球菌在空氣中的存活率隨電壓升高而下降，電壓＞15KV，存活率開始下降；電壓達(dá)到25KV，存活率迅速下降；電壓達(dá)到35KV，存活率為零。同樣，一定強(qiáng)度的靜電場可以抑制植物的呼吸強(qiáng)度和新陳代謝，降低酶的活性，此時對果蔬進(jìn)行處理可大大延長保藏期。靜電場對生物的負(fù)效應(yīng)對生物本身可能有不利的一面，但人們正是利用這一負(fù)效應(yīng)進(jìn)行消毒、滅菌以及對果蔬或其它食品進(jìn)行保鮮。
七、靜電、電暈在生物加工中的應(yīng)用
我國在七十年代末、八十年代初在中子高壓電源基礎(chǔ)上研制并生產(chǎn)了小型、實(shí)用的高壓靜電源，這為我國靜電研究與應(yīng)用起到非常重要的推動作用。
八十年代初，我國就開始利用靜電電暈技術(shù)在火電廠、水泥廠等高粉塵作業(yè)環(huán)境中進(jìn)行靜電除塵，九十年代在靜電除塵的基礎(chǔ)了又開展了靜電脫硫等研究與應(yīng)用。可以說，靜電電暈技術(shù)對我國環(huán)保事業(yè)做出了很大貢獻(xiàn)。此外，八十年代我國在靜電噴涂、靜電植絨、織物、纖維的改性、油的凈化、細(xì)微粒子的分離、防止靜電災(zāi)害以及空氣負(fù)離子發(fā)生器在臨床中的應(yīng)用等諸多方面也都開展了廣泛的研究與應(yīng)用。
應(yīng)值得提出的是，在我國靜電研究與應(yīng)用的初期，就已經(jīng)在生化及生物加工領(lǐng)域中開展了許多工作，其中高壓靜電場促進(jìn)種子萌發(fā)、幼苗生長、作物的增產(chǎn)；高壓靜電對蔬菜、水果以及其它食品的保鮮；高壓靜電對白酒、食醋的陳化等方面均收到明顯的效果并對其機(jī)理開展了研究。下面僅對生化與生物加工領(lǐng)域中的其它應(yīng)用做如下簡單介紹。
7.1電暈、低溫等離子體對生物物質(zhì)與生物材料的活化與改性
這里將生物材料特指為離體的生物物質(zhì)。
所謂活性，通常意義下是指物質(zhì)參與化學(xué)反應(yīng)有較低的反應(yīng)活化能，即有較高的反應(yīng)速
率或較高的轉(zhuǎn)化效率。所謂生物材料的活化，通常是指人為地利用物理、化學(xué)以及其它技術(shù)手段來提高或改變生物物質(zhì)及生物材料的活性的方法及工藝。
生物物質(zhì)（材料）的活性是很復(fù)雜的問題，并且有著不同的含義，下面僅作簡略的說明。
第一種生物物質(zhì)的活性是指作為原生命體一部分的物質(zhì)的活性，所以可稱之為原生活性。這種活性在機(jī)體的一系列生命活動過程中，以最低的反應(yīng)能耗，最大的反應(yīng)速率完成相應(yīng)的生化反應(yīng)，使機(jī)體從局部到整體都具有高度的專一性、高度的協(xié)調(diào)性與合目的性，即高度的有序性。這種活性與有序性是由機(jī)體中的蛋白質(zhì)、酶、糖聚體、核酸等生物大分子與不同的金屬（或類金屬）離子配位結(jié)合，組成復(fù)雜、穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)出的特殊功能。這種活性是生命體在正常生理狀態(tài)下的生物物質(zhì)，在生物化學(xué)意義上的活性。
其次，生物物質(zhì)的活性是指離體后的，又作為食物或藥物而進(jìn)入人體（或其它機(jī)體）中被消化、吸收過程中所具有的活性。這種活性表現(xiàn)為這些生物材料在人體內(nèi)有很好的親合性，有較高的溶解度、較高的利用率，易于轉(zhuǎn)化為人體所需要的基本物質(zhì)成分和能量。因此，這種活性主要指在轉(zhuǎn)化時的生化反應(yīng)有較低的反應(yīng)能耗和較高的反應(yīng)速率，所以，可稱之為轉(zhuǎn)化活性。這種活性也是生命體在正常生理狀態(tài)下生化意義上的活性。這種活性與第一種物質(zhì)的原生活性相似之處在于，原生命體中具有活性的物質(zhì)，當(dāng)其作為食物或藥物等生物材料被另一機(jī)體消化、吸收時，作為原有物質(zhì)活性的成分與結(jié)構(gòu)，可以使其在另一機(jī)體中被有效地吸收、轉(zhuǎn)化，亦即表現(xiàn)出較高的轉(zhuǎn)化活性。但是，這畢竟是兩種概念下的活性。因此，原生命體中的活性物質(zhì)，有時在被另種機(jī)體消化、吸收過程中，并不一定都具有較高的轉(zhuǎn)化活性。例如有些大分子量物質(zhì)及其復(fù)雜、穩(wěn)定的高級結(jié)構(gòu)往往難以充分地進(jìn)行生化反應(yīng)，這時就表現(xiàn)為較小的轉(zhuǎn)化活性。
生物物質(zhì)第三種活性是指離體后的生物材料所具有能產(chǎn)生自發(fā)性生化反應(yīng)的活性，但尚未進(jìn)入人體的生物材料的活性。此時材料雖然具有活性物質(zhì)所具有的物質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)，但已不再參與維持生命的生化反應(yīng)，但是還有某些活性物質(zhì)在繼續(xù)發(fā)生自發(fā)的生化反應(yīng)，最典型的就是離體后，酶的自溶反應(yīng)導(dǎo)致生物物質(zhì)的水解、化學(xué)鍵的斷裂。而與此同時，又往往有微生物參與下發(fā)生的生化反應(yīng)，從而導(dǎo)致生物物質(zhì)活性下降、結(jié)構(gòu)的有序性下降，進(jìn)一步導(dǎo)致生物的腐敗和分解。
第四種含義下的生物活性是生命體的生存環(huán)境中的物理因素或化學(xué)等其它因素發(fā)生明顯變化時，使某些生物物質(zhì)的活性比正常狀態(tài)有所激發(fā)、增強(qiáng)，或降低、抑制，或被滅活。這種改變了的活性可導(dǎo)致機(jī)體的生長、發(fā)育以致遺傳特性的改變。雖然這種活性表現(xiàn)在機(jī)體所發(fā)生的生化反應(yīng)中，但是它是非正常生理狀態(tài)下的活性。人們利用物理場進(jìn)行消毒、滅菌，對某些疾病進(jìn)行治療，對某些植物種子進(jìn)行萌發(fā)、促進(jìn)生長、改變基因特性培育新品種、對果蔬、花卉進(jìn)行保鮮等等，都是通過改變機(jī)體的生存條件，進(jìn)而改變生物物質(zhì)的活性的結(jié)果。
第五種含義下的活性是指生物材料經(jīng)過加工、炮制、處理后所具有的活性。這種活性
的獲得可以是使1）大分子量的生物物質(zhì)的適當(dāng)降解；2）使原有的復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)變得相對簡單、低級；3）使其分子可接入某種活性官能團(tuán)，所謂接枝及分子修飾；4）使其穩(wěn)定的電子分布狀態(tài)變成不太穩(wěn)定或受激狀態(tài)，或改變其電學(xué)性質(zhì)（如介電常數(shù)等）；5）或者經(jīng)過水合，可獲得更多的可交換的電荷；6）與其它離子（特別是過渡金屬離子）重新配位結(jié)合形成活化中心；7）或者是因力學(xué)等作用而增大了比表面積、即增加其原子裸露面，并且使表面出現(xiàn)更多的缺陷密度、產(chǎn)生了應(yīng)變能的積累等力學(xué)弛豫而導(dǎo)致自由能增加從而提高了化學(xué)
勢、獲得持久的活化，即后活化；8）增加了親水基團(tuán)，提高了吸附、溶解、交換等能力。顯然，這種活性是物理或一般化學(xué)含義下的活性，也只有這種活性的改變與提高是可以通過人的主觀能動作用，借助于各種技術(shù)手段，根據(jù)實(shí)際需要來改變、提高生物材料的活性，其目的是為了使其在機(jī)體內(nèi)充分、有效地完成生化反應(yīng)。應(yīng)該說，對生物材料的活化，是對生物進(jìn)行加工的主要目的之一。
由于電暈、低溫等離子體可對高分子聚合物及生物材料具有斷裂、降解、剝離、刻蝕、接枝、表面化學(xué)修飾與改性等作用，所以可利用電暈、低溫等離子體對生物材料進(jìn)行活化處理，以改善生物材料的親水性、透氣性、溶解度、特別是血溶性。例如在空氣條件下對中草藥進(jìn)行處理，在不改變藥性的前提下，由于可改變其微細(xì)結(jié)構(gòu)，可使其提高浸出率和溶解度等，這已為紅外光譜及其它實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。再如對羊毛等動物纖維可在空氣或溶液中，可導(dǎo)致細(xì)微鱗片的脫落，從而可使其織物的縮水等性能得到明顯改善。
電暈、低溫等離子體技術(shù)，具有操作簡單、易行、無污染、運(yùn)行成本低廉，在很多情況下是在空氣中進(jìn)行，因此可節(jié)水、省能源，此外該技術(shù)設(shè)備投資少、效果明顯。目前國內(nèi)外利用電暈、低溫等離子體無論對合成的高分子材料的強(qiáng)度、粘合性能的改性，還是對生物材料的活化，都是在剛剛起步，因此，這一活化與改性的方法是非常值得重視和推廣的一項(xiàng)新技術(shù)。
7.2中藥材在空氣條件下的高壓靜電滅菌
暴露于空氣中的中草藥原料藥含菌量高，遠(yuǎn)不符合國家和國際藥檢的標(biāo)準(zhǔn)。目前中草藥在空氣條件下的滅菌多采用高溫高壓法、化學(xué)法、放射性照射法等。高溫高壓法滅菌易破壞中藥的有效成分、降低藥效；化學(xué)法及放射性照射法，則存在有殘毒、改變中藥成分及處理成本高等缺點(diǎn)。利用高壓靜電對中草藥在空氣條件下進(jìn)行滅菌，則有效果明顯、操作簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
高壓控制電源序源 電極系統(tǒng) 探頭 示波器 控制部分電源序源
圖7-1為高壓靜電滅菌的原理圖。待滅菌處理的中草藥放置在電極系統(tǒng)中的有機(jī)玻璃罩內(nèi)。兩極間距可調(diào)，接地電極可采用鋁板，上面的電極可采用鋼制的星形線或芒刺。其中，高壓電源可以是正、負(fù)高壓，也可以是正、負(fù)脈沖高壓，也可以是50HZ的交流高壓。
實(shí)踐表明，在直流正負(fù)高壓情況下，兩極間距為
1） 電暈放電可有效地殺滅條件致病菌。
2） 影響滅菌效果的主要因素是電場強(qiáng)度和處理時間。
3） 在電極因素中，芒刺—板電極效果最好。
4） 滅菌的機(jī)理：與臭氧可滅菌有關(guān)；與放電引起的沖擊波（機(jī)械力殺菌）有關(guān)；與電離作用、化學(xué)鍵斷裂導(dǎo)致細(xì)菌死亡有關(guān)；與放電電流破壞了細(xì)菌細(xì)胞膜的脂質(zhì)區(qū)而導(dǎo)致細(xì)菌的死亡有關(guān)。
7.3柵控電暈下制作駐極體及駐極體在生物與醫(yī)藥學(xué)中的應(yīng)用
所謂駐極體（Electret）是指能持久帶有靜電或持久保持電極化并在其內(nèi)部及周圍空間形成電場的物體。
所謂駐極是指獲得駐極體效應(yīng)的人工處理操作。
雖然1922年就發(fā)現(xiàn)了駐極體，但直到60年代制成聚合物駐極體后，駐極與駐極體的研究才受到人們的重視，駐極體的應(yīng)用才得到快速發(fā)展。
3
駐極電壓26KV，柵網(wǎng)電壓6KV，駐極時間5min，則可
以得到面電荷密度1~6×10-9法拉/cm2，
4待駐極的物體 5金屬平臺
駐極體在醫(yī)療上的應(yīng)用
二十世紀(jì)60年代，一些科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)了很多重要的生物高分子的蛋白質(zhì)、骨膠原、DNA、RNA等以及肌肉、筋、腱、血管等組織都具有駐極體效應(yīng)。
由電生理學(xué)知，在生物組織活性區(qū)域處，其電位比其它區(qū)域?yàn)樨?fù)，特別是病灶周圍或受到創(chuàng)傷的組織周圍與正常組織間有明顯的電位差，例如哺乳動物的創(chuàng)傷皮膚和正常皮膚間的電位梯度高達(dá)200mv/mm，因此，創(chuàng)傷的愈合必然與生物電介質(zhì)的電荷、電位等相關(guān)。如機(jī)體創(chuàng)傷的應(yīng)激反應(yīng)造成創(chuàng)傷組織精氨酸減少，導(dǎo)致創(chuàng)傷部位富集負(fù)電荷，所以當(dāng)機(jī)體補(bǔ)充精氨酸以至帶有正電荷的殼聚糖便可促使創(chuàng)傷愈合。大量臨床結(jié)果，外界電場也可促進(jìn)創(chuàng)傷愈合，例如利用負(fù)電極或帶有負(fù)電荷的帶電體，可使創(chuàng)傷部位的電介質(zhì)極化或使其感應(yīng)出一定的正電荷，使創(chuàng)傷部位富集的負(fù)電荷得到一定中和，從而加速創(chuàng)傷的愈合。
Inone和Fukada首先用駐極體包裹折斷的兔股骨，促進(jìn)骨痂的形成與生長等實(shí)驗(yàn)表明，只要駐極體膜保持適量的負(fù)電荷，與損傷部位緊密貼合就可治愈各種急性或慢性軟組織損傷、加速骨折愈合等。我國自83年以來，在北京、上海的臨床表明：
1） 駐極體膜對軟組織損傷等疾患有確實(shí)的治療效果；
2） 用駐極體膜進(jìn)行治療簡單、方便、適用，未發(fā)現(xiàn)任何副作用；
3） 作為治療用的駐極體膜要有足量的負(fù)電荷，其面電荷密度不低于3×10-8法拉/m2。
生物駐極體在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用
近年來對生物駐極體效應(yīng)及生物駐極體的研究越來越引起人們的關(guān)注，這不僅因?yàn)樯?/span>
駐極體及其效應(yīng)對揭示生命現(xiàn)象有著積極的意義，而且有著潛在的臨床應(yīng)用價值。
所謂生物駐極體（Bioelectret）應(yīng)是在外電場或其它外部作用下，使其具有持久保持極
化或靜電狀態(tài)的生物組織或生命物質(zhì)。所以，作為電介質(zhì)的生物物質(zhì)或組織的電生理行為，尤其是在外電場作用下的電生理行為，都可以看作是某種生物駐極體的效應(yīng)。
我國科學(xué)家利用駐極體技術(shù)對脂質(zhì)體包封的血紅蛋白及其體外流變性能進(jìn)行了研究。他們用駐極技術(shù)制備了四種不同帶電性能的脂質(zhì)包封血紅蛋白，通過熱釋電流對這四種生物駐極體進(jìn)行了測試，其中一組駐極體在體外血栓成形實(shí)驗(yàn)中，形成的血栓最小，抗聚集能力強(qiáng)。可見，利用駐極技術(shù)對脂質(zhì)體包封血紅蛋白的表面電性能進(jìn)行合理地改進(jìn)，就能改變紅細(xì)胞
及血液的流變性能，有效地抑制體外血栓成形。
由此人們會自然地想到，除血紅蛋白外，尚有許多生物組織及生命物質(zhì)具有駐極體效應(yīng)。這些組織和物質(zhì)的駐極體以及它們在生理和病理學(xué)上的意義與作用，為人們展現(xiàn)了一個十分廣闊的研究空間，有待人們?nèi)グl(fā)現(xiàn)、去探索。
駐極體對植物種子萌發(fā)及幼苗生長的影響
靜電生物效應(yīng)是目前靜電領(lǐng)域中最活躍的課題之一。近年有關(guān)靜電處理植物種子的研究取得了一系列成果，但是這些工作都是在高壓靜電裝置中通過電暈對植物種子進(jìn)行處理。
由于植物種子中的蛋白質(zhì)、酶、多糖、多核物質(zhì)以及它們與無機(jī)離子形成的配體等，都是帶有一定的電介質(zhì)，也是具有駐極體效應(yīng)的物質(zhì)，因此，外電場或其它帶電體就會通過極化、感應(yīng)而影響、改變這些物質(zhì)表面的電性能，從而可影響到種子的發(fā)育。
由人工方法制成的駐極體，在其周圍形成的靜電場能否對植物種子的萌發(fā)產(chǎn)生影響，甚至是產(chǎn)生促進(jìn)種子萌發(fā)和幼苗生長的積極效果，這是一個新穎和誘人的設(shè)想。
我們的工作是用雙拉伸聚丙烯薄膜（BOPP）在常溫、大氣壓中的柵控電暈下制成的駐極體，將其直接覆蓋在小麥種子上面處理一定時間，然后觀察小麥種子的萌發(fā)及其幼苗的生長。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)及幼苗平均株高比對照組分別提高了15.2%、18.2%、15.2%、25.5%。
雖然實(shí)驗(yàn)是初步的，但是仍可發(fā)現(xiàn)駐極體對小麥種子的萌發(fā)及幼苗的生長有明顯的影響和促進(jìn)作用。這一實(shí)驗(yàn)的重要意義在于用駐極體處理種子具有安全、方便、易行、節(jié)能、無污染、成本低、便于推廣應(yīng)用等優(yōu)點(diǎn)。這一工作展示了駐極體在農(nóng)林等方面的研究與應(yīng)用有非常廣闊的領(lǐng)域，這都有待于人們不斷地去研究、開發(fā)。
7.4靜電場在組織培養(yǎng)中的應(yīng)用
組織培養(yǎng)作為生物工程的一種基本手段，現(xiàn)在已取得快速發(fā)展，特別是將靜電技術(shù)引入到組織培養(yǎng)工作中，就會產(chǎn)生更直接、更明顯的效果。
我國科技工作者在常規(guī)組培方法誘導(dǎo)苜蓿葉片、莖段外植體產(chǎn)生的愈傷組織中，以1.5KV ~ 0.5KV/cm的高壓靜電場處理該外植體，發(fā)現(xiàn)可顯著促進(jìn)外植體愈傷組織的發(fā)展和形成，不但在誘導(dǎo)愈傷組織產(chǎn)生的時間上比對照組提前，并且在誘導(dǎo)率及形成的愈傷組織質(zhì)量上（色澤、疏松程度、生長狀況等）均比對照組提高。
在繼代培養(yǎng)中，經(jīng)過適當(dāng)?shù)膱鰪?qiáng)和場向的靜電場處理，可顯著促進(jìn)愈傷組織的分裂增殖。實(shí)驗(yàn)表明負(fù)高壓電場、場強(qiáng)較低時有明顯效果。
在將愈傷組織轉(zhuǎn)入分化培養(yǎng)基中誘導(dǎo)分化中，靜電場處理明顯促進(jìn)分化，愈傷組織形成的芽點(diǎn)多而早。此外，實(shí)驗(yàn)表明，負(fù)高壓靜電場處理使根的生長比芽的生長快，而正高壓場強(qiáng)的靜電場，則促進(jìn)分化效果不太明顯，甚至過高會使發(fā)芽率受阻或畸形，不能再生植株。
在胚狀體發(fā)生中，高場強(qiáng)的靜電場（短時間處理）對懸浮細(xì)胞系中的胚性細(xì)胞分化為體細(xì)胞胚有促進(jìn)作用。總之，靜電場對組織培養(yǎng)過程的各階段的影響是顯著的、復(fù)雜的。場向、場強(qiáng)、處理時間等因素的不同，可導(dǎo)致處理效果的不同。
7.5細(xì)胞的靜電操作與分離
對于處于混懸液中的細(xì)胞進(jìn)行靜電操作，可利用電泳法分離帶有電性的細(xì)胞或粒子，而
進(jìn)行分離。所謂介電泳是指置于非均勻電場中的中性粒
運(yùn)動。對中性粒子來說，盡管其因靜電感應(yīng)而產(chǎn)生出等 中性粒子產(chǎn)生 向電場處，產(chǎn)
量的正負(fù)電荷，但由于電場的均勻性，不能形成運(yùn)動 極化但不移動 生介電泳。
方向的合力，故其不能運(yùn)動，如圖a所示。但是在圖b的 （a） （b）
非均勻電場情況下，由于電場的非均勻性，作用于中性粒子上被感應(yīng)出的正負(fù)電荷上的作用力不相等，從而一般來說，粒子將移向電場強(qiáng)的方向。這種現(xiàn)象在交流電場中更清楚地表現(xiàn)出來。若粒子可當(dāng)作半徑為a的球，粒子以及媒質(zhì)為絕緣物，各自的相對介電常數(shù)為ε1、ε2時，介電泳力為
F=2πa3ε0ε1(
但是，該式不能用于介電泳的細(xì)胞操作，這是由于無論怎樣小心地調(diào)制細(xì)胞懸濁液，它們也不能被看作為完全的絕緣體，況且細(xì)胞本身也不是絕緣體。在這時，還必須考慮因?qū)щ婋娏饕鸬碾姾梢苿樱蚨仨毨萌缦碌年P(guān)系：
F=2πa3Re
這里Ki=εiε0-jбi/ω，бi為導(dǎo)電率，ω為外加電壓的角頻率，i=1或2，j=
介電泳可以作為引起細(xì)菌那樣小的細(xì)胞直到卵細(xì)胞那樣大所有細(xì)胞運(yùn)動的手段。
7.6靜電誘導(dǎo)細(xì)胞融合及遺傳基因的導(dǎo)入
細(xì)胞融合，作為新生物育種技術(shù)和遺傳基因操作一樣都是當(dāng)代最熱門的技術(shù)。
細(xì)胞融合程序大體分為三步驟：
1） 將用于融合的細(xì)胞（Ⅰ）（Ⅱ）分別以原生質(zhì)體混合；
2） 將原生質(zhì)體混懸在聚乙烯甘油脂PEG（約40%）和CaCl2(
質(zhì)體融合。這時原生質(zhì)彼此之間發(fā)生隨機(jī)的膜融合，細(xì)胞（Ⅰ）（Ⅱ）的融合也以一定的幾率發(fā)生。在膜融合的細(xì)胞中存在著從細(xì)胞質(zhì)融合向核融合發(fā)展的細(xì)胞，從而形成融合體（Ⅲ）；
3） 將已進(jìn)行融合操作的細(xì)胞全部散布在瓊脂培養(yǎng)中，使細(xì)胞壁再生，這時從散布細(xì)胞
中得到融合體（Ⅲ）的群體的幾率極低（僅為10-6～10-8），從而使挑選融合體的工作，一般都相當(dāng)困難。由此產(chǎn)生了開發(fā)靜電誘導(dǎo)融合新技術(shù)的想法。
將細(xì)胞內(nèi)外隔開的結(jié)構(gòu)是細(xì)胞膜。可以認(rèn)為細(xì)胞膜是具有類脂化合物偶電層的一種流動
性晶體，對微生物、動物、植物都具有共同的構(gòu)造。對植物和微生物，細(xì)胞膜的外側(cè)覆蓋著由纖維素或甲殼質(zhì)構(gòu)成的細(xì)胞壁。故在實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)先通過酶處理預(yù)先除去植物或微生物的細(xì)胞壁，這樣的裸細(xì)胞即為原生質(zhì)。由于膜分子的磷酸基、細(xì)胞的整體是帶負(fù)電的電介質(zhì)。與細(xì)胞膜中含有的蛋白質(zhì)的電位相對應(yīng)，細(xì)胞具有各種不同的表面電位（ζ）。對若干植物原生質(zhì)ζ電位測量結(jié)果，大體在-10～-30mv范圍。
靜電誘導(dǎo)細(xì)胞融合的一例如圖所示。 (a) (b) (c) (d)
大體為兩個過程，一是兩個細(xì)胞彼此之間
排列密著的細(xì)胞，二是其接點(diǎn)處的膜彼此融 —— —— —— ——
合的過程。在該例中是通過使某種細(xì)胞與癌細(xì)胞融合以取得抗原的過程。通常抗原體的增殖速度很慢，通過使其與有害的癌細(xì)胞融合，可以得到增殖速度快的抗原生產(chǎn)株，從而能大量生產(chǎn)抗原。通常利用要求特殊營養(yǎng)性的變異植株作為癌細(xì)胞。用蛋白分解酶對其和抗原生產(chǎn)細(xì)胞表面進(jìn)行處理，懸濁于非電解質(zhì)中，通過反復(fù)清洗，離心操作，使其電阻率達(dá)到介電泳所要求的104[Ω、cm]以上水平。將其置于兩條平行電極之間，加上400[V/cm]、1[MHZ]左右的高頻電壓，則因介電泳，形成上圖（a）的珠串。隨后，將電壓提高到700V/cm左右，使細(xì)胞強(qiáng)烈地密集，進(jìn)一步加上7KV/cm，50μs左右的脈沖電壓，則在細(xì)胞的接觸點(diǎn)處，細(xì)胞膜破裂、產(chǎn)生相鄰細(xì)胞的融合。上圖給出細(xì)胞融合隨時間變化的過程，由（a）→（d）大約需要2min。將這樣融合的細(xì)胞在不滿足原來癌細(xì)胞營養(yǎng)性的培養(yǎng)基上培養(yǎng)，由此即可增殖的植株中選擇出生產(chǎn)所期望的抗體的植株。
當(dāng)兩個細(xì)胞接觸時，加上電壓脈沖，膜產(chǎn)生部分擊穿，一般地，細(xì)胞膜的擊穿大約需要1V的電位差。在細(xì)胞膜自動恢復(fù)時與鄰近細(xì)胞融合，這樣，加于細(xì)胞上的生理性應(yīng)力僅局部存在于接觸點(diǎn)附近，故融合后的生存率較高。
另一個例子為煙草葉片的原生質(zhì)與蘿卜根部的原生質(zhì)等量混合在CaCl2與甘露醇溶液中，用泵導(dǎo)入到液流容器式電極內(nèi)。由于操作是在無菌環(huán)境中連續(xù)進(jìn)行，因而可在融合率、感染率、生存率上均獲得極好的效果，使雙核雜種融合原生質(zhì)的形成率約為總細(xì)胞量的10%，形成速度為1×105個/min。
實(shí)際上，細(xì)胞融合成功的例子還較少，至今還只限于生物分類上相近種類細(xì)胞之間的融合，例如將馬鈴薯細(xì)胞和番茄細(xì)胞融合為番茄馬鈴薯；葡萄酒酵母和酒精酵母細(xì)胞融合，從而釀造成二者之間味道的酒等情況。而遠(yuǎn)隔種類細(xì)胞之間的融合成功的例證幾乎沒有報告。
遺傳基因?qū)胫械撵o電技術(shù)
遺傳基因?qū)胫械膫鹘y(tǒng)技術(shù)，首先是從具有目標(biāo)遺傳基因的生物中抽出DNA，以限制酵素按一定的分子量加以粉碎，用連接酵素把DNA片斷連結(jié)在稱為質(zhì)體的媒介（DNA的搭載物）上操作雜種DNA。這是一項(xiàng)十分煩雜的技術(shù)操作，尤其是用于切斷和連結(jié)DNA的酵素的精制十分困難、價格昂貴。目前正在進(jìn)行有關(guān)利用電脈沖切斷DNA的研究。有報告說，若DNA上連續(xù)加約7KV/cm的脈沖，那么分子量就會逐漸減少。如果能控制DNA的切斷，就有可能用電脈沖來代替酵素法。
在基因?qū)爰夹g(shù)中，第二步便是將宿主微生物制成原生質(zhì)體，并在聚乙烯甘油脂（PEG）的共存下把DNA導(dǎo)入原生質(zhì)中。與細(xì)胞融合技術(shù)相類似，利用高壓靜電脈沖，開發(fā)了導(dǎo)入遺傳基因的靜電技術(shù)。它的本質(zhì)仍是利用靜電場對細(xì)胞膜的擊穿現(xiàn)象，故廣義上稱為細(xì)胞穿孔或電穿孔。細(xì)胞穿孔原理如右圖（a）（b）所示。 磷脂層
靜電場時，由于能量變換、細(xì)胞膜被壓縮，磷脂
膜將產(chǎn)生非可逆性的破壞，細(xì)胞死亡。故膜擊穿的最小電壓稱為臨界電壓。如前所述，一般來說，其臨界值與膜的種類無關(guān)，大體上在1V左右。通常膜的內(nèi)側(cè)具有負(fù)的膜電位，由于迭加上脈沖電壓，首先將從陽極一側(cè)開孔，孔的大小及數(shù)目與脈沖波形、脈沖寬度、電場強(qiáng)度有關(guān)，而其修復(fù)速度則與溫度有很大關(guān)系。遺傳基因的導(dǎo)入和細(xì)胞的電融合，本質(zhì)上是在相同的電氣條件下誘發(fā)的，因此在裝置結(jié)構(gòu)上，只要搭載有細(xì)胞融合用的交流電源，就可以用于這兩方面的目的。
遺傳基因?qū)氲囊粋€例子是將原生質(zhì)以2×105個/ml的濃度懸濁于含有100μm、MgCl2的
