Simulation of the Influence of Temperature on the Dynamic Process of Electroporation Based on Finite Element Analysis

电穿孔 焦耳加热 材料科学 电压 电场 生物物理学 化学 复合材料 电气工程 生物化学 量子力学 生物 基因 物理 工程类
作者
Zeyao Yan,Chunjing Hao,Yin Li,Kefu Liu,Jian Qiu
出处
期刊:IEEE Transactions on Plasma Science [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:49 (9): 2839-2850 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tps.2021.3100878
摘要

Pulsed electric fields (PEFs) had the potential to be a new pasteurization technology due to its advantages of energy-saving, high efficiency, and less influence on food quality based on the electroporation effect of PEF on microorganisms. At the same time, temperature played a significant role in the electroporation process. We established a two-membrane dielectric model that coupled temperature and PEF to study the influence of temperature on the dynamic process of electroporation. In this model, we considered both the effect of Joule heat on temperature generated by PEF and the effect of temperature on the conductivity of suspension, cytoplasm, nucleus, the characteristic voltage of electroporation, and molecules transport. The simulation results showed that under the higher ambient temperature, the transmembrane voltage of the cell membrane after electroporation could be stabilized at a higher value, the maximum value of membrane conductivity and pore density on the cell membrane was higher. The relationship between pore radius and temperature was simulated. What is more, temperature facilitated molecules transport, which intensified the destruction of cell homeostasis.
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