[发明专利]一种全可调电磁场生物学效应加载装置以及电磁场加载方法

说明书

技术领域

本发明涉及种全可调电磁场生物学效应加载装置以及电磁场加载方法，属于物理学和生物学交叉学科领域。

背景技术

脉冲电磁场是一种高能非电离辐射，是由电流通过赫尔姆兹线圈所产生的具有脉冲间歇的磁场效应，其中低强度脉冲电磁场在医学领域的应用价值越来越受到广大科研工作者的重视。所谓低强度脉冲电磁场是指频率1～100Hz，强度低于100Gs的低频、低强度调制磁场。以外的研究已经发现，电磁场对机体组织具有明显的生物学效应。

电磁场在骨科领域使用最为广泛，研究证实特定设置下的电磁场可以促进骨折的愈合和骨质疏松的康复。研究证实，脉冲电磁场可以促进软骨组织代谢，刺激软骨细胞的增生和胞外基质的合成。体外实验证实脉冲电磁场可以改变软骨细胞的形态，延缓软骨细胞凋亡的发生。同时，脉冲电磁场可以通过促进内源性的TGF-β合成，有利于成软骨分化。在对贴壁培养的干细胞施加脉冲电磁场之后，可以促进小鼠胚胎干细胞向成骨细胞分化，而且脉冲电磁场和常规化学诱导剂联合应用会产生协同效应，其成骨诱导效果优于两者单独应用。在骨质疏松领域中，低频脉冲电磁场作用于骨组织，不产生热效应，而产生类似于流体机械塑形的作用，并通过不对称的宽幅脉冲影响许多异常的生物过程，进而改善骨骼、肌肉和其他系统的病理状态。实验研究已经证实，PEMFs可以提高卵巢切除大鼠的骨密度，改善松质骨骨小梁的显微结构，降低血清骨钙素。此外，脉冲电磁场还会对血液的凝血时间产生影响。研究发现，低强度脉冲电磁场可以明显延长盯和APTT，提高血液流动性。这使得电磁场的生物学效应的应用价值扩展到了心血管疾病的治疗领域。

随着对电磁场研究的深入，越来越多的学者开始进入这一领域，但是由于电磁场的生物学效应受到电磁场本身属性的影响很大，电磁场加载时间、脉冲频率、占空比、载波频率、载波通电时间、载波断电时间以及电磁场加载间隔时间等都会影响其生物学效应。研究者多使用一些特定的预设值进行电磁场效应的研究，研究结果难以比较，结果一致性较差，难以形成对电磁场生物学效应的完整认识。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种全可调电磁场生物学效应加载装置以及电磁场加载方法，其特点是在体内、体外对实验对象在指定的条件下进行电磁场加载，对加载电磁场的电磁场加载时间、脉冲频率、占空比、载波频率、载波通电时间、载波断电时间，电磁场加载间隔时间以及磁场强度进行定量控制。它具有界面友好、性能稳定、操作简单的优点。

本发明所用的电磁场加载装置是全可控电磁场加载装置，用来全面研究和对比在生物安全范围内的电磁场生物学效应的不同。系统的工作原理是：根据实验的设计和要求，在显示单元直视下，通过控制单元调节各项相关参数的设定。体外实验中，将培养板参考定位装置放置于下线圈骨架的定位装置上，以确保各受试体位于相同电磁场中加载，并将磁场机构置于培养孵箱内；在体内实验中，将磁场机构固定于受试部位。按下开始按钮，控制单元控制驱动单元使磁场机构产生预设的电磁场。

发明的目的由以下技术措施实现：

该装置包括驱动电源、驱动单元、磁场机构、控制电源、控制单元和显示单元。驱动电源与驱动单元和磁场机构连接，驱动单元直接与磁场机构连接。控制电源与控制单元和显示单元连接，控制单元与驱动单元和显示单元连接。

磁场机构的上线圈骨架和下线圈骨架可以围绕上下级电缆插座侧的活动关节旋转，在下线圈骨架的上部有定位装置。活动关节使得不仅可以实现体外电磁场加载，也可以实现动物体内实验所需的电磁场加载。定位装置可以协助在体外实验中精确计算加载区域的磁场强度和精确放置受试体。上下线圈骨架的中心部分采用镂空设计，有利于对小动物进行体内实验时直视下固定和加载。

由控制电源为控制电路提供控制电路和显示单元直流电压。控制单元提供定时、频率、延时启动、自动工作、显示等状态控制，并生产不同频率的控制脉冲。显示单元提供系统设置参数和工作状态的信息。驱动电源为驱动单元提供动力。驱动单元根据控制单元提供的信号为磁场机构生产相应的电流。磁场机构为生物和细胞提供磁场空间。

全可调电磁场生物学效应加载装置的电磁场加载方法包括以下步骤：

(1)接通电源，根据实验需要调试各相关电磁场参数。

(2)将体外受试细胞、组织连同培养皿放置在下线圈骨架的定位装置的恰当位置；或者将磁场机构(3)固定在体内研究动物的研究部位。

(3)按下开始按钮，通过控制电路精细调控驱动电路，控制磁场单元产生所需要的电磁场，达到实验要求。