[发明专利]一种用于离体细胞的脉冲磁场装置

说明书

技术领域

本发明内容属于电磁应用技术领域，涉及一种主要用于离体细胞磁场生物效应研究的脉冲磁场发生装置。

背景技术

人类的周围环境中存在着大量自然和人为产生的电磁场，有关电磁场对人类健康的影响早已成为热点研究的内容。在对生物组织的电磁场(电场和磁场)研究中，由于人体的不同组织均为非铁磁性物质，磁场较电场在生物组织中衰减更小，磁场对生物组织的穿透深度明显优于电场，故磁场对人体影响就更为显著，对其的研究也更为重要。

细胞是生物体结构和功能的基本单位，人体的新陈代谢和在此基础上所表现的生长、发育、繁殖、遗传与变异以及一切生命活动都是在细胞内或在细胞基础上进行的。以细胞为基础，通过对细胞磁场生物效应的研究，探讨对生物整体的影响及其作用机制是磁场生物效应研究很重要的一部分内容。

现有技术公知的脉冲磁场发生装置，在设计思想与采用的技术方面都还不适于对离体细胞的磁场生物效应的研究和应用，其存在的主要问题有：装置的电路结构偏于复杂、成本较昂贵、操作繁琐、磁场的空间均匀度不高、励磁电流大、磁场的可调变化范围小、频率线性变化不好、磁场区域的温度变化较大、磁感应强度的检测不够准确以及显示值不稳定等。鉴于现有脉冲磁场发生装置存在的上述不足，研究一种新的脉冲磁场发生装置以满足对细胞磁场作用生物效应的研究是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，提供一种用于离体细胞的脉冲磁场装置，该装置的电路结构简单、体积小，所产生的磁场可随研究需要方便调整，磁场的空间均匀度高，励磁电流小，磁场的幅值变化范围大，频率变化的线性度好，能通过数字显示的形式准确显示磁感应强度幅值。

为实现上述发明目的而采用的技术解决方案是这样的：所提供的离体细胞的脉冲磁场装置由频率控制电路、占空比控制电路、导通控制电路、电磁转换装置、控制电源、采样电路、采样器件、工作电源、场强控制电路、保持电路、选择电路和A/D转换与LED显示电路组成，频率控制电路的输出端依次经占空比控制电路、导通控制电路、电磁转换装置后接至场强控制电路的输入端，场强控制电路具有两路输出，其一路输出端直接输接至A/D转换与LED显示电路，另一路输出端依次经采样器件、采样电路、保持电路和选择电路后输接至A/D转换与LED显示电路；在以上电路结构中，所说的电磁转换装置具有一个用“口”型矽钢片堆制成的磁芯，磁芯的一边缠绕有线圈，另一边开有一个作为磁场作用区域的小缺口，小缺口的隙缝高度与磁芯边框长度之比为1︰10～15，在小缺口间隙处设有间隙调整块和辅助固定板，通过改变线圈电流的大小和磁芯间隙的距离来实现脉冲磁场装置的场强控制。

本发明技术解决方案还包括：装置中的采样器件由功率为4～6W、阻值为1～2Ω和精度≤1%的电阻构成，作为检测电流的传感器件，采样电路与保持电路用于周期性地对采样器件的电压信号采样并保持。

本发明技术解决方案还包括：装置中的频率控制电路和占空比控制电路由CA3140运放电路、555定时电路及其外围电路组成，CA3140运放电路连接成积分工作模式，555定时电路连接成单稳态工作模式，555定时电路的3脚经电阻反馈到CA3140运放电路的同相输入端。

本发明所述脉冲磁场装置的工作原理是：根据缠绕线圈高导磁材料的间隙中磁场的大小与通过线圈的电流大小成正比的基本规律，恰当选择导磁材料的截面积，保证间隙中磁场的空间均匀度；由于细胞培养皿的高度为(1.5~2.5)×10^-2m，本发明利用“口”型矽钢片堆的空气隙作为产生磁场的区域，当空气隙的高度和横截面积一定，空气隙中磁场的大小与通过线圈电流的大小成正比；又在空气隙参数确定的情况下，调节脉冲磁场装置内电源的电压和限流电阻的阻值，改变电流，实现对磁场大小的控制；在脉冲磁场装置中，脉冲磁场的频率和占空比受控于电流的频率和占空比，开关管的导通与关闭受控于触发器的输出信号，触发器的输出由伏频转换电路和触发器的外围电路控制，在线圈回路中串接了作为检测电流的传感器件的功率较大、阻值小和精度高的电阻后，采样电路与保持电路输出的电压信号，再经A/D转换与LED显示电路完成数字显示，如此即通过改变电流的大小和高导磁性磁芯间隙的距离来实现对脉冲磁场装置的场强控制，满足对离体细胞的磁场生物效应的研究和应用。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：

一、本发明作为用于离体细胞磁场作用研究的电磁转换装置的设计，采用缠绕线圈的矽钢片堆的空气隙作为磁场区域，提高了磁场区域的空间磁场的均匀度；