CN102271756A - 利用双磁场向主体中的顺磁结构施加转矩 - Google Patents

Abstract

用于向主体中的微观顺磁结构施加转矩的技术，包括：使主体同时暴露于沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场和不同的沿第二方向在第二频率下振荡的第二磁场。该主体包括多个微观顺磁结构，所述多个微观顺磁结构的针对第一磁场的磁感系数不同于其针对第二磁场的磁感系数。这样的技术对于使动物的疾病症状好转是有效的，包括疟疾，其中动物中的疾病原体或患病细胞选择性地包括顺磁结构。

Description

利用双磁场向主体中的顺磁结构施加转矩

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2008年11月14日提交的临时申请61/114,999的权益，该申请的全部内容由此通过引用合并于此，相当于在这里进行了全文叙述。

技术领域

本发明涉及：通过向主体中的微观顺磁结构施加转矩以激发这些结构的机械运动来治疗主体中的状况。

背景技术

在全世界，疟疾感染了几百万人。在感染了红血细胞之后，疟疾寄生物(malaria parasite)以血红蛋白(Hb，hemoglobin)为食，并在寄生虫(parasite)中的食物泡内分解Hb。Hb的血红素(heme)部分被称为铁原卟吩(ferritoprotoporphin)IX(缩写为Fe(III)PPIX)；并且不能被该寄生虫消化。寄生虫将Fe(III)PPIX转换成被称为疟原虫色素(hemozoin)的晶堆(crystallinestack)。疟原虫色素是Fe(III)PPIX的晶体二聚物，具有可以被描述为板条状的轮廓分明的晶体结构。寄生虫液泡中的这些晶体通常在长度上接近1微米(μm，1μm＝10^-6米)，并且在宽度上接近几百纳米(nm，1nm＝10^-9米)。疟原虫色素的磁感系数根据其所在溶液的性质而变化；但是，最后所得到的磁矩通常在1至5玻尔磁子内，这使疟原虫色素超顺磁。磁感系数(magnetic susceptibility)表示材料中的磁偶极子响应于外部施加磁场而对准的趋势。最后实现的对准使材料起到小磁体的作用，其中该小磁体根据该磁体相对于外部施加磁场的方向而受力。

已经表明低频振荡磁场引起受到疟疾寄生物感染的红血细胞内的疟原虫色素的机械扭转(J.E.Feagan，M.A.W. Wurscher，C.Ramon，H.Lai，“磁场和疟疾”，光的生物效应：光的生物效应研讨会会刊，Hlick，M.F.和Jung，E.G. Kluwer Academic Publishers，Hingham，MA，pp343-349，1999)。根据Feagan等人所称，机械扭转足以造成寄生虫细胞内部的膜破裂，并因此造成寄生虫的破坏。可替代地，这些著作者提出，除了使寄生虫膜机械破裂以外，所施加的磁场还抑制血红素的生物聚合，从而将血红素的毒性作用强加于寄生虫并造成其死亡。在暴露于以每秒5个周期(赫兹，Hz)的15高斯(Gs)的交变磁场达24小时之后，在培养物中的寄生虫的水平被降低到未治疗的对照品(control)样本中的水平的大约70％到大约33％的范围。

发明内容

提供了用于向主体中的微观顺磁结构施加转矩的技术，这些技术提供优于现有技术的优点。

在第一组实施例中，一种方法包括：使主体同时暴露于沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场和不同的沿第二方向在第二频率下振荡的第二磁场，其中所述主体包括多个微观顺磁结构，所述多个微观顺磁结构的针对所述第一磁场的磁感系数不同于针对所述第二磁场的磁感系数。

在另一组实施例中，一种方法使动物(包括哺乳动物、人和实验动物)的疾病的症状好转，该动物的疾病原体(disease agent)或患病细胞选择性地包括微观顺磁结构。该方法包括：使所述动物同时暴露于具有治疗上有效的强度和持续时间的沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场和不同的沿第二方向在第二频率下振荡的第二磁场。

在另一组实施例中，一种装置包括适于产生沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场的第一磁体。还包括适于产生沿第二方向在第二频率下振荡的不同的第二磁场的第二磁体。病人治疗平台适于使病人同时处于所述第一磁场和所述第二磁场中。所述第一频率和所述第二频率被选择而使得：与病人的状况相关联的微观顺磁结构的磁感系数在所述第一磁场中和在所述第二磁场中是不同的。

附图说明

在附图中的各图中，以示例性方式而非限制性方式例示本发明，其中相同的附图标记表示相似的元件，其中：

图1A是例示具有微观顺磁结构的患病细胞的结构图；

图1B是例示若干时期的具有微观顺磁结构的患病细胞的结构图；

图2A、图2B和图2C是例示适合作为本发明各种实施例的目标的示例性微观顺磁结构的结构图；

图3是例示微观顺磁结构与外部施加磁场之间的空间关系的结构图；

图4是例示根据实施例的示例装置的结构图；

图5是例示根据实施例的应用使疟疾好转的方法的结果的图解；

图6是例示根据实施例的示例实验装置的结构图；

图7是例示向患病细胞施加单一磁场的结果的柱图；以及

图8A至图8C是例示根据各种实施例的向患病细胞施加双磁场的益处的柱图。

具体实施方式

描述了用于向主体中的微观顺磁结构施加转矩的装置和方法。在以下描述中，为了说明的目的，阐述了多个具体细节，以便提供对本发明的全面理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，没有这些具体细节也可以实施本发明。在另一些实例中，以结构图的形式示出了众所周知的结构和设备，以避免不必要地使本发明难以理解。

以下描述在疟原虫的特定生命周期阶段的应用环境下的本发明的一些实施例。然而，本发明不限于这种应用环境。在另一些实施例中，本发明适用于涉及疟原虫色素和其它顺磁结构的其它疾病。例如，涉及疟原虫色素的其它疾病包括食血有机体，例如寄生蠕虫(helminth worms)曼氏(mansoni)血吸虫(血吸虫病或裂体血吸虫病的致病原体)、棘口吸虫(Echinostomatrivolvis)、禽感染原生鸽属血变虫、以及引起查加斯病(美洲锥虫病)的寄生虫锥虫(parasite Trypanosoma cruzi)。其中与感染的细胞中的顺磁产物或铁磁产物的累积类似关联的其它疾病还包括肺结核和弓形体病。在此所使用的术语“包括”(或包含)之后所列的内容并非意在详尽列举，并且意在包括任何其它没有列出的部分。

1、概览

在世界许多地方，疟疾仍然是致命的灾害。寄生虫侵袭红血细胞，以血红蛋白为食，并累积疟原虫色素，即铁晶体，其残留在宿主细胞中的寄生虫内。图1A是例示具有(如在疟疾寄生物中的)微观顺磁结构的患病细胞110的结构图。细胞110包括寄生虫130，寄生虫130在该细胞中在以圆120表示的一个或多个阶段中发育。在例示的阶段中，寄生虫130包括一个液泡132，其包括若干疟原虫色素晶体134(通常为3至5个，并最多达10个)。通过在液泡132中形成疟原虫色素134，保护寄生虫免受血红素的毒性作用。疟原虫色素晶体134是微观顺磁结构的一个示例，其由多个原子和分子组成并且选择性地包含在疾病原体或患病细胞中。如在此使用的“微观结构”是一种在大约.01微米至大约100微米的尺寸范围内的微观结构。

图1B是例示在48小时疾病周期过程中若干阶段的具有微观顺磁结构的患病细胞的结构图。该图包括极坐标图150以及七幅显微照片图像160a至160g。极坐标图150的径向轴152指示以皮摩尔(pmol，1pmol＝10^-12摩尔)/百万感染红血细胞(RBC)为单位的疟原虫色素含量。始于该图解顶部的方位角154指示在侵袭之后的以小时为单位的时间。在疟疾寄生物的46至48小时的周期中，疟原虫色素的含量从零上升至约1000pmol/百万感染RBC，如迹线155所示。显微照片160a至160g在由表示七微米(7μm)的柱161所给定的空间标尺上图示出在多个阶段的示例感染RBC。

疟疾是寄生虫媒病，一年感染约6.5亿人，并且造成将近三百万人死亡。最常见形式的疟疾是由感染红血细胞(RBC，也称为红血球)的寄生虫恶性疟原虫(Pf，plasmodium falciparum)引起的。Pf的生命周期经过多个无性和有性阶段。由母疟蚊传播的疟原虫孢子体(plasmodium sporozoite)与蚊子唾液一起被注入到动物宿主的血液中。在肝脏中进行初始增殖之后，处于裂殖子(merozoite)阶段的寄生虫被释放回到血液流中。然后单个裂殖子侵袭RBC并在大约6小时之后成熟而同时使RBC变形成环状。显微照片160a图示出受到单个裂殖子163感染的RBC(红血球)。在大约24小时内，成熟的寄生虫进入营养子(trophozoite)阶段，在该阶段中，包括血红蛋白在内的大多数RBC细胞质(cytoplasm)发生分解代谢，即RBC中的复合物质被寄生虫转化成更简单的化合物，并伴随着能量的释放。这个阶段通过显微照片160c和160d以及160e图示，分别示出RBC细胞质166和168以及170的渐进的分解代谢。在大约40小时之后，在RBC中的最后(裂殖体，schizont)阶段中，寄生虫经历了显微照片160f和160g中所图示的多次分裂，以产生最多达32个新的裂殖子174，其在大约46小时处的分段体(segmentor)阶段中，突破宿主RBC，并且侵袭最多达32个新的RBC。

在裂殖体阶段中，疟原虫色素晶体172呈现最大量。实际上疟原虫色素含量甚至在营养子阶段开始时就接近其最大值，指示把疟原虫色素作为目标的最易感染阶段处于营养子阶段和裂殖体阶段，即48小时周期的III象限和IV象限。

如以下更详细地说明的，申请人已经确定先前的(例如以上引用的Feagan等人的)方法只能在疟原虫色素晶体134和172中引起微小的偏移和阻尼振动。

申请人已进一步确定，例如通过旋转、振荡、搅动、振动或搅拌(单独动作或按照某些组合的动作)，向疟疾寄生物或其它寄生虫中的疟原虫色素晶体134施加机械转矩，将造成该晶体更加强烈地运动。这种强烈运动应比现有技术的方法更有效地实现寄生虫破坏，其中，可直接通过能够撕裂寄生虫的内膜的机械电池(mechanical battery)使消化酶释放到寄生虫细胞质中，这最终会造成自我分解，或者可间接通过将机械能转化成热量。通过适合磁场施加转矩，该磁场不同于现有技术中公开的单一的5Hz和15Gs的振荡磁场。

下列分析证实使用该晶体的两个不同的磁感系数来引发转矩是有利的。

2.对在顺磁结构上的磁场引发转矩的分析

提出以下分析以提供对本发明的实施例的更详细的理解，以便别人可以制造并使用它，并且认识其优点。然而，本发明不受以下分析的准确性或完整性的限制。

图2A、图2B和图2C是例示适合作为本发明各种实施例的目标的示例微观顺磁结构的结构图。图2A例示具有多边形面的细长的顺磁结构211。例示出四边形的面。空间取向由单位矢量c 223(其具有等于1的大小和与结构211的纵轴对准的方向)表示。在宏观坐标系(例如，病人、实验室或外部施加磁场的坐标系)中，单位矢量

具有针对三个维度的三个分量。两个垂直的单位矢量

221和

222指示与单位矢量

垂直的横向。可以将三个单位矢量

和组合作为一种表示单位张量220的方式。张量本质上是各矢量中的一个矢量。在这里，表示矢量和张量的符号用黑体字体来呈现。

顺磁结构的行为可以由张量来表示，张量中的各分量表示响应沿三个空间方向的刺激的相对强度。顺磁结构的取决于该结构内质量分布的惯量由张量

给出；并且磁感系数由张量

给出。

磁感系数

由公式1定义，并且通过实验确定。

其中

是外部施加磁场的强度(矢量)，并且

是所得到的每单位体积的磁矩(也是矢量)。如果晶体是各向同性的，即能使所有磁偶极子与外部磁场对准，则

是标量，并且

平行于

否则，该结构是所称的各向异性的，并且

是按照张量乘法法则将矢量

转换成矢量

的张量。图3是例示针对各向异性磁感系数的微观顺磁结构与外部施加磁场之间空间关系的结构图300。图3图示出沿一个方向的外部施加磁场

310，以及所得到的沿与

成角度330的不同方向的

320。

图2B例示稍微不同的具有圆形面的细长的顺磁结构212。这种结构呈现出绕纵轴的旋转对称性，并且通过单个横向张量分量进行适当描述。因此，在数学上，对结构212的分析比对结构211的分析更简单。然而，由于结构211与结构212如此相似，因而更简单的对结构212的分析会非常接近更复杂的对结构211的分析的结果。图2C例示不同的具有椭圆面的细长的顺磁结构213。该结构213在纵向方向和垂直方向之一上被显著拉长。未示出适合通过标量(scalar quantity)进行描述的球形结构。在以下的分析中，常使用与疟原虫色素的结构充分相似的顺磁结构212进行例示。

2.1转矩依赖在磁感系数上的差异

由公式2给出作用在无限小体积dV的内含物上的磁感应转矩

其中

是磁通密度，而

是在dV的位置处每单位体积的磁矩。

如果所施加的磁场在整个疟原虫色素的体积中相当均匀，并且当该环境与非磁性物质在其磁性能上的不同可以忽略时，磁通密度B通过公式3与所施加的磁场H相关。

其中μ₀是自由空间的磁导率。于是，施加到目标体积V的总转矩由公式4给出。

因为任何矢量与其本身的叉积为零，所以我们立即明白的是，如果磁感系数是标量(scalar)，则单个磁场不会导致转矩。可以存在偏移，但不会存在由转矩提供的强烈运动。所期望的是，在磁感系数张量中具有不少于两个的非零磁感系数以便可以产生转矩。

2.2针对各向同性磁感系数的多个频率

磁感系数是外部施加磁场的角频率ω的函数。如果晶体各向异性不存在或不充分，则在两个不同频率下振荡的磁场可以用于产生转矩。在这些实施例中，由公式5a给出总磁场，并且由公式5b给出相应的磁矩。为了例示的目的，假设磁感系数在两个频率下均为标量，即材料为各向同性，或为各向异性不充分。

以便通过公式6c给出转矩(从所示的公式6a推导出来)。

显然，在这两个频率下的标量磁感系数必须是不同的，并且优选地其显著不同；并且在这两个频率下的磁场不能被定向为彼此平行(优选地，它们被定向为彼此垂直，使得从所施加的磁场

和

得到的转矩最大化)。

为了例示的目的，假设这两个频率为ω₁和ω₂，并且这两个磁场由公式7a和7b给出。

其中振幅

在时间上为常数，并且θ为这两个磁场之间的初始相位差。所得到的转矩由公式8a(或公式8b)给出。

其中是在两个频率下的磁感系数之差。

晶体响应于该转矩的角速度从由公式9给出的运动公式推导出。

其中

为角速度矢量(指向与该结构的旋转平面垂直的方向)。记得

与晶体中质量的分布有关。假设晶体初始没有旋转，在时刻t的角动量为该转矩的积分，如公式10a至10d所给出的。

其中

在许多实施例中，差频项，将是角速度中的主导项，特别是在这两个频率相对较高并且彼此接近的情况下。

为了从公式10a给出的乘积中分离

和

项，为了例示的目的，假设该晶体是单轴的(如，与结构211或212一样)。在这个实施例中，惯量张量

可以用单位张量的分量来表达，如由公式11a或11b给出的。

其中是从单位矢量

223与其本身的外积得到的张量，

是时间的函数(表示为)以指示该晶体的运动，并且

是单位张量220。这个

描述，转动惯量(moment ofinertia)在纵向上等于α而在横向上等于β。该晶体的运动由单位向量c 223随时间的变化而给出。

为了例示的目的，该晶体被当作刚体，并且该晶体的运动由公式12给出。

其指示

绕

的进动(precession)，

本身振荡。

通过这些代换，公式10变成

从而

此后，

这意味着

绕

的恒定方向的进动。它还意味着

是常数，等于

其中

是的初始值并且是随机的。

可以求解公式15得到

即晶体的运动，如由公式16给出的。让

表示沿常数矢量

的单位矢量，

其中

这样，Φ的时间关系由公式17a至17e给出。

其中

最后，角速度由公式18给出。

单位矢量c(t)的运动的公式16表明在双磁场H1和H2的作用下通过叠加振荡而修改的所希望的晶体连续旋转。

在一些实施例中，这些频率之一为零，以便这些磁场之一在时间上是恒定的。在ω₂＝0的情况下，上述分析适用。

在一些实施例中，通过依靠磁感系数随频率在工作频率附近充分变化并利用任何实际磁场源的有限线宽，在本过程中包含一个以上磁感系数。针对作为磁场的与正弦载波的缓慢调制相对应的窄带信号，该磁场由公式19给出。

其中和

是在频率ω₀下的振幅的缓慢变化的载波振荡的同相分量和正交分量，包括源磁场的窄线宽。在这种情况下，由公式20给出短期时间平均转矩。

然后，该分析遵循以上所示的分析，并且用dχ/dω实质上替代Δχ/Δω。

2.3各向异性磁感系数

在一些实施例中，依靠各向异性磁感系数来产生转矩。假设疟原虫色素晶体的磁感系数为各向异性，如由其晶体结构所暗示的以及如在文献中所记录的，所希望的双磁感系数可以通过依靠其在磁感系数张量中不同的值来发挥作用。为了例示的目的，假设该晶体具有单轴结构(如结构211或结构212一样)。如果作为替代将各向异性改为双轴(例如，像结构213一样)，则分析很相似，但更复杂。

利用纵向和横向磁感系数，磁感系数张量χ由公式21来表示。

代入公式4中，得到公式22a至22c。

因为磁感系数很微小，使得该晶体的磁导率实质上成为积分真空值，所以使用真空磁导率μ0。显然，如果没有各向异性就没有转矩(因为没有各向异性意味着χ_c＝χ_x)。

应注意，在这个实施例中，所需的双磁感系数成为磁感系数张量的组成部分。因此，甚至沿z轴施加的例如为

形式的单一单向振荡磁场也会在各向异性晶体中引起转矩。

该晶体对所施加转矩的响应由公式23a至23c中表示的运动公式来给出。

其中

以及

L是角动量，并且ω是晶体的角速度矢量。公式23c支配作为刚体的晶体的进动。在施加了外部磁场H的实验室的惯性系中，这些公式是有效的。代入得到公式24。

容易验证的是，c·ω是运动常数，并且由于假设晶体初始静止，因而我们对于所有t得到c·ω＝0。因此，运动公式简化为公式25。

这导致公式26a或26b和26c，

以及公式27。

按照在t时刻在c和z之间的角θ，由公式28a至28c给出运动公式。

以及

或

初始条件是θ(0)＝θ₀，并且dθ(0)/dt＝0。如果没有系数cos²ω₀t，则公式28c为钟摆的运动公式。如果磁场振荡时间标尺(scale)和自然进动频率有很大不同，则容易获得近似解。例如，如果ω₀＜＜Ω₀，则修改后的钟摆公式的近似解为公式29a至29b。

其中

函数sn(x，k)是具有模k的雅可比椭圆正弦函数，且K(k)是第一类完全椭圆积分。

这个解呈现出振荡而不是完全旋转(full rotation)。如上所示，完全转动要求两个磁场。预计这种没有旋转的振荡不会与单独旋转或有旋转的振荡一样有效破坏寄生虫。因此，由Feagan等人所公开的使用单个振荡磁场并没有获得同时施加两个不同振荡磁场的协同结果。

在存在各向异性而针对这两个相同频率下的磁场分量提供不同磁感系数值的情况下，可以使用由时间正交(time quadrature)的两个正交磁场分量构成的单个旋转磁场(两者使用相同的频率，并具有四分之一周期的相位差)。

2.4组合转矩

在一些实施例中，对顺磁结构的机械搅动依赖该磁感系数的频谱弥散(其随频率的变化)以及其固有的各向异性(磁感系数与施加磁场的方向的相关性)。该响应是由上面提出的解所呈现出的进动与振荡的组合。下面更详细地描述组合转矩实施例的示例。

2.5旋转磁场

在一些实施例中，强加一旋转磁场。该旋转磁场通过使两个正弦变化的线性磁场叠加来实现，其中这两个磁场有90度的异相位(out ofphase)和相同的强度，但是沿垂直方向振荡。在一些实施例中，这两个磁场是不相等的。这两个磁场由两个垂直定向的线圈对来产生，所述线圈传导在时间上有90度的异相位且在所希望旋转频率下振荡的正弦电流。已经发现的是，晶体有充分的各向异性，以允许两个彼此垂直定向并且还具有两个磁感系数在起作用的振荡磁场使用相同的频率。

而且，在理论计算的基础上而后通过实验证实已确定的是，对于给定强度的旋转磁场，存在用于实现目标疟原虫色素晶体的完全持续的旋转(这依赖晶体的环境)的可使用的最大频率。最大旋转频率(ωmax)随磁场振幅(H)的平方变化，并且依赖晶体的下列特性以及其环境：晶体的尺寸；晶体的张量转动惯量；晶体的磁感系数；晶体的张量磁性系数各向异性；液胞中的流体的粘度；以及宿主细胞周围的流体的粘度。用于目标疟原虫色素晶体完全持续旋转的磁场频率ω在公式30中给出。

其中R和R₀分别是与细胞中的晶体相关的粘度系数，以及与细胞的环境中的整个细胞相关的粘度系数。在较高频率下，环境的粘度阻止晶体在振荡的周期内相对于宿主细胞进行完全旋转。对于受感染红血细胞中的疟疾寄生物中的疟原虫色素晶体，针对在适用的实验环境中使用的大约15高斯的磁场强度，ωmax大约是10Hz。针对在活体内的其它磁场强度，预期ωmax是不同的。

3.装置和方法

图4是例示根据一个实施例的示例装置400的结构图。例如，在俯视图上向下看，装置400包括两个磁体和用于主体490(例如，病人的身体)的平台430。例示的实施例包括由线圈411和线圈412构成的第一磁体，适于产生沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场

481。还包括由线圈421和线圈422构成的第二磁体，适于产生沿第二方向在第二频率下振荡的不同的第二磁场病人治疗平台430适于将主体490(例如，病人)同时置于第一磁场

中和第二磁场

中。在一些实施例中，第二频率不同于第一频率。

在所示实施例中，选择第一频率和第二频率而使得：与主体状况相关联的微观顺磁结构的磁感系数在第一磁场中和在第二磁场中是不同的。

根据实施例的方法，两个磁场

和

同时施加到主体490。选择第一频率和第二频率，以便与主体490的状况相关联的微观顺磁结构的磁感系数在第一磁场中不同于在第二磁场中。

在一些实施例中，主体490并不是具有疾病状况的病人的身体，而是可替代地为其它一些包括微观顺磁结构的器皿，例如，包含有这样的结构以进行微观抛光或其它微观加工任务的机器。

在一些实施例中，微观顺磁结构为人工制造并且导入到主体中，例如，用来治疗顽固的癌症肿瘤。

4.示例实施例

一个被执行的实施例作为一项实验在2008年10月15日在哥伦比亚大学进行。该实施例已经验证了上述理论方法，并且得到通过施加磁场在统计学意义上显著破坏疟疾寄生物的结果。

该实验使用两对平行的亥姆霍兹(Helmholtz)型空心线圈，直径大致15cm并且分开大约15cm。应注意，对于实际的亥姆霍兹线圈配置，并不需要在线圈半径精确等于线圈间隔时可获得的高程度磁场均匀性。这两对线圈被定向为彼此成直角，并且由来自两个单独电源的在两个稍微不同的频率下的电流进行励磁。

该实验使用：在第一频率(例如，1021Hz)下的交流(AC)、由一对线圈产生的17高斯均方根(rms)的磁场强度，和来自另一电源的在第二频率(例如，1016Hz)下的另一AC电流、由另一对线圈产生的16高斯rms的磁场强度。应注意，这两个磁场不需要是高度均匀的，因为目标晶体的数量级小于这两个磁场的变化的空间尺度。也不需要使两个磁场一致，因为不需要产生平稳的旋转磁场，所以它们不是由单一源得到的而是从两个单独电源得到的。在营养子/裂殖体阶段(当存在相当数量的疟原虫色素时)的疟疾感染红血细胞(RBC)的样本，悬置在这两个垂直磁场的交叉处并且在治疗期间(例如，30分钟)暴露于同时振荡的磁场。

图5是图解500，其例示根据各种实施例的应用使疟疾症状好转的方法的结果。纵轴指示在样本中观察到的相对于没有经受任何治疗的对照品样本的疟疾寄生物的百分数。利用与加利福尼亚卡尔斯巴德的Invitrogen生产的双链DNA(dsDNA)结合荧光材料SYBR Green I(SG-I)测量了寄生虫观察结果。SG-I是基于青色素的荧光染料，与碘化乙啶(ethidium iodide)类似并(作为嵌入剂)与双链DNA结合，且广泛用于定量PCR、流式细胞计量术、DNA电泳法，等等。在与dsDNA结合之后，它在488nm(蓝)吸收而在522nm(绿)发射。它用于量化与寄生虫的存活性相关的疟疾寄生物的DNA。这种方法似乎比直接数寄生虫更精确。单位是SYBR染色与未经治疗的对照品(100％)的染色相比而言的百分数(％)。这些样本包含疟疾感染红血细胞(RBC)，其中具有～5％的寄生虫血症(parasitemia)和～90％的裂殖体阶段。

不同的组的观察结果在横轴上分开。每组通过分别与治疗之后的第1天、第二2天、第三3天和第4天对应的4个柱来呈现。

第一组510表示利用在1021和1016Hz下的同时提供的垂直的各磁场进行治疗达30分钟的样本。应注意，在30分钟内实现的杀伤率(存活率大约55％)比得上Feagan等人用单个磁场治疗达24小时的效果(大约50的时间有利因子)。在以上所概述的理论的基础上，5Hz的差频是疟疾样本中的疟原虫色素晶体的引发进动的基本频率。

第二组520表示利用在1021和1016Hz下的同时提供的垂直的各磁场进行治疗达30分钟继之以通过在100和105Hz下的同时提供的垂直的各磁场进行治疗达30分钟的样本。

第三组530表示利用在100和105Hz下的同时提供的垂直的磁场进行治疗达30分钟继之以通过在10和15Hz下的同时提供的垂直的磁场进行治疗达30分钟的样本。

第四组530表示利用在10和15Hz下的同时提供的垂直的各磁场进行治疗达60分钟的样本。

第五组550和第六组560被设立为不适用(negative)对照品，以呈现出利用不适合治疗活着的病人的其它机理的高杀伤率。组550表示在20厘米(cm，1cm＝10^-2米)的距离处利用短紫外线(UV)电磁辐射治疗持续30分钟的样本。组560表示通过加热到50摄氏度治疗持续30分钟的样本。

看起来较高的频率对寄生虫造成统计学意义上显著的破坏，如在图510和520中看到的。在组510中，寄生虫决不会恢复到对照品水平(甚至在第四天，其也是对照品的90％)。组510和组520中的第一天和第二天表明在dsDNA中的令人印象深刻的(明确地，在统计学意义上显著的)下降(至大约60-70％)，这意味着复制被削弱。该实验的组510的参数使用在1021Hz频率下的AC电流、由一对线圈产生17高斯rms的磁场强度，并且使用来自另一电源的在1016Hz下的另一AC电流、由另一对线圈产生的16高斯rms的磁场强度。

寄生虫似乎比预期的要更顽固，因为组560(50摄氏度30分钟)未能完全消灭它。作为不适用对照品的组550的UV治疗似乎更有效。

在另一组实验中，在与疟疾寄生物的周期长度相当的持续时间内施加磁场，以确保所有感染的RBC在最脆弱时得以治疗。结果表明与现有的方法相比有预料不到的巨大改进。

图6是例示根据另一实施例的示例实验装置600的结构图。在此俯视图中从装置的顶部向下看时，四个具有L1外径612的大的梅里特(Merritt)线圈610被布置在平行的竖直平面中，并串联连接。内部的两个线圈610分开第一距离616a，而外部的线圈与相邻的内部线圈分开第二距离616b。在实验示例中，L1外径612为230毫米(mm，1mm＝10^-3米)，第一距离616a为40mm，而第二距离616b为60mm。由四个大的梅里特线圈610产生的磁场614的方向由虚线指示。

具有R1内径622的两个较小的亥姆霍兹线圈620被布置在平行的水平平面中且与线圈610正交，并串联连接。这两个线圈620(底部线圈的视图被顶部线圈挡住)分开一定距离(未示出)。在该实验示例中，R1内径622为135毫米，并且这两个亥姆霍兹线圈分开大约65mm的距离。由这两个小的亥姆霍兹线圈620产生的磁场624的方向垂直于该平面视图，并且用点指示。在一些实验中，在最高达约25Hz的频率下驱动大的梅里特线圈610，在最高达20Hz的频率下驱动小的亥姆霍兹线圈620。在一些实施例中，在相同频率下驱动两组线圈610和620，但在时间上有90度的异相位以引发旋转磁场。

图7是柱图700，其例示如Feagan等人所提出的向患病细胞施加单个磁场的结果，具有类似的结果。基于SYBR染色，纵轴704指示出对照品样本(具有未处于磁场中、且在37摄氏度下孵化达48小时的疟疾寄生物)的寄生虫DNA含量的百分数。如对照品柱714所示，根据定义，在48小时之后寄生虫DNA含量是对照品含量的100％。如对照品柱712所示，在24小时后对照品样本含量还是100％。

具有疟疾寄生物的测试样本处于强度为15高斯的单向5Hz振荡磁场中达24小时，如线圈柱722a所示，或者48小时，如线圈柱724a所示。柱722a表明寄生虫的存活性在暴露于磁场24小时之后降低至大约80％，而柱724a表明寄生虫的存活性在暴露于磁场48小时之后降低至大约70％。柱722a和724a的标准误差范围722b和724b，分别指示两者与对照品水平之差都非常显著。对柱722a来说，该差是随机值的可能性小于1.6×10^-12，对柱724a来说，该差是随机值的可能性小于9.7×10^-7。Feagan等人观测到了类似的百分数。

图8A至图8C是例示根据各种实施例的向患病细胞施加双磁场的益处的柱图。基于SYBR染色，纵轴804指示出对照品样本(具有未处于磁场中、且在37摄氏度下孵化达48小时的疟疾寄生物)的寄生虫DNA含量的百分数。在图8A中，起初的培养物包括200微升(μl，1μl＝10^-6升)，包括具有1％寄生虫血症(其90％在环状阶段)的3％血细胞比容(Hermatocrit，HC)。血细胞比容是混合物中所填充的RBC的体积的百分数，例如全部血液的HC是大约45％-60％。在例示的实施例中，3％的HC意味着，如果培养物在离心分离机中旋转，则培养物介质体积的3％将被填充RBC占据。在24小时之后，利用新鲜的3％HC对该培养物进行1∶2稀释。利用寄生虫DNA的SYBR染色测量48小时端点。存在两组样本：24小时样本暴露于磁场达24小时，而后在另外的24小时没有磁场；48小时样本在整个48小时暴露于振荡磁场。以这种方式，样本可被收集到一起，并且一起测量效果。在这点上，24小时样本可能已经经历一些寄生虫数量反弹，但并没有观测到更多的反弹，从而指示持久的疗效。

具有疟疾寄生物的测试样本，处于利用图6中所示两组线圈形成的强度为15高斯、在两个不同频率(10Hz和8Hz)下振荡的磁场中。在8Hz下驱动梅里特线圈610，而在10Hz下驱动亥姆霍兹线圈620。在图8A的柱图800中，对照品样本如柱810a所示，根据定义，其为100％，并具有标准误差810b。24小时样本结果如柱822a所示；而48小时样本结果如柱824a所示。柱822a和824a的标准误差范围822b和824b分别指示出：两者与对照品水平之差都非常显著。所述差是随机值的可能性对于两者来说都小于1×10^-6。这个实验表明，在以低频进行双磁场辐射的情况下，寄生虫的存活性降低接近90％——显著地且令人惊讶地好于由单个振荡磁场得到的结果。48小时的结果基本上与24小时的结果相同，从而指示：暴露于磁场另外24小时几乎不提供益处。

这些结果好于单个磁场，但是在高于最大频率(ωmax)的频率下不太有利，如在图8B的图解830中所示，对于所使用的磁场强度和所施加的实验环境，该最大频率在疟疾寄生物感染的RBC中为大约10Hz。纵轴804如前所述。在图8B中，疟疾样本制备得有点不同。起初的培养物包括200μl，包括具有2％的寄生虫血症(其90％在环状阶段)的3％HC。在24小时之后，培养物没有以新鲜的3％HC进行稀释。24小时样本暴露于磁场达24小时，而后在另外的24小时里在没有磁场的情况下进行孵化。

具有疟疾寄生物的测试样本处于利用两组线圈的磁场强度为12高斯的在两个不同频率(10Hz和14Hz)下振荡的磁场中。在使用不同频率时，模式总是相同的，与亥姆霍兹线圈620相比，在较低频率下驱动梅里特线圈610。因此，在例示的实验中，在10Hz下驱动梅里特线圈610，而在14Hz下驱动亥姆霍兹线圈620。在图8B的柱图830中，对照品样本如柱840a所示，根据定义，其为100％，具有标准误差840b。24小时样本结果如柱852a所示；而48小时样本结果如柱854a所示。柱852a和854a的标准误差范围852b和854b，分别指示出：两者与对照品水平之差都非常显著。对两者来说，所述差是随机值的可能性都小于1×10^-6。该实验表明，在双磁场辐射的情况下，寄生虫的存活性分别在24和48小时内下降至50％和40％。48小时的结果显著好于24小时的结果，从而指示出：在暴露达24小时之后并不能完全杀灭，并且在双振荡磁场中继续至48小时会有些益处。

这些结果非常有利于如图8C的图解860所示的旋转磁场。纵轴804如上所述。在图8C中，疟疾样本如针对图8B所描述的那样进行制备。24小时样本暴露于磁场达24小时，而后在另外的24小时里在没有磁场的情况下进行孵化。

具有疟疾寄生物的测试样本处于利用两组线圈610和620(一组相对于另一组偏移90度)的磁场强度为20高斯的在4.7Hz下振荡的旋转磁场中达24小时。在48小时样本的第二个24小时中，利用两组线圈(一组相对于另一组偏移90度)的强度为15高斯的旋转磁场在9.4Hz下振荡。在这两个频率下，以具有给定频率的时间的正弦函数驱动亥姆霍兹线圈620，而同时以具有给定频率的时间的余弦函数驱动梅里特线圈610。在图8B的柱图860中，对照品样本如柱870a所示，根据定义，其为100％，具有标准误差870b。24小时样本结果如柱882a所示；而48小时样本结果如柱884a所示。柱882a和884a的标准误差范围882b和884b分别指示出：两者与对照品水平之差均非常显著。对两者来说，所述差是随机值的可能性都小于1×10^-6。该实验表明寄生虫的存活性分别在24小时和48小时内下降至10％和20％。在48小时之后的相对较高的存活性，可以解释如下：经过裂殖体阶段的寄生虫细胞的数目增加，以及辐射方案与第一个24小时期间相比可能不太有效。

在这里引述的参数应被认为仅是可以实现本发明的一些实施例的代表性特征。其它频率、其它频差、其它场强、以及其它暴露方案可以比在本发明的这些具体实施例中所用的参数或方案具有更大或更小的有效性。常规实验将得到一定范围的有效参数值。与本实验中所使用的空心线圈不同的磁场源也可以用于实现所述目的，或者比示例实施例中所使用的更好。

5.扩展和修改

在上述专利文件中，已经参照其具体实施例描述了本发明。然而，显而易见的是，在不偏离本发明的较宽精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。相应地，本说明书和附图应被认为是例示性的而不是限制性的。

Claims (23)

1.一种向主体中的微观顺磁结构施加转矩的方法，包括：

使主体同时暴露于沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场和不同的沿第二方向在第二频率下振荡的第二磁场，

其中所述主体包括多个微观顺磁结构，所述多个微观顺磁结构的针对所述第一磁场的磁感系数不同于针对所述第二磁场的磁感系数。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一频率和所述第二频率中的至少一个大于100Hz。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述第一频率和所述第二频率中的每一个大于100Hz。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一频率与所述第二频率之差小于约100Hz。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第二方向不同于所述第一方向。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述第二磁场与所述第一磁场在时间上有90度的异相位。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述第二频率与所述第一频率相同。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一频率和所述第二频率各自小于约15Hz。

9.一种用于使动物(包括哺乳动物、人和实验动物)的疾病的症状好转的方法，在该动物中，疾病原体或患病细胞选择性地包括微观顺磁结构，该方法包括：

使所述动物同时暴露于具有治疗上有效的强度和持续时间的沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场和不同的沿第二方向在第二频率下振荡的第二磁场，

其中所述微观顺磁结构的针对所述第一磁场的磁感系数不同于针对所述第二磁场的磁感系数。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述疾病原体是寄生虫。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述疾病原体是一阶段的疟疾寄生物。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述第一频率和所述第二频率中的至少一个大于100Hz。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述第一频率和所述第二频率中的每一个大于100Hz.

14.如权利要求9所述的方法，其中所述第一频率与所述第二频率之差小于约100Hz。

15.如权利要求9所述的方法，其中所述第二方向不同于所述第一方向。

16.如权利要求9所述的方法，其中所述第二磁场与所述第一磁场在时间上有90度的异相位。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述第二频率与所述第一频率相同。

18.如权利要求9所述的方法，其中所述第一频率和所述第二频率各自小于约15Hz。

19.一种装置，包括：

第一磁体，适于产生沿第一方向在第一频率下振荡的第一磁场；

第二磁体，适于产生沿第二方向在第二频率下振荡的不同的第二磁场；

病人治疗平台，适于使病人同时处于所述第一磁场和所述第二磁场中，

其中所述第一频率和所述第二频率被选择而使得：与病人的状况相关联的微观顺磁结构的磁感系数在所述第一磁场中和在所述第二磁场中是不同的。

20.如权利要求19所述的装置，其中所述第二频率不同于所述第一频率。

21.如权利要求19所述的装置，其中所述第二磁场与所述第一磁场在时间上有90度的异相位。

22.如权利要求21所述的装置，其中所述第二频率与所述第一频率相同。

23.如权利要求9所述的装置，其中所述第一频率和所述第二频率各自小于约15Hz。

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