CN102353848B - 一种细胞用电磁辐射实验系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种细胞用电磁辐射实验系统，包括：中心控制单元，用于输出预设频率、功率和/或辐照时间的电磁波；输入端连接中心控制单元、且放置有活体细胞的密闭同轴腔，用于利用中心控制单元输出的电磁波形成不同频率、场强和辐照时间的电磁场，并利用电磁场对活体细胞进行电磁辐射实验。由于本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统是利用同轴结构的腔体作为电磁波的载体，其产生的电磁场分布均匀，能够很好的再现真实的电磁辐射场景，提高了对活体细胞实验结果的准确。

Description

一种细胞用电磁辐射实验系统

技术领域

本发明属于细胞电磁辐射实验技术领域，尤其涉及一种细胞用电磁辐射实验系统。

背景技术

随着现代工业的不断进步及科学技术的迅速发展，高压线、各种电气设备及通讯设施越来越多，使得各频段电磁波充斥整个生活空间，且辐射强度越来越大。实验表明，电磁场对生物体具有明确的生物效应，因此，有必要对电磁辐射对细胞的作用机制进行研究。

为此，现有技术提供了一种细胞用电磁辐射实验系统，其利用电磁波在锥形波导中的传播来模拟真实的电磁场，并将活体细胞置于该电磁场中，以研究该电磁场的场强、辐射时间、以及电磁波的频率等对细胞的影响。

然而，由于该种细胞用电磁辐射实验系统是利用锥形波导作为电磁波的载体的，其产生的电磁场分布不均匀，不能很好的再现真实的电磁辐射场景，造成对活体细胞的实验结果不准确。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种细胞用电磁辐射实验系统，以解决现有技术提供的细胞用电磁辐射实验系统利用锥形波导作为电磁波的载体，使得不能很好的再现真实的电磁辐射场景，造成对活体细胞的实验结果不准确的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种细胞用电磁辐射实验系统，所述系统包括：

中心控制单元，用于输出预设频率、功率和/或辐照时间的电磁波；

输入端连接所述中心控制单元、且放置有活体细胞的密闭同轴腔，用于利用所述中心控制单元输出的所述电磁波形成不同频率、场强和辐照时间的电磁场，并利用所述电磁场对所述活体细胞进行电磁辐射实验。

所述系统还可以包括：

一线缆；

第一接口；

第二接口；以及

通过所述第一接口连接所述同轴腔输出端的匹配负载；

所述同轴腔是顺次通过所述第二接口和所述线缆连接所述中心控制单元的。

优选地，所述线缆的阻值与所述匹配负载的阻值均为50欧姆。

所述同轴腔可以包括：

作为所述同轴腔的外导体的密闭金属外壳；

置于所述金属外壳中、放置有所述活体细胞的载物台。

所述同轴腔还可以包括：

制冷单元；

加热单元；

温度传感器，用于感应所述同轴腔中的温度，并输出温度值模拟量；

所述中心控制单元还用于将所述温度传感器输出的所述温度值模拟量转换为温度值数字量，并将所述温度值数字量与预设的温度范围值进行比较，当所述温度值数字量高于所述温度范围值的上限时，控制所述制冷单元对所述同轴腔进行制冷，以降低所述金属外壳内的温度，当所述温度值数字量低于所述温度范围值的下限时，控制所述加热单元对所述同轴腔进行加热，以提高所述金属外壳内的温度。

其中，制冷单元和加热单元分别可以为贴于所述金属外壳外表面的帕尔贴。

所述同轴腔还可以包括：

二氧化碳生成单元；

二氧化碳传感器，用于感应所述同轴腔中的二氧化碳浓度，并输出二氧化碳浓度值模拟量；

所述中心控制单元还用于将所述二氧化碳传感器输出的所述二氧化碳浓度值模拟量转换为二氧化碳浓度值数字量，并将所述二氧化碳浓度值数字量与预设的二氧化碳浓度值进行比较，当所述二氧化碳浓度值数字量低于预设的所述二氧化碳浓度值时，控制所述二氧化碳生成单元向所述金属外壳内释放二氧化碳。

所述同轴腔还可以包括：盛有水溶液的盛水容器。

所述同轴腔沿所述同轴腔的输入端-输出端的方向为一渐变结构，且在所述同轴腔任一横切面所在的平面内，所述同轴腔的外导体的直径与内导体的直径的比值为2.3。

所述中心控制单元可以包括：

功率放大单元；

信号源单元，用于产生预设频率、功率和/或辐照时间的电磁波；

控制单元，用于控制所述功率放大单元对所述信号源单元产生的所述电磁波进行预设倍数的放大处理后，输出给所述同轴腔。

由于本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统是利用同轴结构的腔体作为电磁波的载体，其产生的电磁场分布均匀，能够很好的再现真实的电磁辐射场景，提高了对活体细胞实验结果的准确。

附图说明

以下通过附图及具体实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统的原理图；

图2是图1中同轴腔的结构图；

图3是图1中中心控制单元的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统的原理，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。

本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统包括：中心控制单元1，用于输出预设频率、功率和/或辐照时间的电磁波；输入端连接中心控制单元1、且放置有活体细胞的密闭同轴腔2，用于利用中心控制单元1输出的电磁波形成不同频率、场强和辐照时间的电磁场，并利用该电磁场对该活体细胞进行电磁辐射实验。

由于本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统是利用具有同轴结构的同轴腔2作为电磁波的载体，其产生的电磁场分布均匀，能够很好的再现真实的电磁辐射场景，提高了对活体细胞实验结果的准确。

为了保证信号能够顺利进入同轴腔2，且减小同轴腔2端口处的电磁波反射，本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统还包括通过第一接口连接同轴腔2输出端的匹配负载3；同轴腔2是顺次通过第二接口和一线缆连接中心控制单元1的。为了进一步使得同轴腔2端口出的电磁波反射达到最小，该线缆的阻值与匹配负载3的阻值相等、且均等于50欧姆。

本发明中，第一接口和/或第二接口优选为N型接头，当然，具体实现时，还可以选择其它类型的接口。

图2示出了图1中同轴腔2的结构。

同轴腔2包括：密闭金属外壳；以及置于该金属外壳中的放置有活体细胞的载物台2；其与中心控制单元1和匹配负载3的连接关系如上所述，在此不再赘述。

为了保证实验过程中活体细胞的活性，需要控制同轴腔2中的温度，为此，同轴腔2还包括：制冷单元22；加热单元23；温度传感器21，用于感应同轴腔2中的温度，并输出温度值模拟量；此时，中心控制单元1还用于将温度传感器21输出的温度值模拟量转换为温度值数字量，并将其与预设的温度范围值进行比较，当该温度值数字量高于该温度范围值的上限时，控制制冷单元22对同轴腔2进行制冷，以降低该金属外壳内的温度，当该温度值数字量低于该温度范围值的下限时，控制加热单元23对同轴腔2进行加热，以提高该金属外壳内的温度，从而保持金属外壳内的温度值在预设的温度范围值内。

为了进一步保证实验过程中活体细胞的活性，还需要控制同轴腔2中的二氧化碳浓度，为此，同轴腔2还包括：二氧化碳生成单元25；二氧化碳传感器24，用于感应同轴腔2中的二氧化碳浓度，并输出二氧化碳浓度值模拟量；此时，中心控制单元1还用于将二氧化碳传感器24输出的二氧化碳浓度值模拟量转换为二氧化碳浓度值数字量，并将其与预设的二氧化碳浓度值进行比较，当该二氧化碳浓度值数字量低于预设的二氧化碳浓度值时，控制二氧化碳生成单元25向同轴腔2金属外壳内释放二氧化碳，以提高同轴腔2金属外壳内的二氧化碳浓度，从而保证该金属外壳内的二氧化碳浓度在预设的二氧化碳浓度值以上。

为了进一步保证实验过程中活体细胞的活性，还需要保持同轴腔2中的湿度，为此，同轴腔2还包括：盛有水溶液的盛水容器26，以保证同轴腔2金属外壳内的湿度。

其中，制冷单元22、加热单元23和二氧化碳生成单元25中的一个或几个可以置于同轴腔2金属外壳之内或之外。优选地，制冷单元22和加热单元23分别为贴于金属外壳外表面的帕尔贴；二氧化碳生成单元25为置于金属外壳之外的一二氧化碳储气罐，且该二氧化碳储气罐的出气口通过软管接入该金属外壳之内。

本发明中，由同轴腔2的两端分别通过接口连接腔体外部，使得其输入端-输出端的方向呈现一渐变弧形，为了更好的实现阻抗匹配，同轴腔2的金属外壳沿同轴腔2输入端-输出端的方向为一渐变结构，且在同轴腔2任一横切面所在的平面内，同轴腔2的外导体与内导体的直径的比值优选为2.3，经测算，当电磁波频率在0-3GHz范围内时，同轴腔2两端端口的反射系数此时小于-20分贝。

图3示出了图1中中心控制单元1的结构。

中心控制单元1包括：功率放大单元13；信号源单元11，用于产生预设频率、功率和/或辐照时间的电磁波；控制单元12，用于控制功率放大单元13对信号源单元11产生的电磁波进行预设倍数的放大处理后，输出给同轴腔2。优选地，信号源单元11产生的电磁波的频率在0-3GHz范围内，以实现对活体细胞的宽频电磁辐射实验。

当需要对同轴腔2中的温度进行控制时，在本发明一个实施例中，中心控制单元1还可以包括：连接温度传感器21的模/数转换单元14，用于将温度传感器21输出的温度值模拟量转换为温度值数字量；继电器单元16，包括开关连接在制冷单元22供电回路中的第一继电器和开关连接在加热单元23的供电回路中的第二继电器；继电器控制单元15。此时，控制单元12还用于将温度传感器21输出的温度值模拟量转换为温度值数字量，并将其与预设的温度范围值进行比较，当该温度值数字量高于该温度范围值的上限时，通过控制继电器控制单元15，控制第一继电器的开关闭合，使得制冷单元22开始对同轴腔2进行制冷，当该温度值数字量低于该温度范围值的下限时，通过控制继电器控制单元15，控制第二继电器的开关闭合，使得加热单元23开始对同轴腔2进行加热，从而保持金属外壳内的温度值在预设的温度范围值内。

当需要对同轴腔2中的温度进行控制时，在本发明另一个实施例中，制冷单元22和加热单元23分别为贴于金属外壳外表面的帕尔贴，此时，中心控制单元1还可以包括：连接温度传感器21的模/数转换单元14，用于将温度传感器21输出的温度值模拟量转换为温度值数字量；同时连接在制冷单元22和加热单元23供电回路中的功率变换单元17，功率变换单元17还同时连接控制单元12。此时，控制单元12还用于将温度传感器21输出的温度值模拟量转换为温度值数字量，并将其与预设的温度范围值进行比较，当该温度值数字量高于该温度范围值的上限时，通过控制功率变换单元17，控制流过制冷单元22和加热单元23中的电流方向，进而控制帕尔贴的制冷或加热。

当制冷单元22和加热单元23分别为贴于金属外壳外表面的帕尔贴时，由于流过帕尔贴的电流强度决定了帕尔贴制冷或加热的强度，为此，控制单元12还可以用于通过控制功率变换单元17，进而控制流过制冷单元22或加热单元23的电流，以达到帕尔贴对同轴腔2加热或制冷速率的控制。

当需要对同轴腔2中的二氧化碳浓度进行控制时，模/数转换单元14还用于将二氧化碳传感器24输出的二氧化碳浓度值模拟量转换为二氧化碳浓度值数字量，此时，控制单元12还用于将该二氧化碳浓度值数字量与预设的二氧化碳浓度值进行比较，当该二氧化碳浓度值数字量低于预设的二氧化碳浓度值时，控制二氧化碳生成单元25向同轴腔2金属外壳内释放二氧化碳，以保证该金属外壳内的二氧化碳浓度在预设的二氧化碳浓度值以上。例如，当二氧化碳生成单元25为电子阀门控制的储气罐时，控制单元12通过控制电子阀门的动作，达到控制储气罐释放二氧化碳与否的目的，此时，为了消除控制单元12与电子阀门之间的电信号干扰，在控制单元12与该电子阀门之间，还可以连接有一光耦隔离单元。

为了实现对电磁波辐射强度、辐射频率以及辐射时间的控制，中心控制单元1还可以包括：信号输入单元18，用于接收用户输入的辐射强度、辐射频率和/或辐射时间的设置信息；此时，控制单元12还用于根据信号输入单元18接收到的设置信息，控制信号源单元11生成具有相应辐射强度、辐射频率、辐射时间的电磁波。

另外，中心控制单元1还可以包括：显示单元(图中未示出)，用于显示用户输入的辐射强度、辐射频率、辐射时间的设置信息和/或目前的工作状态信息等。

由于本发明提供的细胞用电磁辐射实验系统是利用同轴结构的腔体作为电磁波的载体，其产生的电磁场分布均匀，能够很好的再现真实的电磁辐射场景，提高了对活体细胞实验结果的准确。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述系统包括：

中心控制单元，用于输出预设频率、功率和辐照时间的电磁波；

输入端连接所述中心控制单元、且放置有活体细胞的密闭同轴腔，用于利用所述中心控制单元输出的所述电磁波形成不同频率、场强和辐照时间的电磁场，并利用所述电磁场对所述活体细胞进行电磁辐射实验；

所述同轴腔包括：

作为所述同轴腔的外导体的密闭金属外壳；

置于所述金属外壳中、放置有所述活体细胞的载物台；

所述同轴腔还包括：

二氧化碳生成单元；

二氧化碳传感器，用于感应所述同轴腔中的二氧化碳浓度，并输出二氧化碳浓度值模拟量；

所述中心控制单元还用于将所述二氧化碳传感器输出的所述二氧化碳浓度值模拟量转换为二氧化碳浓度值数字量，并将所述二氧化碳浓度值数字量与预设的二氧化碳浓度值进行比较，当所述二氧化碳浓度值数字量低于预设的所述二氧化碳浓度值时，控制所述二氧化碳生成单元向所述金属外壳内释放二氧化碳。

2.如权利要求1所述的细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述系统还包括：

一线缆；

第一接口；

第二接口；以及

通过所述第一接口连接所述同轴腔输出端的匹配负载；

所述同轴腔是顺次通过所述第二接口和所述线缆连接所述中心控制单元的。

3.如权利要求2所述的细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述线缆的阻值与所述匹配负载的阻值均为50欧姆。

4.如权利要求1所述的细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述同轴腔还包括：

制冷单元；

加热单元；

温度传感器，用于感应所述同轴腔中的温度，并输出温度值模拟量；

所述中心控制单元还用于将所述温度传感器输出的所述温度值模拟量转换为温度值数字量，并将所述温度值数字量与预设的温度范围值进行比较，当所述温度值数字量高于所述温度范围值的上限时，控制所述制冷单元对所述同轴腔进行制冷，以降低所述金属外壳内的温度，当所述温度值数字量低于所述温度范围值的下限时，控制所述加热单元对所述同轴腔进行加热，以提高所述金属外壳内的温度。

5.如权利要求4所述的细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述制冷单元和加热单元分别为贴于所述金属外壳外表面的帕尔贴。

6.如权利要求1所述的细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述同轴腔还包括：盛有水溶液的盛水容器。

7.如权利要求1至5任一项所述的细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述同轴腔沿所述同轴腔的输入端及输出端的方向均为一渐变变小的结构，且在所述同轴腔任一横切面所在的平面内，所述同轴腔的外导体的直径与内导体的直径的比值为2.3。

8.如权利要求1至5任一项所述的细胞用电磁辐射实验系统，其特征在于，所述中心控制单元包括：

功率放大单元；

信号源单元，用于产生预设频率、功率和辐照时间的电磁波；

控制单元，用于控制所述功率放大单元对所述信号源单元产生的所述电磁波进行预设倍数的放大处理后，输出给所述同轴腔。

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