CN103776682B - 微波辐照腔、微波辐照系统及微波辐照和实时观测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微波辐照腔、微波辐照系统及微波辐照和实时观测方法。该微波辐照腔包括：壳体，其内部形成长方体形的空腔，所述壳体的两个端壁在中央位置处分别设有微波接收接口和微波吸收接口，所述壳体的顶壁在中央位置处设有第一开口，底壁在中央位置处设有第二开口；以及遮挡件，覆盖于所述壳体的第一开口处，所述遮挡件的中心开有通孔。本发明的技术方案可以直接接入实时观测分析仪器实时地进行生物指标观测，微波泄漏少，微波辐照腔的截面积可调，能够实现不同频率微波的复合照射。
Description
技术领域
本发明涉及微波辐照领域，具体地，涉及一种微波辐照腔、一种包括该微波辐照腔的微波辐照系统、以及一种利用该微波辐照系统对生物样品进行微波辐照和实时观测的方法，用于实现对生物样品的复合照射及实时观测。
背景技术
微波技术是近代科学技术发展的重大成就之一，微波辐照对生物体的健康危害和可能的不利影响已引起越来越多的重视，成为重要的研究领域。
微波是指频率为300MHz～300GHz，相应波长为1m～1mm的电磁波。该频段的电磁波，光子的能量不足以使生物大分子电离或DNA断裂，属于非电离辐射，其大部分波段的波长接近或大于生物体的尺寸，受微波共振、散射、衍射等性质的影响，生物体对微波的吸收与能量转换十分复杂，损伤规律和作用机制尚不明确，因此人们越来越重视微波的生物效应研究。
微波辐照腔是微波生物效应研究所用的设备。微波辐照腔具有一个腔体，其一端与信号源相连，另一端连接负载。使用时将生物样品放入腔体内，施加微波，试验后观察样品的生物学变化。
现有的微波辐照腔及微波辐照系统，只能提供封闭的辐射空间与固定的辐射方式。由于微波对实时观测分析仪器的强烈干扰，现有的微波辐照系统无法接入显微镜等实时观测分析仪器，不能实现对生物样品的实时观测分析。因此，只能在微波辐照结束后，再从微波辐照腔内取出样品，观察、分析样品的生物效应，这在时间上是滞后的，导致大量的瞬时、不可恢复性变化无法及时获取，不利于微波与生物早期相互作用过程和相应的生物效应机制的研究和探讨。
另外，现有的微波辐照腔的尺寸是固定的，因此只能与一个特定频率的微波信号相连。也就是说，微波信号源、辐照腔和负载都是固定且一一对应的，如果想改变微波信号的频率，就需要另外制作一个微波辐照腔，并配以不同的负载。这样就需要准备很多套设备。
而且，在进行复杂电磁环境下的生物效应研究时，由于缺乏微波复合照射装置，现在通常采用的方法是在时间上错开，先照射某一个频率的微波，再照射另外一个频率的微波，最后再观察样品的生物学变化，这在实验设计上是不严谨的，因为多路微波同时复合照射可能会比单路微波依次照射危害大得多。
因此，需要一种新的微波辐照腔以及微波辐照系统，以克服现有技术中的至少一个缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型的微波辐照腔、一种包括该微波辐照腔的模块化的微波辐照系统、以及一种利用该微波辐照系统对生物样品进行微波辐照和实时观测的方法，该系统和方法能够直接接入激光扫描共聚焦显微镜等实时观测分析仪器，并进行多路不同频率微波的复合照射，从而解决现有微波辐照系统中存在的问题。
根据本发明的一方面，提供了一种微波辐照腔，包括：壳体，其内部形成长方体形的空腔，所述壳体的两个端壁在中央位置处分别设有微波接收接口和微波吸收接口，所述壳体的顶壁在中央位置处设有第一开口，底壁在中央位置处设有第二开口；以及遮挡件，覆盖于所述壳体的第一开口处，所述遮挡件的中心开有通孔。
优选地，壳体的两个端壁上沿横向方向设有导轨，壳体的两个侧壁的与所述导轨对应的侧边位置处设有凹部，所述侧壁能够沿所述导轨滑动，从而改变空腔的截面积。
优选地，壳体的底壁上还设有带有塞子的第三开口，一旋转拨动机构能够通过所述第三开口伸入所述空腔中。
优选地，所述第一开口大于所述第二开口，并且所述通孔远小于所述第一开口。
优选地，遮挡件为片状，且通过螺钉固定于所述壳体的顶壁上。
优选地，壳体的顶壁上设有两个突出部，遮挡件的边缘设有延伸部，所述延伸部插入两个突出部之间，遮挡件通过穿过所述突出部和所述延伸部的销连接件枢转地连接于壳体的顶壁上，遮挡件的边缘处设有垂直于其平面的凸缘。
优选地，遮挡件的边缘处设有垂直于其平面的凸缘，壳体的顶壁上设有凹槽，所述凸缘插入于所述凹槽中。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述微波辐照腔的微波辐照系统，包括：一个或多个微波信号源，产生并发射微波信号；一个或多个功率放大器，与所述微波信号源连接，将所述微波信号源输出的微波信号进行调制放大；波导多工器，与所述功率放大器相连，将多路微波信号进行耦合；微波辐照腔，与所述波导多工器相连，所述波导多工器连接至所述微波辐照腔的微波接收接口；以及可变负载，所述微波辐照腔的微波吸收接口连接至所述可变负载，所述可变负载对从所述微波辐照腔出来的微波进行消耗吸收。
进一步地，该微波辐照系统还包括：监控模块，连接至所述微波辐照腔之前和/或之后，用于对将输入到所述微波辐照腔中的微波信号和/或从所述微波辐照腔出来的微波信号进行监测和控制并监控经过所述微波辐照腔的微波泄漏。
根据本发明的再一方面，提供了一种利用上述微波辐照系统对生物样品进行微波辐照和实时观测的方法，包括以下步骤：根据生物样品的特性，设定所需的微波信号的频段和功率，并选择一个或多个微波信号源以及一个或多个功率放大器；根据所设定的微波信号的频段和功率，相应地推动或拉动所述微波辐照腔的侧壁，从而调整所述微波辐照腔的空腔的大小；将装有生物样品的培养皿通过所述微波辐照腔顶壁上的第一开口放置在空腔内；将遮挡件覆盖于所述微波辐照腔的第一开口处，使光线通过所述遮挡件上的通孔进入并置入光纤测温探头和/或摄像头；对所述微波辐照腔内的生物样品进行微波辐照；以及利用观测分析仪器通过所述壳体底壁上的第二开口对所述微波辐照腔内的生物样品进行实时观测。
通过采用本发明的上述技术方案，能够实现如下的有益技术效果：
（1）实时观测：本发明的微波辐照腔可以直接接入实时观测分析仪器实时地进行生物指标观测。
（2）电磁兼容：通过特殊的开孔设计保证微波辐照腔的微波泄漏极少，不会对观测分析仪器产生电磁干扰。
（3）调节方便：微波辐照腔的截面积设计为可调节的，对于不同频段的微波，可以调节微波辐照腔的侧壁，从而相应地改变微波辐照腔的截面积。
（4）模块化复合照射：可以根据微波生物效应研究的需要配置一路或多路微波信号，实现微波复合照射，方便灵活。而且对于不同频率微波的生物效应试验，只需要一套设备即可。
附图说明
图1是根据本发明的微波辐照系统的示意图；
图2是根据本发明实施例的微波辐照腔的立体图；
图3是示出根据本发明一实施例的微波辐照腔的正面剖视图；
图4是根据图3所示微波辐照腔的俯视图；
图5是示出根据本发明另一实施例的微波辐照腔的正面剖视图；
图6是根据图5所示微波辐照腔的俯视图；
图7是示出根据本发明再一实施例的微波辐照腔的正面剖视图；
图8是根据图7所示微波辐照腔的俯视图。
具体实施方式
下面参照附图详细介绍本发明的示例性实施例。提供这些示例性实施例的目的是使得本领域普通技术人员能够清楚地理解本发明，并且根据这里的描述，能够实现本发明。附图和具体实施例不旨在对本发明进行限定，本发明的范围由所附权利要求所限定。
图1是根据本发明的微波辐照系统100的示意图。
如图1所示，该微波辐照系统100包括一个或多个微波信号源30、一个或多个功率放大器40、波导多工器50、微波辐照腔60、以及负载70。
在该微波辐照系统100中，微波信号源30产生并发射微波，功率放大器40将微波信号源30输出的微波信号进行调制放大，根据复合照射的需要可以选择一个或多个微波信号源30以及一个或多个功率放大器40；波导多工器50连接至微波辐照腔60的微波接收接口，将多路微波信号耦合输入到微波辐照腔60中；根据不同的微波频段，可调节微波辐照腔60的侧壁，使其具有不同横截面的空腔，具体见下面对微波辐照腔60的描述；微波辐照腔60的微波吸收接口642连接至负载70，所述负载70对从微波辐照腔60出来的微波进行消耗吸收，负载70可以采用可调的适配电阻的形式。
由于负载70为可变负载，当微波信号源30改变时，仅需调整该可变负载，而无需更换负载。
波导多工器50将来自一个或多个功率放大器40的多路微波信号进行耦合，使耦合后的微波信号适合于微波辐照腔60。
该微波辐照系统100还可以包括电源模块（图中未示出）和监控模块20。电源模块为整个系统供电，具体地，电源模块为微波信号源30、功率放大器40，可选地波导多工器50和监控模块供电。为了对待输入到微波辐照腔60中的微波信号和/或从微波辐照腔60出来的微波信号进行监测和控制，并监控经过微波辐照腔60的微波泄漏，设置了监控模块20，当微波输入功率超出设定范围或系统异常时，监控模块20能够给出报警信号。
图2是根据本发明实施例的微波辐照腔60的立体图；
图3是示出根据本发明一实施例的微波辐照腔60的正面剖视图；
图4是根据图3所示微波辐照腔60的俯视图。
如图2和图3所示，微波辐照腔60包括：壳体61，其内部形成大致长方体形的空腔，所述壳体的两个端壁64大致在中央位置处分别设有微波接收接口641和微波吸收接口642，壳体的顶壁62大致在中央位置处设有第一开口621，壳体的底壁63大致在中央位置处设有第二开口631；以及遮挡件66，覆盖于壳体61的第一开口621处，所述遮挡件66的中心开有通孔661。如图2中所示，壳体的端壁64指左、右壁，侧壁指前、后壁。
壳体61由反射微波的材料或能够防止微波穿透的材料制成，或者内壁涂覆有反射微波的材料层。装有生物样品的培养皿可通过第一开口611放入空腔内，接受从微波接收接口641进来的微波辐照。遮挡件66可以为矩形形状，也可以为圆形形状，采用中心留有小的通孔661的遮挡件66的目的，一是减少从壳体顶壁上的第一开口611泄漏出来的微波，二是便于聚光器光线从通孔661处进入以及光纤测温探头和/或摄像头的置入。底壁上的第二开口631与顶壁上的第一开口621在竖直方向上对应，便于光线的直接照射，并且便于利用实时观测分析仪器通过底壁上的第二开口632对培养皿底部的贴壁细胞进行观察。因此，在尺寸上，第一开口621大于第二开口631，并且通孔661远小于第一开口621。例如，第一开口的尺寸为30-40mm，第二开口的尺寸为20-30mm，通孔的尺寸为3-10mm。
不同频率的微波进行复合照射时，需要对应不同的横截面面积。为了使本发明的微波辐照腔60适合于不同频段的微波信号，可以将微波辐照腔60的横截面设计成可调节的，例如，通过改变壳体空腔的宽度。具体地，如图2和图3所示，在壳体61的两个端壁64上沿横向方向设有突起或导轨643，并且在壳体的两个侧壁65的与导轨对应的侧边位置处设有凹部651，侧壁65能够沿导轨643滑动，从而改变壳体空腔的截面积。当然，也可以在两个端壁64上沿横向方向设置凹部，并在两个侧壁65的与该凹部对应的侧边位置处设置突起，通过突起在凹部内滑动来改变壳体空腔的截面积。侧壁65与空腔之间可以采用过盈配合或过渡配合，以减少微波的泄漏。侧壁65的外表面上可以设置把手652，以方便地推动或拉动侧壁65，使之能够在空腔内滑动。可选地，在侧壁与顶壁和端壁之间的缝隙处设置有密封件。
壳体底壁63的下部可以设置支脚633，以调整微波辐照腔60的高度，从而便于实时观测分析仪器通过第二开口632对培养皿底部的贴壁细胞进行观察。
为了对培养皿底部的贴壁细胞进行全方位观察，可以改变壳体底壁上的培养皿的位置和角度。为此，可选地在壳体61的底壁63上还设有第三开口632，一旋转拨动机构（未示出）通过第三开口632伸入空腔中对培养皿的位置和角度进行拨动。该旋转拨动机构可以采用现有技术中已知的工具，例如不同不导电材质的棒状物，只要能够改变培养皿的位置即可。现有技术中培养皿的位置不能改变，本发明通过第三开口的设置使得培养皿的位置可以改变。
为了减少微波泄漏，第三开口可以设置一个由防微波透过的材质制成的塞子，不用第三开口时用塞子封住该第三开口。更优选地，也可以从第三开口中置入光源、摄像头等。如果塞子由透明材质制成，也可以从该第三开口进行观察，可以在微波辐照腔内同时放置两个或两个以上的培养皿，有利于进行比较试验。
为了便于使用又防止遮挡件66的丢失，遮挡件66与壳体61的顶壁62之间可以采用可拆卸连接的方式。图3和图4是示出遮挡件66与壳体61的顶壁62之间的一种连接方式的示意图。如图3和图4所示，遮挡件66为片状，圆形或矩形均可，并且可通过螺钉67固定于壳体61的顶壁62上。
图5和图6示出了遮挡件66与壳体61的顶壁62之间的另一种可拆卸的便利连接方式。图5是示出根据本发明另一实施例的微波辐照腔的正面剖视图；图6是根据图5所示微波辐照腔的俯视图。如图5和图6所示，壳体的顶壁62上设有两个突出部622，遮挡件66的边缘设有延伸部662，延伸部662插入两个突出部622之间，遮挡件66通过穿过突出部622和延伸部662的销连接件68枢转地连接于壳体的顶壁62上。遮挡件66的边缘处朝向壳体的顶壁设有垂直于其平面的凸缘663，凸缘663罩住顶壁62上的第一开口621，从而防止微波泄漏。
遮挡件66与壳体61的顶壁62之间还可以采用简单的固定方式。图7是示出根据本发明再一实施例的微波辐照腔的正面剖视图；图8是根据图7所示微波辐照腔的俯视图。如图7和图8所示，遮挡件66的边缘处朝向所述壳体的顶壁设有垂直于其平面的凸缘663，壳体61的顶壁上设有凹槽623，凸缘663可插入于凹槽623中。使用时，将遮挡件66的凸缘663简单地放置在壳体顶壁62上的凹槽623即可。
本发明还提供了一种利用上述的微波辐照系统100对生物样品进行微波辐照和实时观测的方法，包括以下步骤：根据生物样品的特性，设定所需的微波信号的频段和功率，并选择一个或多个微波信号源30以及一个或多个功率放大器40；根据所设定的微波信号的频段和功率，相应地推动或拉动微波辐照腔60的侧壁65，从而调整微波辐照腔60的空腔的大小；将装有生物样品的培养皿通过微波辐照腔60顶壁62上的第一开口621放置在空腔内；将遮挡件66覆盖于第一开口621处，使光线通过遮挡件66上的通孔661进入并置入光纤测温探头和/或其它监测探头；对微波辐照腔60内的生物样品进行微波辐照；以及利用观测分析仪器通过微波辐照腔60的底壁63上的第二开口631对微波辐照腔60内的生物样品进行实时观测。
这里，观测分析仪器可以是显微镜、电子显微镜、或者普通显微镜与照相机或摄像机的组合，以便于实时观测分析，并降低微波对人的影响。
本发明的设计方案实现了优于现有技术的技术效果：
实时观测：由于本发明的微波辐照腔可以直接接入实时观测分析仪器，所以能够实时地进行生物指标观测。
电磁兼容：通过遮挡件的特殊开孔设计既保证了微波辐照腔的微波泄漏极少，又不会对观测分析仪器产生电磁干扰。
调节方便：微波辐照腔的截面积设计为可调节的，对于不同频段的微波，可以调节微波辐照腔的侧壁，从而相应地改变微波辐照腔的截面积，并相应地改变可变负载的大小。
模块化复合照射：根据微波生物效应研究的需要，可以配置一路或多路微波信号，并相应地调整微波辐照腔和可变负载，实现微波复合照射，方便灵活。因此，对于不同频率微波的生物效应试验，只需要一套设备即可。
虽然已经示出并描述了本发明的优选实施例，但是可以对其进行各种更改和替换，这并不背离本发明的精神和范围。因此，将理解的是，已经通过示例而非限定的方式描述了本发明。
Claims (10)
1.一种微波辐照腔(60)，其特征在于，所述微波辐照腔包括：
壳体(61)，其内部形成长方体形的空腔，所述壳体(61)的两个端壁(64)在中央位置处分别设有微波接收接口(641)和微波吸收接口(642)；微波辐照腔的侧壁(65)可调节，使微波辐照腔具有不同横截面的空腔；所述壳体的顶壁(62)在中央位置处设有第一开口(621)，装有生物样品的培养皿通过所述第一开口(621)放入所述微波辐照腔(60)内，且所述壳体的底壁(63)在中央位置处设有与所述第一开口(621)在竖直方向上相对应的第二开口(631)；以及
遮挡件(66)，覆盖于所述壳体(61)的第一开口(621)处，所述遮挡件(66)的中心开有通孔(661)。
2.根据权利要求1所述的微波辐照腔(60)，其特征在于，所述壳体(61)的两个端壁(64)上沿横向方向设有导轨(643)，所述壳体的两个侧壁(65)的与所述导轨对应的侧边位置处设有凹部(651)，所述侧壁能够沿所述导轨滑动，从而改变所述空腔的截面积。
3.根据权利要求1所述的微波辐照腔(60)，其特征在于，所述壳体的底壁(63)上还设有带有塞子的第三开口(632)，一旋转拨动机构能够通过所述第三开口伸入所述空腔中。
4.根据权利要求1所述的微波辐照腔(60)，其特征在于，所述第一开口(621)大于所述第二开口(631)，并且所述通孔(661)远小于所述第一开口(621)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微波辐照腔(60)，其特征在于，所述遮挡件(66)为片状，且通过螺钉(67)固定于所述壳体(61)的顶壁(62)上。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的微波辐照腔(60)，其特征在于，所述壳体(61)的顶壁上设有两个突出部(622)，所述遮挡件(66)的边缘设有延伸部(662)，所述延伸部插入两个突出部之间，所述遮挡件(66)通过穿过所述突出部和所述延伸部的销连接件(68)而枢转地连接于所述壳体(61)的顶壁上，所述遮挡件(66)的边缘处朝向所述壳体的顶壁设有垂直于其平面的凸缘(663)，所述凸缘罩住所述第一开口(621)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的微波辐照腔(60)，其特征在于，所述遮挡件(66)的边缘处朝向所述壳体的顶壁设有垂直于其平面的凸缘(663)，所述壳体(61)的顶壁上设有凹槽(623)，所述凸缘(663)插入于所述凹槽(623)中。
8.一种微波辐照系统(100)，其特征在于，所述系统包括：
多个微波信号源(30)，产生并发射微波信号；
多个功率放大器(40)，与所述微波信号源(30)连接，将所述微波信号源(30)输出的微波信号进行调制放大；
波导多工器(50)，与所述功率放大器(40)相连，将多路微波信号进行耦合；
根据权利要求1至7中任一项所述的微波辐照腔(60)，与所述波导多工器(50)相连，所述波导多工器(50)连接至所述微波辐照腔(60)的微波接收接口(641)；以及
可变负载(70)，所述微波辐照腔(60)的微波吸收接口(642)连接至所述可变负载(70)，所述可变负载(70)对从所述微波辐照腔(60)出来的微波进行消耗吸收。
9.根据权利要求8所述的微波辐照系统(100)，其特征在于，进一步包括：
监控模块(20)，连接至所述微波辐照腔(60)之前和/或之后，用于对将输入到所述微波辐照腔(60)中的微波信号和/或从所述微波辐照腔(60)出来的微波信号进行监测和控制并监控经过所述微波辐照腔(60)的微波泄漏。
10.一种利用权利要求8或9所述的微波辐照系统(100)对生物样品进行微波辐照和实时观测的方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据生物样品的特性，设定所需的微波信号的频段和功率，并选择微波信号源(30)以及功率放大器(40)；
根据所设定的微波信号的频段和功率，相应地推动或拉动所述微波辐照腔(60)的侧壁(65)，从而调整所述微波辐照腔(60)的空腔的大小；
将装有生物样品的培养皿通过所述微波辐照腔(60)顶壁上的第一开口(621)放置在空腔内；
将遮挡件(66)覆盖于所述微波辐照腔(60)的第一开口(621)处，使光线通过所述遮挡件(66)上的通孔(661)进入并置入光纤测温探头和/或其它监测探头；
对所述微波辐照腔(60)内的生物样品进行微波辐照；以及
利用观测分析仪器通过所述壳体(61)底壁上的第二开口(631)对所述微波辐照腔(60)内的生物样品进行实时观测。
Priority Applications (1)
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