CN110018359A - 根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统和方法，包括：工频磁场发生装置、磁场强度测量装置、动物神经瘤母细胞试验盒和处理器；磁场强度测量装置与工频磁场发生装置相连接；动物神经瘤母细胞试验盒置于工频磁场发生装置中，用以使得动物神经瘤母细胞试验盒中的动物神经瘤母细胞暴露在工频磁场发生装置产生磁场中；处理器与磁场强度测量装置和工频磁场发生装置均相连接，用以接收磁场强度测量装置发送的磁场强度数据，并根据实时测量的动物神经瘤母细胞在磁场中的生物学指标数据控制工频磁场发生装置产生预设强度的磁场，并将各生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度，确定为最优磁场强度。
Description
技术领域
本发明涉及工频磁场技术领域，具体而言，涉及一种根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统和方法。
背景技术
极低频电磁场（Extremely low frequency electromagnetic， ELF EMF）是指频率在300Hz以下的交变电磁场，在人们日常生活中通常由输变电工程以及各类家用电器所产生。近年来，研究发现，ELF EMF暴露在生物领域表现出较好的影响和极好的应用前景。同时为了避免大剂量ELF EMF的过度暴露对生物造成的损伤作用，明确ELF EMF的暴露强度阈值具有重要的科学意义和应用价值，然而现有技术中尚没有相应的系统和方法来调节极低频电磁场的暴露强度。
发明内容
鉴于此，本发明提出了一种根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统和方法，旨在解决现有技术中极低频电磁场暴露强度难以准确调节的问题。
一个方面，本发明提出了一种根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，包括：工频磁场发生装置、磁场强度测量装置、动物神经瘤母细胞试验盒和处理器；其中，所述磁场强度测量装置与所述工频磁场发生装置相连接，用以检测所述工频磁场发生装置产生的磁场强度；所述动物神经瘤母细胞试验盒置于所述工频磁场发生装置中，用以使得所述动物神经瘤母细胞试验盒中的动物神经瘤母细胞暴露在所述工频磁场发生装置产生磁场中；所述处理器与所述磁场强度测量装置和所述工频磁场发生装置均相连接，用以接收所述磁场强度测量装置发送的磁场强度数据，并根据实时测量的所述动物神经瘤母细胞在磁场中的生物学指标数据控制所述工频磁场发生装置产生预设强度的磁场，并将各所述生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度，确定为最优磁场强度。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统中，所述工频磁场发生装置包括：交流电源和磁场线圈；其中，所述交流电源的输出端与所述磁场线圈相连接，用以在所述磁场线圈周围产生强度可调的工频磁场。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统中，所述磁场线圈的轮廓为正方形，其边长大于等于0.4m。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统中，所述磁场测量装置中设置有三维磁场探头，用以测量距离磁场线圈不同区域的磁场强度。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统中，所述工频磁场发生装置能产生的最大磁场强度大于等于2mT。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统中，所述工频磁场发生装置通过调整电压来产生预设强度的磁场。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统中，所述生物学指标包括上清中Aβ的含量、细胞内Tau蛋白的磷酸化水平和细胞内氧化应激水平。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统中，所述生物学指标数据为动物神经瘤母细胞暴露组与对照组之间的变化量。
本发明提供的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，通过处理器控制工频磁场发生装置产生预设强度的磁场，并通过暴露于该磁场中的动物神经瘤母细胞的生物学指标数据的变化量来确定最优磁场强度，并且，通过细胞试验暴露时间短、检测速度快，能快速确定最优磁场强度，为各种医疗仪器的研发提供了理论支撑和实践指导，在工业上具有广泛的应用价值。
另一方面，本发明还提出了一种根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法，包括以下步骤：步骤1，将动物神经瘤母细胞试验盒置于工频磁场发生装置中，使得所述动物神经瘤母细胞试验盒中的动物神经瘤母细胞在预设强度的磁场中暴露预设时间；步骤2，经过预设时间的暴露后，检测所述动物神经瘤母细胞的生物学指标；步骤3，控制所述工频磁场发生装置产生以预设步长变化的磁场，另取动物神经瘤母细胞试验盒，在完成预设的N组强度的磁场暴露试验之前，重复步骤1-2，N为大于等于2的整数； 步骤4，在预设的N组强度的磁场暴露试验中，将所述动物神经瘤母细胞生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度确定为最优磁场强度。
进一步地，上述根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法中，所述动物神经瘤母细胞试验盒为多个，将各所述动物神经瘤母细胞试验盒置于所述工频磁场发生装置产生的磁场区域中，使得动物神经瘤母细胞接收所述磁场暴露，将所述动物神经瘤母细胞的各生物学指标数据达到最大值的试验盒所处位置的磁场强度确定为最优磁场强度。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法，通过将动物神经瘤母细胞试验盒置于工频磁场发生装置中不同磁场强度的区域中；使得所述动物神经瘤母细胞在磁场中暴露预设时间后，检测所述动物神经瘤母细胞的各项生物学指标，并将各所述生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度确定为最优磁场强度；方法简单，操作易行且测试结果准确率较高。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法的流程图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
装置实施例：
参阅图1，本发明实施例的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统包括：工频磁场发生装置1、磁场强度测量装置、动物神经瘤母细胞试验盒2和处理器；其中，磁场强度测量装置与工频磁场发生装置1相连接，用以检测工频磁场发生装置1产生的磁场强度；动物神经瘤母细胞试验盒2置于工频磁场发生装置1中，用以使得动物神经瘤母细胞试验盒2中的动物神经瘤母细胞暴露在工频磁场发生装置产生磁场中；处理器与磁场强度测量装置和工频磁场发生装置1均相连接，用以接收磁场强度测量装置发送的磁场强度数据，并根据实时测量的动物神经瘤母细胞在磁场中的生物学指标数据控制工频磁场发生装置1产生预设强度的磁场，并将各所述生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度确定为最优磁场强度。
具体而言，工频磁场发生装置1可以选用现有技术中任意一种磁场发生装置，能产生稳定的工频磁场即可。本实施例中，工频磁场发生装置1能产生的最大磁场强度大于等于2mT即可。需要说明的是，本发明实施例中，工频磁场发生装置包括其自身和其在周围产生的磁场区域。
更具体的，工频磁场发生装置1可以包括：交流电源11和磁场线圈12；其中，交流电源11的输出端与磁场线圈12相连接，用以在磁场线圈12周围产生强度可调的工频磁场。磁场线圈12的轮廓可以为方形、圆形等，本实施例中，磁场线圈12的轮廓为正方形，其边长大于等于0.4m。所述磁场测量装置中设置有三维磁场探头，用以测量距离磁场线圈不同区域的磁场强度。
动物神经瘤母细胞试验盒2可以为现有技术中任意一种能存放动物细胞的试验盒，本发明对其形状、尺寸和材质均不作任何限定。其中，动物神经瘤母细胞可以为小鼠神经瘤母细胞（N2a），小鼠神经瘤母细胞在磁场中的暴露时间可以根据实际情况确定，例如8小时。
本发明实施例中，为了确定最优工频磁场强度，需在多组强度的磁场中分别进行试验，每组试验中，包括暴露组和对照组试验盒，相应的每组试验中，暴露组和对照组中的动物神经瘤母细胞试验盒可以为多个，例如22个，其中，设计11个作为暴露组，11个作为对照组，可以事先将暴露组和对照组的小鼠神经瘤母细胞（N2a）使用双氧水（H2O2）诱导细胞氧化应激或者过表达tau蛋白或Aβ孵育模拟在体状态，从而检测出小鼠神经瘤母细胞的各项生物学指标的初始值。
由于距离磁场线圈不同区域的磁场强度不同，因此，可以将每组强度试验中的多个动物神经瘤母细胞试验盒分别置于与磁场线圈中心距离不同的多个区域中。例如试验时，可以将其中一个暴露组的动物神经瘤母细胞试验盒置于磁场线圈的中心，其他暴露组的动物神经瘤母细胞试验盒分别放置在线圈外侧的不同区域中以进行后续试验。11个对照组分别对应放置在11个暴露组的位置，但该11个对照组未经工频磁场处理，通过对22个试验盒中的动物神经瘤母细胞的生物指标数据进行比对分析，确定局部较优磁场强度范围后，在局部较优的磁场强度范围内按照较小的步长重新选取多个试验盒分别放置在不同的磁场区域中，重复以上试验，依次类推，直至从多个局部较优的磁场强度中找到最优工频磁场强度。
生物学指标可以包括：上清中Aβ的含量、细胞内Tau蛋白的磷酸化水平和细胞内氧化应激水平。动物神经瘤母细胞生物学指标数据为动物神经瘤母细胞暴露组与对照组之间的变化量。生物学指标数据达到最大值是指动物神经瘤母细胞暴露组与对照组之间的变化量最大。当然，这里的变化量为有益变化量，即暴露组和对照组中上清中Aβ的含量、细胞内Tau蛋白的磷酸化水平和细胞内氧化应激水平的减小量均达到最大。实际中，每组实验可以重复多次，取暴露组和对照组之间变化量的平均值，并采用统计学方差分析的方法进行组间的比较，P值<0.05被认为两组间存在统计学差异，其中有益变化量最大的干预强度即为最优磁场强度。
以500μT的磁场暴露为例：在体外培养的动物神经瘤母细胞中，通过过表达Tau蛋白构建AD细胞模型，并将细胞置于50Hz/500μT的磁场和0μT的对照磁场中，暴露8小时。暴露结束后，收集细胞蛋白，并通过Western blot方法检测细胞中Tau蛋白磷酸化水平以及其上游的激酶酯酶（GSK3β、PP2AC、CDK5）的表达。结果显示，与对照磁场暴露相比，50Hz/500μT的磁场暴露可以明显减轻Tau蛋白多个位点（T231、S262、S404、S396）的磷酸化水平（P均<0.05）。同时，检测结果还显示， 50Hz/500μT磁场暴露对其上游的激酶酯酶（GSK3β、PP2AC、CDK5）的表达有着明显调控作用（P均<0.05）。其他强度的暴露试验可以依次类推，可以根据多组试验的结果与找到最佳磁场暴露强度。
实际中，还可以采用多组调节工频磁场强度的系统，以不同的磁场强度同时对多个动物神经瘤母细胞进行暴露试验，可以进一步缩短试验周期，以更为快捷的得到最优磁场强度。
上述显然可以得出，本实施例中提供的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，通过处理器控制工频磁场发生装置产生预设强度的磁场，并通过暴露于该磁场中的动物神经瘤母细胞的生物学指标数据的变化量来确定最优磁场强度，为各种医疗仪器的研发提供了理论支撑和实践指导，在工业上具有广泛的应用价值。
方法实施例：
参阅图2，本发明实施例提供的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法，包括以下步骤：
步骤S1，将动物神经瘤母细胞试验盒置于工频磁场发生装置中，使得所述动物神经瘤母细胞试验盒中的动物神经瘤母细胞在预设强度的磁场中暴露预设时间。
具体而言，可以预先设定N个磁场强度，N为大于等于2的整数；在每一个预先设定的磁场强度下，将多个动物神经瘤母细胞试验盒分别置于工频磁场发生装置产生的预设强度的磁场区域中暴露预设时间，其中，远离所述磁场区域中心各处的磁场强度依次减少。通过磁场测量装置检测远离磁场区域中心不同位置处的磁场强度，并将动物神经瘤母细胞试验盒分别放置在相应位置处。
具体实施时，可以预先调解电源使得工频磁场发生装置中心区域的磁场强度为第一预设值，由于距离线圈中心不同区域的磁场强度大小不同，可以通过磁场测量装置在该工频发生装置的线圈外侧找到磁场强度为0的位置，并以预设的磁场间隔在第一预设值与0之间找到若干磁场强度值，然后取多个动物神经瘤母细胞试验盒置于上述不同磁场强度的位置处，暴露一段时间以使得动物神经瘤母细胞的生物学指标能发生变化。暴露的时间可以根据实际情况确定，能使动物神经瘤母细胞的生物学指标发生改变即可。动物神经瘤母细胞在磁场中的暴露时间可以根据实际情况确定，例如8小时。同时，选取同样数量的动物神经瘤母细胞试验盒作为对照组，对照组的动物神经瘤母细胞试验盒所处的磁场强度为0。
动物神经瘤母细胞试验盒可以为多个样本，例如22个，其中，设计11个作为暴露组，11个作为对照组，由于距离磁场线圈不同区域的磁场强度不同，因此，可以将多个动物神经瘤母细胞试验盒分别置于与磁场线圈中心距离不同的多个区域中。例如测试时，可以将其中一个暴露组的动物神经瘤母细胞试验盒置于磁场线圈的中心，其他暴露组的动物神经瘤母细胞试验盒分别放置在线圈外侧的不同区域中以进行后续试验。11个对照组样本分别对应放置在11个暴露组样本的位置，但该11个对照组样本未经工频磁场处理。
步骤S2，经过预设时间的暴露后，检测所述动物神经瘤母细胞的生物学指标。
具体而言，动物神经瘤母细胞生物学指标可以包括：上清中Aβ的含量变化量、细胞内Tau蛋白的磷酸化水平的变化量和细胞内氧化应激水平的变化量。本实施例中，可以选用小鼠神经瘤母细胞（N2a）进行试验，可以事先将小鼠神经瘤母细胞（N2a）使用双氧水（H2O2）诱导细胞氧化应激或者过表达tau蛋白或Aβ孵育模拟在体状态，从而检测出暴露组和对照组中小鼠神经瘤母细胞的各项生物学指标的初始值 。
本实施例中，对小鼠神经瘤母细胞各生物学指标进行检测的手段不做限定，例如可以包括但不限于以下步骤：
（1）收集细胞上清，采用酶联免疫吸附试验检测上清中Aβ的水平（采用Aβ孵育时不进行此项检测）；
（2）通过DC-FHDA探针并使用流式细胞术检测细胞中ROS的水平，通过Annexin V/PI 双染，采用流式细胞术检测细胞凋亡发生的比率；
（3）提取细胞蛋白，通过Western blot检测细胞中调控氧自由基生成和清除的相关通路蛋白的表达和凋亡相关的通路蛋白的表达等；同时，检测细胞中tau蛋白的不同位点的磷酸化水平及其调控激酶酯酶的表达，Aβ主要通路蛋白的表达等。
步骤S3，控制所述工频磁场发生装置产生以预设步长变化的磁场，另取动物神经瘤母细胞试验盒，在完成预设的N组强度的磁场暴露试验之前，重复步骤1-2，N为大于等于2的整数。
具体而言，本实施例中的步长指的是若干大小的磁场强度，例如200μT、50μT、10μT、1μT等。由于步长足够小，因此可以认为磁场强度连续变化。实际中，可以预设步长提高磁场强度，也可以预设步长降低磁场强度，可以预先设定磁场强度的最大值和最小值，并按照适当的步长调整磁场强度，以对不同动物神经瘤母细胞试验盒中的动物神经瘤母细胞进行磁场暴露试验。。为了保证测试结果的精确性，往往选取多组磁场强度进行暴露试验，每组暴露试验可以对应一个磁场强度值，每组强度的磁场暴露试验可以选取多个试验盒进行试验，以使得在该特定强度下的磁场暴露试验的结果更加精确。此外，可以在以较大步长（如200μT）的磁场强度增量去改变磁场强度时，可以对多个动物神经瘤母细胞试验盒进行多次重复试验。
步骤S4，在预设的N组强度的磁场暴露试验中，将所述动物神经瘤母细胞生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度确定为最优磁场强度。
具体而言，动物神经瘤母细胞生物学指标数据为动物神经瘤母细胞暴露组与对照组之间的变化量。每组强度的磁场暴露试验中的对照组与暴露组的的试验盒数量相同，区别仅在于对照组不接受磁场暴露。每组强度的磁场暴露试验中可以获得相应的生物学指标数据结果，根据生物学指标数据可以确定每一组试验中的局部较优磁场强度， N组暴露试验中可以确定N个局部较优磁场强度，从所述N个局部较优磁场强度中，确定最优磁场强度，即将动物神经瘤母细胞生物学指标数据达到最大值的试验盒所处位置的磁场强度确定为最优磁场强度。实际中，每组实验可以重复多次，取暴露组和对照组之间变化量的平均值，并采用统计学方差分析进行组间的比较，P值<0.05被认为两组间存在统计学差异，其中有益变化量最大的干预强度即为最优工频磁场强度。
需要说明的是，方法实施例中与装置实施例中的相关之处，可参见装置实施例，此处不再赘述。
以11个暴露组的动物神经瘤母细胞盒为例，如果预先设置的最大磁场强度为2mT，最小磁场强度为0mT，试验时，首先通过调节交流电源的电压，使得磁场线圈中间区域的磁场强度为2mT；通过磁场测量装置测量距离磁场线圈中心不同区域的磁场强度，然后将装有动物神经瘤母细胞的试验盒置于不同强度的磁场区域中，如图1所示，将第1个试验盒置于磁场强度为2mT的磁场区域中，第2个试验盒置于1.8mT的磁场区域中，第3个试验盒置于1.6mT的磁场区域中，……，直至第11个试验盒置于磁场强度接近0mT的区域，连续暴露8小时后，检测暴露组中各项生物学指标；将11个对照组中的动物神经瘤母试验盒在未经工频磁场处理的情况下放置8小时后，检测各对照组中动物神经瘤母细胞的生物学指标，并将暴露组和对照组的生物学指标数据进行统计比较。如果比较得到在某一区间的磁场强度暴露下，各项生物学指标均有明显的有益变化量，则认为该区间的磁场强度暴露效果较好，可以通过改变交流电源的电压改变磁场强度，采用50μT或更小的间隔如10μT进一步进行暴露试验，从而得到最优磁场强度。
综上所述，本发明提供的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法，通过将动物神经瘤母细胞试验盒置于工频磁场发生装置中不同磁场强度的区域中；使得所述动物神经瘤母细胞在磁场中暴露预设时间后，检测所述动物神经瘤母细胞的各项生物学指标，并将各所述生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度确定为最优磁场强度；方法简单，操作易行且测试结果准确率较高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，包括：工频磁场发生装置、磁场强度测量装置、动物神经瘤母细胞试验盒和处理器；其中，
所述磁场强度测量装置与所述工频磁场发生装置相连接，用以检测所述工频磁场发生装置产生的磁场强度；
所述动物神经瘤母细胞试验盒置于所述工频磁场发生装置中，用以使得所述动物神经瘤母细胞试验盒中的动物神经瘤母细胞暴露在所述工频磁场发生装置产生磁场中；
所述处理器与所述磁场强度测量装置和所述工频磁场发生装置均相连接，用以接收所述磁场强度测量装置发送的磁场强度数据，并根据实时测量的所述动物神经瘤母细胞在磁场中的生物学指标数据控制所述工频磁场发生装置产生预设强度的磁场，并将各所述生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度，确定为最优磁场强度。
2.根据权利要求1所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，所述工频磁场发生装置包括：交流电源和磁场线圈；其中，
所述交流电源的输出端与所述磁场线圈相连接，用以在所述磁场线圈周围产生强度可调的工频磁场。
3.根据权利要求2所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，所述磁场线圈的轮廓为正方形，其边长大于等于0.4m。
4.根据权利要求2所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，所述磁场测量装置中设置有三维磁场探头，用以测量距离磁场线圈不同区域的磁场强度。
5.根据权利要求1所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，所述工频磁场发生装置能产生的最大磁场强度大于等于2mT。
6.根据权利要求1所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，所述工频磁场发生装置通过调整电压来产生预设强度的磁场。
7.根据权利要求1所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，所述生物学指标包括上清中Aβ的含量、细胞内Tau蛋白的磷酸化水平和细胞内氧化应激水平。
8.据权利要求7所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的系统，其特征在于，所述生物学指标数据为动物神经瘤母细胞暴露组与对照组之间的变化量。
9.一种根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将动物神经瘤母细胞试验盒置于工频磁场发生装置中，使得所述动物神经瘤母细胞试验盒中的动物神经瘤母细胞在预设强度的磁场中暴露预设时间；
步骤2，经过预设时间的暴露后，检测所述动物神经瘤母细胞的生物学指标；
步骤3，控制所述工频磁场发生装置产生以预设步长变化的磁场，另取动物神经瘤母细胞试验盒，在完成预设的N组强度的磁场暴露试验之前，重复步骤1-2，N为大于等于2的整数；
步骤4，在预设的N组强度的磁场暴露试验中，将所述动物神经瘤母细胞生物学指标数据达到最大值时对应的磁场强度确定为最优磁场强度。
10.根据权利要求9所述的根据动物细胞生物学指标调节工频磁场强度的方法，其特征在于，所述动物神经瘤母细胞试验盒为多个，将各所述动物神经瘤母细胞试验盒置于所述工频磁场发生装置产生的磁场区域中，使得动物神经瘤母细胞接收所述磁场暴露；将所述动物神经瘤母细胞的各生物学指标数据达到最大值的试验盒所处位置的磁场强度确定为最优磁场强度。
11.根据权利要求9所述的根据动物生物学指标确定磁场最优强度的方法，其特征在于，所述生物学指标数据为动物神经瘤母细胞暴露组与对照组之间的变化量。
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