CN110734859A - 磁场催化箱体及应用 - Google Patents

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潘倩倩
庄静
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Abstract

本发明公开了磁场催化箱体及应用，属于轻工装备领域。本发明提供的一系列磁场催化箱体分静态的箱体和振荡的箱体，磁场催化箱体的结构包括壳体、样品腔体、磁场发生器和PLC控制装置，可产生磁场强度可调的静磁场或交变磁场。磁场催化箱还相应设置有温度控制装置、湿度控制装置、二氧化碳控制装置和光照控制装置，可实现运行过程参数的精确控制，可保证样品腔体内温度偏差为±0.3℃，二氧化碳浓度偏差为±0.1％，可满足绝大部分的生物、化学反应过程，例如体外细胞培养，靶向渗透，蛋白质晶体生长，果实成熟度催化，种子自由基含量调控等，在食品、生物、化工、医药领域具有巨大的应用前景。

Description

磁场催化箱体及应用
技术领域
本发明涉及磁场催化箱体及应用，属于轻工装备领域。
背景技术
细胞、组织、微生物等生化培养和材料性能测试需要各类外界条件的刺激才可以实现，例如光、热、声、湿、气体、电、磁等。其中，电磁场(光)、电场、磁场、声场属于矢量物理场，湿度、二氧化碳浓度和温度属于标量物理场。不同物理场之间以及它们强度和频率之间的组合搭配，对于不同生化培养，材料测试和样品保藏而言都具有特异性的效果。上述物理场都有对应的商业化科研仪器且市场已经成熟。例如，电场主要是利用其非热效应，商业应用是电化学工作站；微波场的卖点是剧烈热效应，能让含水介质迅速升温，主要商业应用是农产品加工、化学和环境专业，产品有微波反应器，微波干燥设备，微波消解仪，微波萃取仪；超声波是利用机械性的破坏效果来实现商业应用，产品有超声波细胞破碎仪，超声波清洗机；光是应用在植物，细胞，组织，种子培养和本征化学反应的催化领域，产品有光化学反应器，光照培养箱。综上所述，目前市面上唯独没有磁场类的商业生化类科研仪器。
当前已经存在的恒温恒湿箱，高低温试验箱，生化培养箱，真空干燥箱，光照培养箱，摇床等都是基于对标量物理场的组合式应用，例如温度和湿度，温度和二氧化碳，温度和真空度，温度和光强等。磁场作为一种温和的矢量场，对于生物的生长具有一定的影响且见于众多的文献报道，这是基于生物的磁效应且研究者们推测是由于生物体内部出现的微小磁感应分子或离子电流所引起。
相对于超声波和微波，磁场作用温和，不会对生化类样品或材料产生破坏性作用；相对于光和电场，磁场的穿透性极佳，能完全作用到固态和半固体样品内部，例如固态发酵培养基，植物，动物，组织的内部。另一方面，不同的生化样品和材料，具有不同的磁导率和电导率，特别是微生物，细胞，动植物类由于自身的代谢特性，施加磁场会引起样品内部生产微小的“涡流”，从而放大宏观效果和指标参数。
发明内容
本发明的第一个目的是提供磁场催化培养箱，包括壳体、样品腔体、磁场发生器、PLC控制器和温度控制装置；所述样品腔体设置在壳体的内部；所述磁场发生器产生静磁场或交变磁场，并使所述样品腔体的内部空间处于磁场发生器产生的均匀磁场环境内；所述PLC控制器控制温度控制装置和磁场发生器工作；所述温度控制装置控制进入样品腔体的气体温度，以调节样品腔体内部温度；所述磁场发生器包括亥姆霍兹线圈及直流电源和/或交流电源，亥姆霍兹线圈分别与直流电源、交流电源连接，可产生出磁场强度为0-50mT、磁场频率为0Hz的静磁场，或磁场强度为0-50mT、磁场频率为1-1000Hz的交变磁场。
在一种实施方式中，亥姆霍兹线圈分别与直流电源、交流电源连接，产生的磁场强度为0-20mT。
在一种实施方式中，亥姆霍兹线圈分别与直流电源、交流电源连接，产生的磁场强度为0-5mT。
在一种实施方式中，样品腔体的其中一面设置可开合的可视门，便于观察培养/处理过程的样品状态；并在壳体的相应位置上设置培养箱门；所述可视门的材料具有透明度，包括但不限于玻璃、PC板或具有透光性的树脂。
在一种实施方式中，箱门边缘设置密封圈，箱门上可设置把手。
在一种实施方式中，所述亥姆霍兹线圈设置在样品腔体外围，或对称设置在样品腔体相对的两端外侧，使线圈的中轴线与样品腔体重合。
在一种实施方式中，所述温度控制装置包括空气加热器和制冷压缩机；所述空气加热器和制冷压缩机在PLC控制器的控制下对空气进行加热或冷却，使样品腔体的温度控制为-20～80℃。
在一种实施方式中，磁场催化培养箱还设置稳压器，分别与直流电源、交流电源和/或制冷压缩机连接，用于维持电压稳定。
在一种实施方式中，所述样品腔体上设置有进风口和出风口，并设置风扇加速样品腔体内部的空气循环；可选地，进风口和出风口分别位于近样品腔体的上端和下端。
在一种实施方式中，所述进风口与进气管道相连；所述进气管道呈“Y”形结构，“Y”形开口的两个支管分别与空气加热器和制冷压缩机连接，使从制冷压缩机送出的冷风和经空气加热器加热后的热风在总管内进行预混合，通过进风口进入样品腔体内部；可选地，“Y”形进气管道的支管和总管上均设置流量控制阀，用于调控气体的流量。
在一种实施方式中，样品腔体内部设置温度传感器，检测样品腔体内的温度，并将温度信号传递至PLC控制器。
在一种实施方式中，所述样品腔体内部设置湿度传感器，所述湿度传感器向PLC控制器传递信号；相应地，还设置雾化器；所述雾化器通过管道与样品腔体内部连通；所述雾化器受到PLC控制器的控制，使腔体内部的湿度控制在40-95％。
在一种实施方式中，所述样品腔体内设置二氧化碳传感器，所述二氧化碳传感器向PLC控制器传递信号；相应地，在进气口处设置与二氧化碳储罐连接的管道，管道上设置流量阀，所述流量阀受PLC控制器控制，流量阀与PLC控制器为电连接。
在一种实施方式中，在壳体的箱门内侧或样品腔体内的顶部设置LED光源；所述LED光源为多条并列设置的LED光带或光柱，可调节光强范围为0-72000LX；所述LED光源受PLC控制器控制。
在一种实施方式中，样品腔体内部设置照明灯和紫外灯，照明灯用于放置样品或取样时的照明；紫外灯用于对样品腔体内部杀菌。
在一种实施方式中，样品腔体的材质为不导磁的不锈钢、玻璃纤维板、特氟龙或环氧树脂；所述不导磁的不锈钢为奥氏体不锈钢；样品腔体外部设置保温隔离层，所述保温隔离层由复合型发泡剂填充材料和铁板交替排布形成，复合型发泡剂填充材料可选用聚氨酯塑料，铁板的层数可以为1-5层，每层铁板厚度1-3mm，复合型发泡剂填充材料厚度3-50mm。
在一种实施方式中，所述样品腔体内部设置一层或多层隔板，用于放置培养容器；所述隔板采用陶瓷、玻璃纤维、特氟龙或环氧树脂材质制成，不影响样品腔体的磁场分布。
在一种实施方式中，所述隔板可替换为容器架，包括但不限于试管架、摇瓶支架。
在一种实施方式中，所述样品腔体内设置振荡平台；所述振荡平台的底部设置电机，带动振荡平台在40-300rpm，回转式振幅为30-60mm的范围内做振荡运动。
在一种实施方式中，所述振荡平台上设置魔术贴或与样品容器尺寸配合的夹具，用于将样品容器的固定。
在一种实施方式中，所述PLC控制器控制二氧化碳流量、LED光源的照明强度、振荡平台的转速和/或振幅、直流电源、交流电源、稳压器、空气加热器、制冷压缩机、进/出风口流量、紫外灯或照明灯。
在一种实施方式中，所述壳体上设置运行指示灯及触屏输入设备，并与PLC控制器连接，指示灯用于指示磁场催化箱的运行状态，触屏输入设备用于设置PLC控制器所需的控制参数。壳体底部设置万向轮，便于箱体的移动。
本发明的第二个目的是提供上述任一所述的磁场催化培养箱在食品、生物、化工、医药领域的应用。
在一种实施方式中，所述应用包括但不限于：动植物细胞代谢相关的离子通道、蛋白质修饰，昆虫代谢，生理效应调控，聚合物选择性蛋白结合，藻类毒物吸附，真菌活力、螺旋藻生长促进，生物磁电修复，组织细胞培养，磁性纳米颗粒辅助发酵，磁性粒子调控基因表达，果实成熟度催化，种子自由基含量调控，细胞/微生物形态学调控，靶向渗透，胞外电子传递，细胞分化，抗氧化能力增强，体外细胞培养，蛋白质晶体生长，材料冻融等。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在样品腔体外设置线圈，使样品腔体内部的空间处于均匀磁场的范围内，降低了磁场强度不均带来的偏差；
2、本发明设置特异性进气管道，通过分别制备高、低温气体，并通过“Y”型管道将气体预混合，结合PLC控制器的控制操作，降低了温度偏差，进而实现可重复性试验；
3、本发明对样品腔体内部设置多层隔板或容器架，可实现大容积置样，利于规模化的弱磁场相关生化培养，材料性能测试和样品保藏；
4、本发明通过设置与亥姆霍兹线圈连接的直流电源或交流电源，可生产出磁场强度为0-5mT，频率为0Hz的静磁场或频率为1-1000Hz的交变磁场。结合温度、湿度、二氧化碳、光照的可编程控制，可使样品腔体中的温度可调节为-20～80℃，相对湿度可调节为40-95％，二氧化碳浓度可调节为0-20％，光强可调节为0-72000LX。本发明还采用循环风扇送风，保证样品腔体中的温度偏差为±0.3℃，二氧化碳浓度偏差为±0.1％，可满足绝大部分的生物、化学反应过程，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为磁场催化培养箱的结构示意图(A)；沿竖直方向顺时针旋转90°的结构示意图(B)；沿A-A部的剖视结构示意图(C)；
图2为磁场催化培养箱在一种实施方式下的PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例；
图3为磁场催化培养箱的继电器连接示意图；
图4为磁场催化培养箱的流程控制图；
图5为磁场催化恒温恒湿箱的结构示意图(A)；沿竖直方向顺时针旋转90°的结构示意图(B)；沿A-A部的剖视结构示意图(C)；
图6为磁场催化恒温恒湿箱在一种实施方式下的PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例；
图7为磁场催化恒温恒湿箱的继电器连接示意图；
图8为磁场催化恒温恒湿箱的流程控制图；
图9为磁场催化二氧化碳培养箱的结构示意图(A)；沿竖直方向顺时针旋转90°的结构示意图(B)；沿A-A部的剖视结构示意图(C)；
图10为磁场催化二氧化碳培养箱在一种实施方式下的PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例；
图11为磁场催化二氧化碳培养箱的继电器连接示意图；
图12为磁场催化二氧化碳培养箱的流程控制图；
图13为磁场催化光照培养箱的结构示意图(A)；沿竖直方向顺时针旋转90°的结构示意图(B)；沿A-A部的剖视结构示意图(C)；
图14为磁场催化光照培养箱在一种实施方式下的PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例；
图15为磁场催化光照培养箱的继电器连接示意图；
图16为磁场催化光照培养箱的流程控制图；
图17为磁场催化振荡培养箱的结构示意图(A)；沿竖直方向顺时针旋转90°的结构示意图(B)；沿A-A部的剖视结构示意图(C)；
图18为磁场催化振荡培养箱在一种实施方式下的PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例；
图19为磁场催化振荡培养箱的继电器连接示意图；
图20为磁场催化振荡培养箱的流程控制图；
图21为磁场催化二氧化碳振荡培养箱的结构示意图(A)；沿竖直方向顺时针旋转90°的结构示意图(B)；沿A-A部的剖视结构示意图(C)；
图22为磁场催化二氧化碳振荡培养箱在一种实施方式下的PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例；
图23为磁场催化二氧化碳振荡培养箱的继电器连接示意图；
图24为磁场催化二氧化碳振荡培养箱的流程控制图；
图25为磁场催化光照振荡培养箱的结构示意图(A)；沿竖直方向顺时针旋转90°的结构示意图(B)；沿A-A部的剖视结构示意图(C)；
其中，1，稳压器；2，交流电源；3，直流电源；4，亥姆霍兹线圈；5，样品腔体；6，隔板；7，保温隔离层；8，温度传感器；9，湿度传感器；10，二氧化碳传感器；11，空气加热器；12，制冷压缩机；13，进风口；14，出风口；15，雾化器；16，LED光源；17，PLC控制器；18，壳体，19，振荡平台；20，电机。
图26为磁场催化光照振荡培养箱在一种实施方式下的PLC控制器电气图，以麦科PLC型号MX2H-1616MT为例；
图27为磁场催化光照振荡培养箱的继电器连接示意图。
图28为磁场催化光照振荡培养箱的流程控制图。
图29为磁场催化箱体的立体图。
图30为磁场催化箱体在箱门打开状态下的立体图；左图为磁场催化光照培养箱，右图为磁场催化光照振荡培养箱。
图31为在实施方式下的样品腔体内部图；左图为磁场催化培养箱；右图为正在进行培养/处理的光照振荡培养箱。
图32为施加磁场(A)和不施加磁场(B)的条件下制备的壳聚糖复合纳米凝胶在光学显微镜下的状态图。
具体实施方式
实施例1磁场催化培养箱
如图1～4所示，磁场催化培养箱包括壳体18、样品腔体5、磁场发生器、PLC控制器17、空气加热器11和制冷压缩机12。所述样品腔体5设置于壳体18内部，样品腔体5的其中一面设置可开合的可视门，便于观察培养/处理过程的样品状态；并在壳体18的相应位置上设置培养箱门，箱门边缘设置密封圈，避免空气或水分泄漏；箱门门上可设置把手，便于箱门的开启或关闭。所述磁场发生器设置在壳体18内部，包括稳压器1、亥姆霍兹线圈4、直流电源3和/或交流电源2，所述亥姆霍兹线圈4对称设置在样品腔体5相对的两端外，使线圈的中轴线与样品腔体5重合；亥姆霍兹线圈4与直流电源3和交流电源2连接；与直流电源3配合可产生磁场强度为0-5mT、磁场频率为0Hz的静磁场；亥姆霍兹线圈4与交流电源2配合可产生磁场强度为0-5mT、磁场频率为1-1000Hz的交变磁场。
所述样品腔体5上设置有进风口13和出风口14，并设置风扇加速样品腔体5内部的空气循环；可选地，进风口13和出风口14分别位于近样品腔体5的上端和下端。样品腔体5的材质为不导磁的奥氏体不锈钢、玻璃纤维板、特氟龙或环氧树脂；样品腔体5外部设置保温隔离层7，所述保温隔离层7由复合型发泡剂填充材料和铁板交替排布形成，实现保温作用；复合型发泡剂填充材料可选用聚氨酯塑料，铁板的层数可以为1-5层；每层铁板厚度1-3mm，铁板之间填充的复合型发泡剂填充材料厚度3-50mm。
所述进风口13与进气管道相连；所述进气管道呈“Y”形结构，“Y”形开口的两个支管分别与空气加热器11和制冷压缩机12连接，使从制冷压缩机12送出的冷风和经空气加热器11加热后的热风在总管内进行预混合，通过进风口13进入样品腔体5内部。“Y”形进气管道的支管和总管上均设置流量控制阀，用于调控气体的流量。
所述稳压器1分别与交流电源2、直流电源3、制冷压缩机12连接，用于维持电压的稳定。所述壳体18采用铁板制成，实现外磁场屏蔽，满足国标GB 8702-2014电磁环境控制限值。
所述温度传感器8设置于样品腔体5内部，用于检测样品腔体5内的温度，并将温度信号回传至PLC控制器17；所述PLC控制器17控制空气加热器11、制冷压缩机12、直流电源3和交流电源2工作，并通过继电器控制空气加热器11、制冷压缩机12、直流电源3、交流电源2、照明灯和紫外灯的开停。
可选地，样品腔体5未封闭的区域设置玻璃门；样品腔体5内部设置照明灯和紫外灯，照明灯用于放置样品或取样时的照明；紫外灯用于样品腔体5内部的杀菌。样品腔体5内部还设置一层或多层隔板6，用于放置培养容器；所述隔板6采用陶瓷、玻璃纤维、特氟龙或环氧树脂材质制成，不影响样品区域的磁场分布。
可选地，所述隔板6可替换为容器架，包括但不限于试管架、摇瓶支架。
可选地，所述壳体18上设置运行指示灯及触屏输入设备，并与PLC控制器17连接，指示灯用于指示磁场催化箱的运行状态，触屏输入设备用于设置PLC控制器17所需的参数。壳体18底部设置万向轮，便于箱体的移动。
可选地，为达到20mT甚至更高的磁场强度，可适当增强通过亥姆霍兹线圈4的电流或增加亥姆霍兹线圈匝数。
磁场催化培养箱的工作原理为：开启箱体电源，对实验所需的参数条件(例如温度、磁场强度、磁场频率、运行时间等)进行设定；空气加热器11和制冷压缩机12运行，分别制备热空气和冷空气，并通过进气管道进入至样品腔体5内；温度传感器8实时监测样品腔体5内的温度并将温度信息回传至PLC控制器17；当样品腔体5内的温度低于设定温度时，PLC控制器17通过控制空气流量提高进气管道中热空气的流量，达到提高样品腔体5内温度的作用；当样品腔体5内的温度高于设定温度时，PLC控制器17提高进气管道中的冷空气含量，使样品腔体5内的温度降低至设定温度。当PLC控制器17未设定磁场参数时，不运行磁场发生器；当磁场设置为静磁场时，运行直流电源3直至磁场达到设定强度并保持该强度运行；当磁场设置为交变磁场时，运行交流电源2直至磁场强度和频率达到设定值并保持该水平运行。培养过程中PLC控制器17持续运行，直至结束。磁场催化培养箱可适用于单段或多阶段的培养/处理过程，并可对时间进行记录。开始前或结束后，可开启紫外灯对样品腔体5内部进行紫外灭菌。
实施例2磁场催化恒温恒湿箱
如图5～8所示，磁场催化恒温恒湿箱是在实施例1磁场催化培养箱的基础上，在样品腔体5内部增设一个湿度传感器9，向PLC控制器17传递湿度信号；并在壳体18内部设置雾化器15，设置管道将雾化器15与样品腔体5内部连通，使湿空气通过雾化喷口通入样品腔体5内部；所述雾化器15受PLC控制。
磁场催化恒温恒湿箱的工作原理为：在实施例1的基础上，增加了湿度控制功能，通过PLC控制器17对实验所需的参数及湿度进行设定，启动雾化器15，将雾化后的湿空气通入样品腔体5内，使湿度达到设定值后，维持雾化器15的持续运行；当湿度传感器9检测到样品腔体5内的湿度高于设定湿度时，暂停雾化器15的工作，并通过空气的流通使湿空气从出气口排出，降低样品腔体5内部的湿度；当湿度传感器9检测到湿度低于设定值时，PLC控制器17启动雾化器15，继续对样品腔体5内部进行雾化加湿。
实施例3磁场催化二氧化碳培养箱
如图9～12所示，磁场催化二氧化碳培养箱是在实施例1磁场催化培养箱的基础上，在样品腔体5内部增设二氧化碳传感器10，并在进气口增设与二氧化碳发生装置连接的二氧化碳进气管道。所述二氧化碳进气管道上设置控制阀门，受PLC控制器17控制，用于调节二氧化碳的进气流量。
磁场催化二氧化碳培养箱的工作原理为：在实施例1的基础上，还可以对实验所需的二氧化碳浓度进行设定，PLC控制器17根据设定的二氧化碳浓度，调节二氧化碳流量阀，使样品腔体5内部的二氧化碳浓度达到设定值，并保持二氧化碳阀门开停至设定位置；当二氧化碳传感器10检测到样品腔体5内的二氧化碳浓度低于设定值时，PLC控制器17控制二氧化碳阀门流量增加，提高二氧化碳的进气流量，提高样品腔体5内的二氧化碳浓度，反之则调低进气流量，减小样品腔体5内部的二氧化碳浓度。
实施例4磁场催化光照培养箱
如图13～16所示，磁场催化光照培养箱是在实施例2磁场催化恒温恒湿箱的基础上，在壳体18的箱门内侧设置LED光源16；所述LED光源16为多条并列设置的LED光带或光柱，在PLC控制器17的控制下，产生的光照强度为0-72000LX的人工光照。
磁场催化光照培养箱的工作原理为：在实施例2的基础上，可对实验所需的光照强度进行设定，PLC控制器17根据设定的光照范围，控制LED光源16的功率，以达到设定的光照强度。
实施例5磁场催化振荡培养箱
如图17～20所示，磁场催化振荡培养箱在实施例1的磁场催化培养箱的基础上，在样品腔体5内部设置振荡平台19，所述振荡平台19下方与电机20相连接，并在电机20的驱动下做振荡运用；所述电机20与PLC控制器17连接，可实现40-300rpm的振荡速率，30-60mm的回转式振幅。可选地，PLC控制器17通过继电器控制电机的开停。
可选地，所述振荡平台19上设置支架，用于固定和支承摇瓶等培养容器。
可选地，所述振荡平台19上设置魔术贴或与样品容器尺寸配合的夹具，用于将样品容器固定。
磁场催化振荡培养箱的工作原理为：在实施例1的基础上，还可以对振荡所需的速率或振幅进行设定，通过PLC控制器17调节电机20转速至设定值并保持该转速运行。当需要对培养/处理过程进行操作时，可通过PLC控制器17将振荡平台19暂停，完成相关操作后即可恢复运行。
实施例6磁场催化二氧化碳振荡培养箱
如图21～24所示，磁场催化二氧化碳振荡培养箱在实施例5的磁场催化振荡培养箱的基础上，在样品腔体5内部增设二氧化碳传感器10，并在进气口的连接管道中增设与二氧化碳发生装置连接的二氧化碳进气管道。所述二氧化碳进气管道上设置控制阀门，受PLC控制器17控制，用于调节二氧化碳的进气流量。
磁场催化二氧化碳振荡培养箱的工作原理为：在实施例5的基础上，还可以对实验所需的二氧化碳浓度进行设定，PLC控制器17根据设定的二氧化碳浓度，调节二氧化碳流量阀，使样品腔体5内部的二氧化碳浓度达到设定值，保持二氧化碳阀门开停至设定位置；当二氧化碳传感器10检测到样品腔体5内的二氧化碳浓度低于设定值时，PLC控制器17控制二氧化碳阀门流量增加，提高二氧化碳的进气流量，以提高样品腔体5内的二氧化碳浓度，反之则调低进气流量，降低样品腔体5内部的二氧化碳浓度。
实施例7磁场催化光照振荡培养箱
如图25～28所示，磁场催化光照振荡培养箱在实施例5的磁场催化振荡培养箱的基础上，在样品腔体5内的顶部设置LED光源16；所述LED光源16为多条并列设置的LED光带或光柱，光照范围覆盖样品腔体5的内部，产生的光照强度在0-72000LX的范围内。
磁场催化光照振荡培养箱的工作原理为：在实施例5的基础上，可对实验所需的光照强度进行设定，PLC控制器17根据设定的光照范围，控制LED光源16的功率，以达到设定的光照强度。
实施例8柿子椒种子发芽前处理
采用实施例1的磁场催化培养箱对种子进行发芽前处理，步骤如下：
(1)：设定样品腔体温度5℃，磁场强度5mT，频率50Hz；
(2)：将100粒大小均一的同批干燥柿子椒种子置于保鲜盒内，置于样品腔体中间位置保藏30d；
(3)：取出样品，进行种子发芽及发芽指标的测定，按照GB/T 3543.1-3543.7农作物种子检验规程进行发芽试验；分别用公式(1-1)、(1-2)、(1-3)、(1-4)计算发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数；
发芽势(％)＝(G1/N)×100％ (1-1)
发芽率(％)＝(G2/N)×100％ (1-2)
发芽指数GI＝∑(Gt/Dt) (1-3)
种子活力指数V＝GI×S (1-4)
式中：N为种子总数(100)；G1、G2分别为第10天和第15天种子发芽数；Gt为在t时间发芽数；Dt为对应发芽天数；GI为发芽指数，S为苗长(mm)。
经测量：在经过15d的磁场处理后，柿子椒的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数分别为58.25％，93.54％，55.57，1635.54；而在相同环境和相同前处理时间下，不施加磁场的柿子椒发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数则分别为52.45％，89.49％，51.57，1555.64。
分别将步骤(2)的种子样品置于样品腔体的近上部区域及样品腔体底部，其余步骤及参数不变，处于上、中、下不同位置的种子发芽率和活力指数相对偏差分别为0.81％和0.53％，可以看出，磁场对柿子椒进行前处理有利于其后期种子发芽，本发明的磁场催化箱体内的磁场均匀性好。
实施例9糙米发芽处理
采用实施例2的磁场催化恒温恒湿箱对糙米进行发芽处理，具体步骤为：
(1)：设定样品腔体温度30℃，湿度86％，磁场强度2.8mT，频率50Hz；
(2)：将1kg的糯稻稻谷砻谷后制成糙米，将制得的糙米用自来水冲洗干净后，称重，均分为20份；
(3)：每份50g放入培养皿中并置于样品腔体，其中每个培养皿加入自来水质量120g，用自来水浸泡培养皿中的糙米12h后；然后减少每个培养皿中一半质量的水分，使糙米发芽18h，每隔6h换一次水；
(4)：然后将制得的发芽糙米清洗后沥干水分并摊开晾置30min，从每个培养皿中随机筛选50粒发芽糙米，并用游标卡尺测量糙米的芽长。
经测量：在磁场影响下发芽的糙米平均芽长为2.1mm；而在相同环境和相同培养时间下，不施加磁场发芽的糙米平均芽长则为1.5mm。
分别按照步骤(1)～(4)重复3组实验，对糙米的平均芽长进行测定，结果显示，3组实验芽长的偏差约4％。
实施例10：草鱼冻藏
采用实施例1中的(1)磁场催化培养箱对草鱼进行冷冻保藏处理，具体步骤为：
(1)：将新鲜草鱼切除鱼头和鱼尾，去内脏，冲洗，再用0.7％的生理盐水抹去表面油脂，最后再次清洗干净；清洗结束后，将鱼切成块状，每块100g约1cm厚；
(2)：设定样品腔体温度-30℃，磁场强度5mT，频率0Hz；
(3)：将鱼块放入塑料托盘并置于样品腔体进行冷冻保藏；
(4)：冻藏90d后，取出自然解冻，测试鱼块样品的关键新鲜度指标，包括持水率、弹性和挥发性盐基氮。
其中，持水力测定步骤为：鱼肉解冻后，用滤纸擦干表面的水分，称取2.00g左右的肉块，用两层滤纸包好置于离心管中，6000r/min，4℃离心15min，精确称量离心后的肉块质量，按下式计算持水力：
持水力(％)＝离心后肉质量/离心前肉质量×100；
TVB-N值(mg/100g)的测定采用半微量凯氏定氮法，依照SC/T 3032-2007水产行业标准中水产品中挥发性盐基氮的测定方法进行；
弹性按照下述方法进行检测：将解冻鱼块切成1cm×1cm×1cm的小块，放置于质构仪(型号TA.XT Plus，英国SMS公司)探头下方，测定参数：探头型号P/6，测前速率1mm/s，测试速率1mm/s，测后速率1mm/s，压缩变形率40％，探头两次测定间隔时间5s，数据采集数率400pps，一组样品进行6次重复测定，取平均值作为样品弹性特性值。
经测量：在磁场冻藏环境下，鱼块解冻后的持水率、弹性和挥发性盐基氮分别为85.2％，0.94，9.2mg/100g；而在相同环境和相同时间下，不施加磁场冷藏的鱼块持水率、弹性和挥发性盐基氮则分别为67.1％，0.64，22.57mg/100g，不及施加磁场处理后的新鲜度。
分别将步骤(3)的鱼块样品置于样品腔体的近上部区域及样品腔体底部，其余步骤及参数不变，3次实验的鱼块持水率、弹性和挥发性盐基氮的相对偏差分别为0.06％、0.02％和0.03％，可以看出，本发明的磁场催化箱体内的磁场均匀性好。
实施例11禽蛋孵化
采用实施案例2的磁场催化恒温恒湿箱进行禽蛋的孵化，具体步骤为：
(1)：设定样品腔体温度37℃，湿度68％，磁场强度1.6mT，频率30Hz；
(2)：将同批出栏且相同储藏环境下的100枚质量为50±3g，大小均一的海兰褐蛋鸡种蛋，放入样品腔体中，进行磁场下的恒温恒湿孵化；
(3)：孵化第9d进行照蛋观察，出雏后鉴别雌雄，即淘汰所有公雏，将各组母鸡称重，按相应组别放入对应笼子，自由采食，记录7日龄母雏数，然后计算孵化率、雌雄比例；
其中，成活率＝7日存活数/该组1日龄母雏数。
重复上述步骤进行3组海兰褐蛋鸡种蛋的孵化，经测量：在磁场环境下孵化的海兰褐蛋鸡种蛋，其孵化率、雌雄比例和7日成活率分别为：86.3％，54.2％和87.3％；对照组不经过磁场处理，其他条件不变，结果显示，不施加磁场孵化的海兰褐蛋鸡种蛋，其孵化率、雌雄比例和7日成活率则分别为84.2％，49.5％，85.2％。可以看出，施加磁场的恒温恒湿环境有利于海兰褐蛋鸡种蛋的孵化，且母雏数量稍多。
实施例12淀粉-壳聚糖共混薄膜
采用实施例2的磁场催化恒温恒湿箱制备淀粉-壳聚糖共混薄膜，具体步骤为：
(1)：将0.6g淀粉和1.4g壳聚糖混合，加入2％的冰醋酸溶液，搅拌至完全溶解，转移到100mL容量瓶，加入1mL甘油，搅拌均匀，待溶液中的气泡全部脱去；
(2)：设定样品腔体温度28℃，湿度65％，磁场强度4.3mT，频率1000Hz；
(3)：将上述混合溶液,均匀的平铺于洁净干燥的玻璃板上，然后放入样品腔体中处理12h，自然风干成膜；
(4)：取出玻璃板，用1％氢氧化钠溶液20mL浸泡玻璃板，待膜与玻璃板分离后，揭膜，薄膜保存在干燥器内待用，然后，按国家标准GB1040-92，将膜裁成10mm*20mm的长条形，对其进行拉伸强度测试，包括抗拉伸强度(MPa)和断裂率(％)。
重复上述步骤制备3组淀粉-壳聚糖共混薄膜，经测量：在磁场环境下制备的淀粉-壳聚糖薄膜的抗拉伸强度和断裂率分别为28.43MPa和5.35％，抗拉伸强度相对偏差为2.2％，表明采用磁场催化恒温恒湿箱进行实验的可重复性强；而在相同环境和相同时间下，不施加磁场下制备的淀粉-壳聚糖薄膜的抗拉伸强度和断裂率则分别为22.46MPa和6.24％。
实施例13：酒曲粉中的酵母培养
采用实施例1中的磁场催化培养箱进行酵母培养，具体步骤为：
(1)：配置酵母培养基：孟加拉红琼脂培养基，蛋白胨0.5g、葡萄糖1g、磷酸二氢钾0.1g、硫酸镁0.05g、琼脂2g、1/3000的孟加拉红溶液10mL、蒸馏水100mL、氯霉素0.01g，121℃灭菌20min；
(2)：分别取9g待检测酒曲粉(购于安琪酵母)，置于90mL无菌水中，充分振荡20min；吸取1mL加入9mL无菌水中，配制成10-1菌悬液，再从10-1菌悬液中吸取1mL加入9mL无菌中，配制成10-2菌悬液，以此类推，逐级配成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7菌悬液；分别从10-2-10-7稀释梯度中吸取0.2mL菌悬液涂布于相应的酵母菌培养基上，每一个梯度做3个平行样；每个平板菌落数量应保持在30-300个为有效平板；
(3)：设定样品腔体温度28℃，磁场强度3.6mT，频率800Hz；
(4)：培养酵母菌2d，观察其数量(单位：×107CFU·g-1)。
经测量：在磁场作用下，酵母培养基上计数的酵母数量为12.6×107CFU·g-1，重复上述操作3次，培养基计数结果显示，酵母数量的相对偏差仅2.9％，可见，采用磁场催化培养箱进行实验，可重复性强；而在相同环境和相同时间下，不施加磁场培养后的酵母数量则为5.5×107CFU·g-1。可以看出，磁场的施加有利于酵母菌数量的增长。
实施例14：乳酸菌振荡培养
采用实施例6的磁场催化二氧化碳振荡培养箱进行乳酸菌的培养，具体步骤为：
(1)配制种子培养基：蔗糖35g/L,蛋白胨8g/L，酵母膏3g/L；配制发酵培养基：蔗糖50g/L,蛋白胨6g/L，酵母膏3g/L；
(2)种子培养，即挑取两环植物乳杆菌接种于含有20mL种子培养液的三角烧瓶中，将其置于样品腔体内，设置温度27℃，二氧化碳浓度8.5％，静态培养6h，制得种子培养基；
(3)振荡培养，即首先设置样品腔体温度32℃，磁场强度5mT，频率0Hz，二氧化碳浓度5％，振荡转速300r/min的条件，再将20mL种子培养液倒入含有130mL发酵培养液的三角烧瓶中，在磁场作用下，连续振荡28h培养乳酸菌细胞；
(4)：振荡培养完毕，通过3000g离心收集所产乳酸菌细胞，随后用0.5％柠檬酸磷酸缓冲液洗涤该细胞两遍，再将其悬浮于同样的缓冲液中得静息细胞，将静息细胞于3000g离心收集湿菌体，称重分析；
经测量：在磁场作用下，最终得到的乳酸菌体质量为1.46g，重复上述操作3组，乳酸菌体质量的相对偏差仅0.6％，表明磁场催化二氧化碳振荡培养箱进行实验的可重复性强。而在相同环境和相同时间下，不施加磁场培养的乳酸菌体质量则为1.15g。可以看出，磁场的施加有利于乳酸菌体细胞的增殖。
实施例15：破骨细胞分化
采用实施例3的磁场催化二氧化碳培养箱进行破骨细胞分化，其中：DMEM，α-MEM，L-谷氨酰胺购自Gibco公司；RANKL、M-CSF购自美国R&D公司；TRAP购于英国Abcam公司。
(1)RAW264.7细胞购自中国科学院上海生命科学研究院细胞库(ATCC Number：TIB-71)，先将RAW264.7细胞(100个细胞·孔-1)接种于96孔板内，再将其在DMEM(含有10％FBS，100U·mL-1青霉素，100μg·mL-1链霉素和2mmol·L-1L-谷氨酰胺)中进行传代培养，样品腔体设置为33℃和5％CO2浓度，培养时间2d；
(2)设置样品腔体温度37℃，磁场强度1.6mT，频率50Hz，二氧化碳浓度5％，
然后将细胞培养在α-MEM培养液(含有10％FBS、25ng·mL-1M-CSF和20ng·mL- 1RANKL)中，并置于样品腔体，第3d换液，产生大量破骨细胞；
(3)将步骤(2)培养的细胞于450nm波长处测量光密度(OD)值即细胞活性，同时，根据TRAP染色试剂盒说明书进行染色；在光学显微镜下观察，将有3个或3个以上核的TRAP阳性细胞认定为破骨细胞，并在每个孔的不同区域随机选择视野进行计数。
经测量：在磁场诱导下，破骨细胞的OD值和数目分别为1.12和35，而在相同环境和相同时间下，不施加磁场的静态二氧化碳培养后的破骨细胞的OD值和数目则分别为0.84和26。可以看出，磁场施加下的厌氧培养有利于破骨细胞分化和活性提升。
实施例16：土壤霉菌厌氧培养
采用实施例3的磁场催化二氧化碳培养箱进行霉菌的培养，具体步骤为：
(1)霉菌培养基：马铃薯葡萄糖培养基，马铃薯20g、葡萄糖2g、琼脂2g、水100mL，自然pH，121℃灭菌20min；
(2)分别取10g待检测当地土壤，置于90mL无菌水中，充分振荡20min；吸取1mL加入9mL无菌水中，配制成10-1菌悬液，再从10-1菌悬液中吸取1mL加入9mL无菌中，配制成10-2菌悬液，以此类推，逐级配成10-3、10-4、10-5、10-6、10-7菌悬液；分别从10-2-10-7稀释梯度中吸取0.2mL菌悬液涂布于相应的霉菌培养基上，每一个梯度做3个平行样；每个平板菌落数量应保持在30-300个为有效平板；
(3)设定样品腔体温度28℃，二氧化碳浓度5％，磁场强度4.5mT，频率100Hz；
(4)培养霉菌2d，观察其数量(单位：×107CFU·g-1)。
经测量，在磁场作用下，霉菌培养基上计数的霉菌数为15.5×107CFU·g-1，而在相同环境和相同时间下，不施加磁场的静态二氧化碳培养后的霉菌数则为11.2×107CFU·g-1。可以看出，磁场施加下的厌氧培养有利于霉菌的生长。
实施例17：黄粉虫代谢诱变
采用实施例2的磁场催化恒温恒湿箱进行黄粉虫代谢诱变，具体步骤为：
(1)取同一天孵化的黄粉虫1日龄幼虫50条放入直径9cm的培养皿中，每皿放入定量的麦麸饲料(用孔径为0.3mm筛过滤)，共10个培养皿；
(2)设定样品腔体温度25℃，湿度70％，磁场强度5.0mT，频率200Hz；
(3)连续培育60d，每隔2d进行虫体和虫粪的清理并更换新饲料，同时进行化蛹记录观察黄粉虫化蛹情况，完毕时对活体虫进行称重。
重复上述步骤进行3组诱变实验，结果显示，在60d的幼虫培育期后，黄粉虫的体重和化蛹数分别为105.3±0.2mg和38.3±0.6个，相对偏差分别为0.2％和1.6％；而在相同环境和相同时间下，不施加磁场培育的黄粉虫体重和化蛹数则分别为113.3mg和35.5个。可以看出，磁场下培育能够改变黄粉虫的新陈代谢即增重和化蛹数。
实施例12：生菜水培生长
采用实施例4的磁场催化光照培养箱进行生菜水培，具体步骤为：
(1)先在温室大棚中进行育苗，待生菜长到四叶一心时，选用壮苗且长势一致的幼苗定植，每箱种植4株；水培箱尺寸为：25cm×32cm×13.2cm(长×宽×高)。水培箱中营养液体积为7.5L，对应水深为7.8cm；
(2)设定样品腔体温度20℃，湿度65％，磁场强度3.6mT，频率200Hz，LED光强36000Lx且光源距离生菜叶面25cm；
(3)培育20d后进行理化参数测试，包括生长量(g)、可溶性糖含量(mg/g)、可溶性蛋白含量(mg/g)、维生素C含量(mg/g)；
其中，营养液配方：Ca(NO3)2·4H2O 23.2g，KNO3 38.6g，NH4H2PO4 6.2g，MgSO4·7H2O 13.2g；
生长量：吸水纸吸去培育前后生菜苗的残留水分后用0.01g天平称重，记录为m0(生菜培育前的质量)和m1(生菜培育后的质量)，生长量＝m1-m0；
可溶性糖采用蒽酮比色法进行检测；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝-染色法进行检测(标准曲线采用牛血清蛋白作为标准样品)；维生素C采用2,6-二氯酚靛酚钠滴定法进行检测。
按照上述步骤重复3次，经测量：在经过20d的磁场作用的水培生长，生菜的生长量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量分别为7.34±0.21g，10.34±0.02mg/g，7.56±0.10mg/g，0.53±0.00mg/g，相对偏差分别为2.9％、0.2％、1.3％和0％；而在相同环境和相同水培时间下，不施加磁场培育的生菜生长量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、维生素C含量则分别为6.53±0.20g，9.26±0.02mg/g，6.54±0.08mg/g，0.48±0.00mg/g。可以看出，磁场下的水培更有利于生菜生长，且各株生菜之间的生长状况相差不大，可见本发明的磁场催化光照培养箱内的磁场均匀度好，实验的可重复性强。
实施例13：壳聚糖复合纳米凝胶自组装
采用实施例1的磁场催化培养箱制备壳聚糖符合纳米凝胶，具体步骤为：
(1)用超纯水配制质量分数为1.0％的稀醋酸溶液；称取1.0g CS(低分子量壳聚糖：Mw＝4×104，脱乙酰度＞90％，青岛蓝海生物制品有限公司)，溶解于500mL质量比例1.0％的醋酸溶液中制备2.0mg/mL的CS溶液，室温25℃下磁力搅拌20h以保证CS充分溶解；
(2)取50mL CS溶液加入到100mL的三口烧瓶中，氮气保护下，在33℃水浴下磁力搅拌1h；将引发剂硝酸铈铵(0.056g硝酸铈铵溶于1.22mL 0.1mol/L的HNO3中)缓慢加入CS溶液中，6min后用微量进样器加入0.22mL的单体丙烯酸甲酯；30min后，加入交联剂、二烯丙基二硫(8.0μL二烯丙基二硫溶于1.0mL的二甲基亚砜中)，在氮气保护下反应5h；
(3)设定样品腔体温度10℃，磁场强度4.5mT，频率50Hz；
(4)将溶液转移入透析袋(截留分子量Mw＝1.8×104)中，然后置于样品腔体，在质量分数1.0％的醋酸溶液中透析3d，第1d每隔3h换1次透析液，第2d和第3d每隔8h换1次透析液；
(5)透析完成后，取20mL制备得到的纳米凝胶冷冻干燥，确定纳米凝胶的质量浓度为4.4mg/mL，采用光学显微镜进行形态观察。
结果显示，在磁场环境下自组装的壳聚糖复合纳米凝胶质构均一，致密紧凑(图a)；相反，在相同环境和时间下，不施加磁场的壳聚糖复合纳米凝胶材料的质构松散，粗糙，稳定性差(图b)。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (12)

1.磁场催化培养箱，其特征在于，包括壳体、样品腔体、磁场发生器、PLC控制器和温度控制装置；所述样品腔体设置在壳体的内部；所述磁场发生器产生静磁场或交变磁场，并使所述样品腔体的内部空间处于磁场发生器产生的磁场环境内；所述PLC控制器控制温度控制装置和磁场发生器工作；所述温度控制装置控制样品腔体内部温度；所述温度控制装置可选用空气加热器和制冷压缩机；所述磁场发生器包括亥姆霍兹线圈及直流电源和/或交流电源，亥姆霍兹线圈分别与直流电源、交流电源连接，可产生出磁场强度为0-50mT的静磁场，或磁场强度为0-50mT、磁场频率为1-1000Hz的交变磁场。
2.根据权利要求1所述的磁场催化培养箱，其特征在于，样品腔体的其中一面设置可开合的可视门，壳体的相应位置上设置培养箱门。
3.根据权利要求1或2所述的磁场催化培养箱，其特征在于，亥姆霍兹线圈设置在样品腔体外围，或对称设置在样品腔体相对的两端外侧。
4.根据权利要求1～3任一所述的磁场催化培养箱，其特征在于，还设置稳压器，分别与直流电源、交流电源连接，用于维持电压稳定。
5.根据权利要求1～4任一所述的磁场催化培养箱，其特征在于，样品腔体上设置有进风口和出风口，并设置风扇加速样品腔体内部的空气循环；可选地，进风口和出风口分别位于近样品腔体的上端和下端。
6.根据权利要求5所述的磁场催化培养箱，其特征在于，所述进风口与进气管道相连；所述进气管道呈“Y”形结构，“Y”形开口的两个支管分别与空气加热器和制冷压缩机连接，使从制冷压缩机送出的冷风和经空气加热器加热后的热风在总管内进行预混合，通过进风口进入样品腔体内部；可选地，“Y”形进气管道的支管和总管上均设置流量控制阀，用于调控气体的流量。
7.根据权利要求1～6任一所述的磁场催化培养箱，其特征在于，还设置温度传感器、湿度传感器、二氧化碳传感器、雾化器、紫外灯、照明光源、LED光源中的至少一种或两种以上的组合；其中，
所述温度传感器设置于样品腔体内部，检测样品腔体内的温度，并将温度信号传递至PLC控制器；
所述湿度传感器设置于样品腔体内部，检测样品腔体内的湿度，并将湿度信号传递至PLC控制器；
所述二氧化碳传感器设置于样品腔体内部，检测样品腔体内的二氧化碳浓度，并将二氧化碳信号传递至PLC控制器；
所述雾化器通过管道与样品腔体内部连通；所述雾化器受到PLC控制器的控制，使腔体内部的湿度控制在40-95％；
所述紫外灯或照明光源设置在样品腔体顶部，用于杀菌或照明；
所述LED光源设置于箱门内侧或样品腔体内的顶部；所述LED光源可以为多条并列设置的LED光带或光柱；所述LED光源可受PLC控制器控制运行。
8.根据权利要1～7任一所述的磁场催化培养箱，其特征在于，在样品腔体内部设置振荡平台，所述振荡平台在电机的驱动下做振荡运动。
9.根据权利要求7或8所述的磁场催化培养箱，其特征在于，所述PLC控制器控制二氧化碳流量、LED光源的照明强度、振荡平台的转速和/或振幅、直流电源、交流电源、稳压器、空气加热器、制冷压缩机、样品腔体的进气/出气流量。
10.根据权利要求1～9任一所述的磁场催化培养箱，其特征在于，样品腔体的材质为不导磁的不锈钢、玻璃纤维板、特氟龙或环氧树脂；样品腔体外部设置保温隔离层，所述保温隔离层由复合型发泡剂填充材料和铁板交替排布形成，复合型发泡剂填充材料可选用聚氨酯塑料，铁板的层数可以为1-5层，每层铁板厚度1-3mm，复合型发泡剂填充材料厚度3-50mm。
11.根据权利要求1或10所述的磁场催化培养箱，其特征在于，样品腔体内部设置一层或多层的隔板或容器架，用于放置样品容器；所述多层隔板采用陶瓷、玻璃纤维、特氟龙或环氧树脂材质制成；所述容器架包括但不限于试管架、摇瓶支架。
12.权利要求1～11任一所述的磁场催化培养箱在食品、生物、化工、医药领域的应用；所述应用包括但不限于：动植物细胞代谢相关的离子通道、蛋白质修饰，昆虫代谢，生理效应调控，聚合物选择性蛋白结合，藻类毒物吸附，真菌活力、螺旋藻生长促进，生物磁电修复，组织细胞培养，磁性纳米颗粒辅助发酵，磁性粒子调控基因表达，果实成熟度催化，种子自由基含量调控，细胞/微生物形态学调控，靶向渗透，胞外电子传递，细胞分化，抗氧化能力增强，体外细胞培养，蛋白质晶体生长，材料冻融。
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