CN210742391U - 根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，包括：工频磁场暴露装置、磁场强度测量装置、动物试验盒和处理器；其中，工频磁场暴露装置包括：交流电源和磁场线圈；磁场强度测量装置与磁场线圈相连接；动物试验盒置于磁场线圈中；处理器与磁场强度测量装置和工频磁场暴露装置均相连接，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在磁场中的生物学指标数据控制工频磁场暴露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
本实用新型涉及极低频磁场技术领域，具体而言，涉及一种根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统。
背景技术
目前，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来确定极低频电磁场的最佳暴露强度。
发明内容
鉴于此，本实用新型提出了一种根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，旨在解决现有技术中极低频电磁场最优暴露强度难以确定的问题。
本实用新型提出了一种根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，包括：工频磁场暴露装置、磁场强度测量装置、动物试验盒和处理器；其中，所述工频磁场暴露装置包括：交流电源和磁场线圈；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连续可调的工频磁场；所述磁场强度测量装置与所述磁场线圈相连接，用以检测所述磁场线圈产生的磁场强度；所述动物试验盒置于所述磁场线圈中，用以使得所述动物试验盒中的动物暴露在所述工频磁场暴露装置产生磁场中；所述处理器与所述磁场强度测量装置和所述工频磁场暴露装置均相连接，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在磁场中的生物学指标数据控制所述工频磁场暴露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，上述根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统中，所述磁场线圈由多层线圈绕制而成。
进一步地，上述根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统中，所述磁场暴露装置产生的磁场频率为50Hz，磁场强度为0-2mT。
进一步地，上述根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统中，所述动物在所述磁场线圈中的磁场暴露强度至少包括0.1mT、0.2mT、0.5mT、1mT、1.5mT和2mT。
进一步地，上述根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统中，所述磁场暴露装置产生的磁场均匀区域的面积大于等于1 m2。
进一步地，上述根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统中，所述生物学指标包括小鼠认知功能改变程度、神经元细胞凋亡情况和Tau蛋白磷酸化水平。
进一步地，上述根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统中，所述生物学指标数据为动物暴露组与对照组之间的变化量。
进一步地，上述根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统中，所述动物试验盒为多个，任意两个所述动物试验盒在磁场中所处区域的磁场强度差别小于10%。
本实用新型中，通过处理器控制工频磁场暴露装置产生预设强度的磁场，并通过暴露于该磁场中的动物的生物学指标数据的变化量来确定最优磁场强度，并且，通过动物试验，能确保结果的准确性，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。
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，而并不认为是对本实用新型的限制。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为本实用新型实施例提供的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统的结构示意图。
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，本实用新型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实用新型。
参阅图1，本实用新型实施例的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统包括：工频磁场暴露装置、磁场强度测量装置、动物试验盒和处理器；其中，所述工频磁场暴露装置1包括：交流电源11和磁场线圈12；所述交流电源11的输出端与所述磁场线圈12相连接，用以在所述磁场线圈12周围产生强度连续可调的工频磁场；所述磁场强度测量装置与所述磁场线圈12相连接，用以检测所述磁场线圈12产生的磁场强度；所述动物试验盒2置于所述磁场线圈12中，用以使得所述动物试验盒2中的动物暴露在所述工频磁场暴露装置1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暴露装置1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在磁场中的生物学指标数据控制所述工频磁场暴露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。
具体而言，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，其边长可以根据实际要求来确定。优选的，磁场线圈12由多层线圈依次绕制而成。
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，便于找到目标强度的磁场区域。
动物试验盒2可以为现有技术中任意一种能存放动物的试验盒，本实用新型对其形状、尺寸和材质均不作任何限定。本实用新型实施例中，为了确定最优磁场强度，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，相应的每组试验中，暴露组和对照组中的动物试验盒可以为多个，任意两个所述动物试验盒在磁场中所处区域的磁场强度差别小于10%，以保证每组试验中的动物是在同一磁场长度下进行暴露试验。
本实用新型实施例中，动物可以为转基因小鼠和普通小鼠。例如转基因小鼠可以选用雄性、3月龄大的APP/PS1/tau 三转基因小鼠（3×Tg），即：高表达了APP、PS1和Tau基因的三转基因小鼠。普通小鼠可以选用129野生小鼠。试验所用小鼠可以由暴露组和对照组构成，每组都包括数量基本相当的APP/PS1/tau三转基因小鼠（3×Tg）和129野生（WT）小鼠。小鼠在磁场中的暴露时间可以根据实际情况确定，例如应连续暴露3个月，每天暴露时间不少于20小时。小鼠在不同磁场强度下进行试验时，用于暴露的转基因小鼠和普通小鼠数应不少于10只，置于磁场强度为0处的对照组的转基因小鼠和普通小鼠数也不少于10只，以保证试验结果的准确性。具体比较小鼠的生物学指标数据时，先比较对照组中，转基因小鼠和野生小鼠的生物学指标改变，明确转基因小鼠对生物学指标的净作用，再比较暴露组中转基因小鼠与对照组中转基因小鼠，比较不同磁场暴露对转基因小鼠的生物学指标的改变作用，并从中挑选出最优磁场强度。
本实施例中，动物生物学指标可以包括：小鼠认知功能改变程度、神经元细胞凋亡情况和Tau蛋白磷酸化水平。动物生物学指标数据为动物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，可以将对组强度的磁场暴露试验结果进行综合分析后，将动物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。
为了保证试验结果的准确性，磁场暴露装置应该能在稳定的磁场强度下连续工作不小于30天。并且，磁场暴露装置产生的磁场均匀区域的面积大于等于1 m2，以保证可以同时对多只小鼠进行暴露试验，提高试验的效率。
本实施例中，磁场暴露装置产生的磁场频率为50Hz，磁场强度为0-2mT。较具体的，所述动物在所述磁场线圈中的磁场暴露强度至少包括0.1mT、0.2mT、0.5mT、1mT、1.5mT和2mT。例如可以在每个强度下连续暴露3个月，检测生物学指标的变化并进行统计比较，从而可以确定最优磁场强度。
由以上可以看出，本实用新型提供的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，通过处理器控制工频磁场暴露装置产生预设强度的磁场，并通过暴露于该磁场中的动物的生物学指标数据的变化量来确定最优磁场强度，并且，通过动物试验，能确保结果的准确性，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。
本实用新型实施例提供的根据动物生物学指标确定磁场最优强度的系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤S1，将动物试验盒置于工频磁场暴露装置中，使得所述动物试验盒中的动物在预设强度的磁场中暴露预设时间。
具体而言，可以取多个动物试验盒置于工频磁场暴露装置的线圈中，在同一磁场强度下暴露一段时间以使得动物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，能使动物的生物学指标发生改变即可。动物在磁场中的暴露时间可以根据实际情况确定，例如连续暴露3个月，每天暴露时间不少于20小时。同时，选取同样数量的动物试验盒作为对照组，对照组的动物所处的磁场强度为0。
步骤S2，经过预设时间的暴露后，检测所述动物的生物学指标。
具体而言，动物生物学指标可以包括：小鼠认知功能改变程度、神经元细胞凋亡情况和Tau蛋白磷酸化水平。本实施例中，对暴露组和对照组小鼠的各项生物学指标进行检测的手段可以根据实际条件选择。
本实施例中，对各项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）在暴露期间，监测动物的体重、饮食变化；
2）通过水迷宫实验以及场景恐惧实验，观察小鼠的认知功能以及记忆功能是否出现障碍；
3）采用苏木素-伊红染色（HE染色）观察大脑海马区以及杏仁核的结构是否变化；采用Neu-N抗体染色观察神经元结构以及神经元丢失情况；采用tunel染色观察神经元的凋亡情况；同时采用磷酸化的tau蛋白抗体以及Aβ抗体观察大脑海马区中tau的磷酸化情况和Aβ的沉积。同时，留取冰冻切片，采用DHE染色观察动物神经元内氧化应激的水平；
4）提取动物组织蛋白，通过Western blot的方法检测小鼠海马区中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，神经元突触相关蛋白的表达，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。
步骤S3，控制所述工频磁场暴露装置产生以预设步长变化的磁场，另取动物试验盒，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（例如最小值为0.1mT，最大值为2mT），并按照适当的步长调整磁场强度，以分别在不同强度的磁场中对动物进行磁场暴露试验。实际中，可以通过磁场强度测量装置检测磁场线圈内部的磁场强度。为了保证试验结果的准确性，往往选取多组磁场强度进行暴露试验，本实用新型中，N的取值大于等于2，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。
具体实施时，可以取一组动物试验盒在第一磁场强度下进行试验后，再取另一组动物试验盒在在第二个磁场强度下进行试验。当然为了提高工作效率，可以同时对不同组的动物试验盒进行磁场暴露试验。
步骤S4，在预设的N组强度的磁场暴露试验中，将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，动物生物学指标数据为动物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，可以将N组强度的磁场暴露试验结果进行综合分析后，将动物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。
以0.5mT的磁场暴露强度试验为例，具体步骤为：
（1）调节磁场暴露装置并进行测量，使得暴露区域磁场强度为0.5mT；
（2）将不少于10只雄性、3月龄大的APP/PS1/tau三转基因小鼠（3×Tg）和129野生（WT）小鼠置于0.5mT磁场暴露区域作为暴露对象；
（3）将不少于10只雄性、3月龄大的APP/PS1/tau三转基因小鼠（3×Tg）和129野生（WT）小鼠置于磁场强度约为0的区域作为比较对象；
（4）暴露小鼠，应在该磁场强度下连续暴露3个月，每天不少于20小时；
（5）在暴露期间，监测小鼠的体重、饮食变化；通过水迷宫实验以及场景恐惧实验，观察小鼠的认知功能以及记忆功能是否出现障碍；
（6）暴露期结束后，采用苏木素-伊红染色（HE染色）观察大脑海马区以及杏仁核的结构是否变化；采用Neu-N抗体染色观察神经元结构以及神经元丢失情况；采用tunel染色观察神经元的凋亡情况；同时采用磷酸化的tau蛋白抗体以及Aβ抗体观察大脑海马区中tau的磷酸化情况和Aβ的沉积。同时，留取冰冻切片，采用DHE染色观察动物神经元内氧化应激的水平；
（7）暴露期结束后，提取动物组织蛋白，通过Western blot的方法检测小鼠海马区中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，神经元突触相关蛋白的表达，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。
（8）对试验结果进行统计分析：结果表明，所有动物组在暴露期间的体重、饮食变化量之间没有明显差异。另外，与对照组野生小鼠相比，未接受磁场暴露的三转基因小鼠表现为明显的认知功能障碍和记忆功能障碍（P<0.05），而接受磁场暴露可以明显改善小鼠的认知功能和记忆功能（P<0.05）；同时，对小鼠海马区和杏仁核的免疫组化染色结果也提示，对照暴露条件下，三转基因小鼠的神经元凋亡情况、tau蛋白磷酸化水平、Aβ沉积明显高于野生小鼠（P<0.05），而接受极低频磁场暴露可以明显缓解神经元凋亡、tau蛋白的磷酸化水平和Aβ的沉积（P<0.05）。这一作用可能与其缓解神经元内的氧化应激水平有关。进一步分子生物学研究（Western blot）还显示，极低频磁场暴露可以降低tau蛋白多个磷酸化位点（T231、S262、S404、S396）的磷酸化水平，并对其上游激酶酯酶（GSK3β、PP2AC、CDK5）的表达有着调控作用。
（9）待本次试验结束后，改变磁场强度重复上述步骤，并进行两两统计比较，根据上述生物学指标变化确定最优磁场暴露强度。
综上，本实用新型提供的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，通过处理器控制工频磁场暴露装置产生预设强度的磁场，并通过暴露于该磁场中的动物的生物学指标数据的变化量来确定最优磁场强度，并且，通过动物试验，能确保结果的准确性，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，使用方法简单，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实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，其特征在于，包括：
工频磁场暴露装置、磁场强度测量装置、动物试验盒和处理器；其中，
所述工频磁场暴露装置包括：交流电源和磁场线圈；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连续可调的工频磁场；
所述磁场强度测量装置与所述磁场线圈相连接，用以检测所述磁场线圈产生的磁场强度；
所述动物试验盒置于所述磁场线圈中，用以使得所述动物试验盒中的动物暴露在所述工频磁场暴露装置产生的磁场中；所述磁场暴露装置产生的磁场为0-1.5mT；所述磁场暴露装置产生的磁场均匀区域的面积大于等于1 m2；
所述处理器与所述磁场强度测量装置和所述工频磁场暴露装置均相连接，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在磁场中的生物学指标数据控制所述工频磁场暴露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所述的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，其特征在于，所述磁场线圈由多层线圈绕制而成。
3.根据权利要求1所述的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，其特征在于，所述磁场暴露装置产生的磁场频率为50Hz。
4.根据权利要求1所述的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，其特征在于，所述生物学指标包括：小鼠认知功能改变程度、神经元细胞凋亡情况和Tau蛋白磷酸化水平。
5.根据权利要求4所述的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，其特征在于，所述生物学指标数据为动物暴露组与对照组之间的变化量。
6.根据权利要求1所述的根据动物生物学指标确定工频磁场最优强度的系统，其特征在于，所述动物试验盒为多个，任意两个所述动物试验盒在磁场中所处区域的磁场强度差别小于10%。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |