DE3022649C2

DE3022649C2 - Verfahren zum Transport von magnetischen Teilen im Innern eines Raumes sowie Verfahren zur Levitation eines magnetischen Körpers in einem Punkt im Inneren eines Raumes

Info

Publication number: DE3022649C2
Application number: DE19803022649
Authority: DE
Inventors: Leonard Dipl.-Ing. 4000 Düsseldorf Colin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-06-18
Filing date: 1980-06-18
Publication date: 1983-01-20
Also published as: DE3022649A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Transport von magnetischen Teilen im Innern eines Raumes zu einem gewählten Punkt mittels eines von außen erzeugten, inhomogenen Magnetfeldes.

Ein solches Verfahren ist aus »Medical and Biological Engineering«. Bd. 6. 1968. S. 143-147 bekannt. Aus »Chemie. Technik und Laboratorium«, Bd. 25, 1977. S. - 293 ist bekannt, daß in der Medizin Liposome oder magnetische Erythrocyte, die mit magnetischen und krebsbekämpfenden Materialien angereichert sind, im lebenden Organismus mit Hilfe von Magneten zu den Tumoren gelenkt werden.

Das Verfahren der Erfindung ermöglicht mittels von auße·¹ .rzeugter magnetischer Felder, die magnetischen Liposome oder Erythrocyte entlang beliebigen nichtlinearen Bahnen an den Tumor zu führen.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Levitation eines magnetischen Körpers in einem Punkt im Innern eines Raumes mittels eines von außen erzeugten, inhomogenen Magnetfeldes*

Es ist bekannt, in der Plasmafusionskammer einer Levitron-Anlage einen Hart-Kern kurzzeitig in magnetischem Schwebezustand (Levitation) zu erhalten.

Das Verfahren gemäß der Erfindung führt zu einem dauernden Schwebezustand des Hart-Kernes im Innern der Fusionskammer, mittels eines Magnetfeldes, welches von außen erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit welchem eine Vielzahl von para- oder ferromagnetischen Partikeln oder ein ferromagneiisches Teil ohne die Notwendigkeit einer fortlaufenden Kontrolle in einem gewählten Punkt eines Raumes, mittels außerhalb dieses Raumes erzeugter magnetischer Felder, konzentriert oder gebalten wird.

ίο Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 die prinzipielle Anordnung, F i g. 2 den etwaigen Verlauf eines para- oder ferromagnetischen Partikels unter dem Einfluß eines zeitlich konstanten magnetischen Feldes, F i g. 3 den etwaigen Verlauf einiger para- oder ferromagnetischer Partikel unter dem Einfluß eines sich schrittweise drehenden magnetischen Feldes.

Fig.4 den etwaigen Verlauf einiger para- oder ferromagnetischer Partikel unter dem Einfluß eines sich schrittweise drehenden magnetischen Feldes mit Bewegung der dritten Phase während einzelner Schritte,

Fig. 5 den Verlauf eines Partikels unter denselben Bedingungen wie ^h Fig.4 bei Umgehung eines Hindernisses und

F i g. 6 den Verlauf einiger para- oder ferromagnetischer Partikel unter dem Einfluß von sich in verschiedenen Richtungen drehenden magnetischen Feldern.
Das Verfahren der Erfindung benützt, wie in Fig. 1.

dargestellt, ein inhomogenes Magnetfeld, erzeugt außerhalb eines Raumes (V), um in diesem Raum ein An/iehungszentrum (O) zu bilden. Das Magnetfeld weisi eine Symmetrieachse (S in Fig.2) auf. die durch ein gewünschtes Anziehungszentrum (O) geführt wird.

und die in verschiedene Positionen (P-!mil dem Zentrum in (O) gedreht werden kann. Em inhomogenes Magnetfeld kann in verschiedene: Weise erzeugt werden, /um Beispiel mit Dauermagneten oder mit gleichstromerregten Wicklungen. Demzufolge wird die Drehung der Symmetrieachs'· durch Bewegung der Dauermagneten oder durcn Stromumschaltung erzielt. In Fig. 1 ist auch der Verlauf der magnetischen Induktion des inhomogenen Magnetfeldes in einer Ebene (E) senkrecht zur Symmetrieachse (S) in der Position (P₁) dargestellt. Ein solches inhomogene* Magnetfeld, bei dem die magnetische Induktion (B) be) Annäherung an die Symmetrieachse stetig steigt, übt im Innern des Raumes auf einen Para- oder ferromagnetischen Körper vom Volumen (v) und mit einem magnetischen Moment (M) eine bekannte Ki aft (F) aus. gerichtet zu steigender Induktion:

F = ι (M- grad) B dv

Der Körper bewegt sich somit auf die Symmetrieachse zil, bis er diese erreicht hat, Die mechanische Arbeit der Bewegung wird von der magnetischen Energie (H^)₄ die im Magnetfeld des Raumes (K) gespeichert wurde, abgezogen:

W-

-Lf 8/r J ;

\B\HV

si Bei Materialien rc.ii konstantem magnetischem

Moment und bei konstanter magnetischer Induktion ^;; (dfl/d/=n) bleibt die magnetische Energie (W)konstant, auch wenn der Körper durch seine Bewegung eine " Arbeit geleistet hat. Weiter steigt bei zunehmender ; Arbeit durch die Bewegung des Körpers noch mehr die Ί Kraft, die diese Bewegung hervorbringt, ohne zusätzliche Energiezufuhr von außen. Das experimentelle Verhalten zweier sich freibewegender Partikel in der Ebene (E) zeigt, daß zu den Kräften (F) noch eine zusätzliche Anzienungskraft zwischen den Partikeln kommt, erzeugt durch die Wirkung der magnetischen Momente der beiden Partikel auf die Inhomogenität des Magnetfeldes. Sind die beiden Partikel vereinigt, steigt durch ihr vermehrtes Volumen (v) einerseits die Kraft (F) gemäß der Formel, anderseits die gegenseitige Wirkung der Anziehungskraft auf einen dritten Partikel. Demzufolge steigert die Materie, welche durch die Inhomogenität des Magnetfeldes in den Bereich der Symmetrieachse gebracht wurde, die Energie des Magnetfeldes in diesem Bereich, infolgedessen wirkt die Anzeihungskraft (F) noch stärker auf d^;e Konzentrierung der Materie.

k Das Lagrangesche Variationsprinzip in der r heorie

der Kraftwirkung auf magnetisierbar Partikel zeigt, daß die Zunahme der magnetischen Feldenergie und die f mechanisch gewonenen Arbeit gerade gleich sind. Daraus folgt, daß die geleistete mechanische Arbeit aus ; einer neuen Verteilung der gespeicherten magnetischen Energie im Räume (V) entstanden ist. Die wirkenden Kräfte veranlassen die Konzentration der Partikel im ^: Räume (V) und werden von der Energiedichte und von der Größe dieses Raumes beeinflußt. Ein weiteres Ergebnis besteht darin, daß ein Kern aus ferromagnetischem Material wegen seines großen magnetischen Momentes (M) die Konzentration der Partikel um sich beschleunigen kann. In Ausgestaltung der Erfindung kann daher ein ferromagnetischer Kern benutzt werden, um die Konzentration der Partikel zu dem Anziehungszentrum (O)zu erleichtern.

Längs der Symmetrieachse (S) ist beim inhomogenen Magnetfeld das Induktionsmaximum nicht konstant. Deshalb bewegt sich ein Körper K (vgl. Fig. 2) bei Erreichen der Symmetrieachse unter Änderung seiner Bewegungsrichtung längs dieser Achse in Richtung auf das wirkende übergeordnete Maximum zu. Diese Bewegung des Körpers K weist somit drei Phasen der Bewegung aul:

Die ente Phase (a. b) zeigt eine Bewegung im wesentlichen in Richtung auf die Symmetrieachse (S) /u. Die /weiie Phase (b. c) weist eine Krümmung der Bahn und eine Verringerung der Geschwindigkeit auf.

In der dritten Phase (c. d) verläuft die Bewegung entlang der Symmetrieachse (S) mit zunehmender Geschwindigkeit.

Diese dritte Phasp ist destabilisierend, weil die Bewegung entlang der Symmetrieachse (S) in Abhängigkeit von der Position der Partikel auf der Achse in entgegengesetzter Richtung zu dem Anziehungszen trum fO,/auftreten kann. Um eine stabile Konzentration im gewählten Punkt (O) zu erreichen, sind die ersten zvy ei Phasen zu benützen. Liegt ein Pirtikel aber auf der Symmetrieachse (S), tritt nur die dritte Phase eim Um j die Wirkung dieser" dritten Phase zu vermeiden, wird die Position (Pi) der Symmetrieachse ständig geändert, in dem sie erfindungsgemäß gedreht oder umgeschaltet wii'd, mit dem Zentrurii in Punkt (O). Beispielsweise wird eine Reihe von (n) Positionen (PJ vorgesehen, die sich periodisch wiederholen. Jeder Position (PJ der Symmetrieachse entspricht eine Bewegung (ajuer Partikel auf die Symmetrieachse in dieser Position (P₁). zu. Die Bewegung (aj wiederholt sich mit der Periode (T). Die gesamte Bahn ist in Fig.3 (a„ bj,...) dargestellt. Wie zu sehen ist, bildet die Vektorsumme in einer Periode (a„ /=1, 2, ..„ n) eine Komponente in Richtung auf das Anziehungszentrum (O) zu. Die Konzentration der Partikel geschieht parallel zur Levitation und beeinflußt damit den Bahnverlauf, ohne die Konzentration zu verhindern.

Ein anderes Bild entsteht, wenn Partikel während ihrer Beweguo&eine Position (PJ erreichen, in der die Kraft (FJ die Richtung der dritten Phase aufweist. F i g. 4 zeigt den möglichen Verlauf einer solchen Bahn, bei gleichen Positionen der Symmetrieachse, wie in Fi g. 3. Auch in diesem Fall tritt eine Konzentration auf, wenn die stabilisierende Komponente der Vektorsumme größer als die destabiiisierende ist:

'^0/

lX...j-lJ+Ι, η)

Diese Bedingung kann erfüllt werden durch Vergrößerung der Anzahl (n) der Positionen (P₁) pro Zeiteinheit der Symmetrieachse (S) und durch ihre Verteilung um den Punk¹ (O), damit die Kräfte auf die Partikel sich gegenseitig kompensieren. Denn im Anziehungszentrum werden die Partikel nur von destabilisierenden Kräften bewegt, die Schwankungen ihrer Position veranlassen. Um diese Schwankungen zu vermindern, wird gemäß dem Verfahren die Dauer einer Periode (T) verkürzt.

In der Medizin, bei der Konzentration von Liposomen zu einem Tumor, rücken die magnetischen Partikel entlang der Krümmungen der Blutgefäße vor. Das erfindungsgemäße Verfahre/! ermöglicht es dabei auch, Hindernisse zu umgehen. Zu diesem Zweck wird, wie in Fig. 5 dargestellt, eine zusätzliche Drehbewegung der Symmetrieachse (PJ benützt, damit durch Hindern.sse blockierte Partikel im Räume (V) periodisch durch eine Kraft (Fj) der dritten Phase bewegt werden. Dabei wird die Reihenfolge der Ansteuerung der Symmetrieachsen periodisch gewechselt, so daß eine rechts- und eine linksdrehende Ansteuerung aufeinanderfolgen. Erreicht ein Partikel beim Vorrücken ein Hindernis, so bleibt er stehen, bis eine Kraft (FJ. ihn entgegen der gewünschten Richtung und von Hindernis weg zurückstößt. Die nachfolgenden Bewegungsschritte verlaufen normal entlang des Hindernisses (F i g. 5).

Im folgenden wird die gleichzeitige Bewegung von zwei Gruppen (L\. L2) von magnetischen Liposomen in einem Blutgefäß zu einen Tumor mit vorher festgelegten Anziehungszentrum (O) erläutert. Bei rechtsdrehender An-.ejerung rücken gemäß der Fig. 6 beide Gruppen gegen dem Tumor vor: Die eine Gruppe (It) kann ihr Hindernis u.iigehen. und die zweite Gruppe (L2) staut sich bei dieser rechtsdrehenden Ansteuerung im Blutgefäße auf Bei der folgenden linksdrehenden Ansteuerung setzer die aufgestauten Liposomen ihre Bewegung fort, bis zum nächsten Hindernis der Krümmung: Eii! Stauen von Liposomen im Blutgefäß bis zur Änderung des Drehsinnes der Ansteuerung bringt die erhebliche Gefahr einer Embolie mit.

Die Erfindung erzeugt zwischen den Liposomen »short-range« Abstoßkräfte, um diese Gefahr zu Vermeiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Transport von magnetischen Teilen im Innern eines Raumes zu einem gewählten Punkt mittels eines von außen erzeugten, inhomogenen Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß für den Fall,

daß als magnetische Teile eine Vielzahl von paramagnetischen oder ferromagnetische!!, in einem Punkt (O) zu konzentrierenden Partikeln vorliegt,
das Magnetfeld durch diesen Punkt eine Symmetrieachse aufweist und daß das Magnetfeld um den Punkt (O)schrittweise gedreht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung der Konzentration ein Kern aus ferromagnetischem Material mit großem magnetischem Moment benutzt wird.

3. Verfahren zur Levitation eines magnetischen Körpers in einem Punkt im Innern eines Raumes mittels eine von außen erzeugten, inhomogenen Magnetfeldes, dadurch gekennzeichnet daß das Magnetfeld durch diesen Punkt eine Symmetrieachse aufweist und um diesen Punkt schrittweise gedreht wird.

4. Anspruch nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Symmetrieachse um den Punkt (O) in gleich großen Winkelschritten gedreht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die schrittweise Drehung de'· Magnetfeldes in rasrher Folge geschieht.

6. Verfahren nach Einern uer vorhergehenden Ansprüche, dadurch gektnrzeichnel, daß ein übergeordnetes Maximum der magi. .tischen Induktion auf der Symmetrieachse außerhalb des Punktes (O) besteh', und daß die Richtung der schrittweisen Drehung des Magnetfeldes periodisch geändert wird.