KR20010090725A - 구조를 검출하고/하거나 영향을 주기 위해 공명 음향및/또는 공명 음향-ｅｍ 에너지를 사용하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 생물 또는 무기 구조의 검출 및/또는 동정 및 생물 구조내의 기능의 증대 및/또는 파괴를 위해 그 구조에 가해지는 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용한다. 구체적으로, 본 발명은 바이러스, 박테리아, 진균류, 벌레 및 종양과 같은 생물 구조의 검출과 파괴를 위해 생물 구조에서 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 발생시키는 방법을 제공한다. 더욱이, 본 발명은 뼈와 같은 생물 구조에서 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 발생시킴으로써 그 기능을 증대시키는 방법을 제공한다. 공명 음향 및/또는 공명 음향-EM 에너지의 발생과 검출을 위한 시스템 역시 제공된다.

Description

구조를 검출하고/하거나 영향을 주기 위해 공명 음향 및/또는 공명 음향- ＥＭ 에너지를 사용하는 방법{METHOD FOR USING RESONANT ACOUSTIC AND/OR RESONANT ACOUSTO-EM ENERGY TO DETECT AND/OR EFFECT STRUCTURES}
시스템의 공명 음향 주파수(resonant acoustic frequency)는 그 시스템의 천연 자유 진동 주파수이다. 공명 음향 시스템은 표적 구조에서 음향 공명(acoustic resonance)을 유도할 수 있는 공명 주파수(resonant frequency)와 동일하거나 이에 가까운 동일한 좁은 범위의 주파수의 약한 기계적 원동력 또는 음향 원동력에 의해 여기될 수 있다.
음향 공명은 고형 물질의 다양한 특성을 결정하기 위하여 이용되어 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제4,976,148호 및 제5,062,296호 및 제5,355,731호에서 Migliori et al.은 대상 물체의 초음파 여기로부터 유도된 그 물체의 독특한 공명 주파수 분광기 기호(signature)를 규명하는 방법, 베어링을 위한 롤러 볼 같은 구형 물체의 그레이딩(grading) 생성 양을 위한 공명 초음파 분광기의 용도, 및 고분산 샘플의 탄성 상수를 계산하는 데에 사용하기 위해 저 진폭 공명이 검출될 수 있도록 고 분산 물질의 직사각형 평행 육면체 샘플에 공명 초음파 분광법을 사용하는 것을 개시하고 있다. 하지만, 상기 특허들은 고형 물질을 대상으로 하며, 액체 시스템이 관련되는 유기 물질 또는 생물학적 물질을 선택적으로 표적으로 하지는 않는다.
무생물 구조와 상호작용하는 것에 더하여, 음향 에너지(acoustic energy)는 생물 구조에 음향 파동을 가하고 그 음향 파동의 반사 패턴을 분석함으로써 구조를 영상화하기 위해 의학 및 생물학에서 광범위하게 이용되었다. 또한, 음향 에너지는 물리 치료 의학에서 상처나 통증 부위에 열을 전달하기 위해 이용되어 왔다. 하지만, 상기의 모든 응용들은 특정의 표적 생물 구조에 대해 선택적이지 못한 음향 에너지를 이용하는 것에 의존하며 따라서 표적 구조 이외에도 영향을 줄 수 있다.
Vago, RE.의 미국 특허 제5,048,520호와 제5,178,134호는 국소적인 위생 및 항바이러스 효과를 위해 동물을 초음파로 치료하는 것을 개시하고 있다. 개시된 주파수는 15kHz 내지 500kHz 범위이다. 그들은 또한 외피를 갖지 않은 바이러스가 초음파의 불활성화 효과에 대해 굴절성임을 보고한다. 그들의 항 미생물 효과에 대한 기작은 피부 표면상에서의 "공동 현상(cavitation)" 이며, 그들은 그들의 장치에서 공명 주파수의 사용을 피하고 있다.
Moasser,M.는 미국 특허 제4,646,725호에서 허피스 바이러스를 포함하는 감염체에 의해 야기된 피부 및 점막 병변의 치료를 위한 진단 초음파 기계를 위한 어댑터의 사용을 개시한다. 이 치료 방법은 제곱 센티미터 당 1.5 와트의 출력 전력에서 2.0 내지 3.0 분이며 특정 주파수는 언급되지 않고 있다. 음향 공명의 사용에 대해서는 개시도 고려도 되지 않았다.
Johnston, RG.의 미국 특허 제5,426,977호는 살모넬라 박테리아의 존재를 입증하는 기술을 제공하기 위하여 달걀에서 음향 공명을 초음파 측정하는 것을 개시한다. Johnston은 달걀의 특성을 확인한 다음 살모넬라 박테리아가 있을 때와 없을 때의 차이를 결정한다. 이처럼, 이 방법은 실제적인 미생물을 검출하지 않고, 대신 박테리아의 물리적 존재에 의해 변하는 달걀 껍질의 진동 모드를 규명한다.
선행 기술들은 주위 조직에 영향을 주지않고 생물 구조의 기능에 영향을 주는 만족스러운 방법 또는 시스템을 제안하지 못했다. 더욱이, 선행 기술들은 주위 구조에는 영향을 주지 않으면서, 높은 시그날 대 잡음 비를 갖는 기호를 생성하기 위해 음향 공명을 사용하여 생물 구조 또는 무기 구조를 정확하게 검출할 수 있도록 하는 방법을 제공하지 못한다. 또한, 선행 기술에서 사용하는 비(非)공명 음향 에너지는 목적하는 구조와 그 외 구조에 동일하게 영향을 준다.
본 발명은 공명 음향(resonant acoustic) 및/또는 공명 음향-EM 에너지(resonant acousto-EM energy)를 이용하여 무기 구조 및 생물 구조를 검출하고/하거나 생물 구조의 기능을 파괴하고/하거나 증대시키는 것에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어와 표현들은 하기의 의미를 갖는 것으로 이해된다.
본원에서 사용되는 "음향 에너지(acoustic energy)" 는 물리적 구조가 진동하고 그 움직임의 진동 에너지가 공기, 액체, 또는 고체를 포함하는 주위 매질로 전달될 때 생성되는 에너지로 정의된다.
"검출한다" 는 구조의 존재 유무를 결정하고, 존재할 경우 그 구조를 동정하는 것을 의미한다.
"전자기적(EM) 특성 및/또는 장(Electromagnetic(EM) properties and/or fields)" 은 직류 및 교류, 전기장 및 자기장, 전자기 복사 및, 파동, 전류, 유량(flux), 저항, 전위, 복사 또는 맥스월 식으로부터 얻어지거나 유도되는 것들을 포함하는 임의의 물리적 현상을 포함하나 이에 제한되지 않는 장(fields)을 포함한다.
"전자기(EM) 에너지 패턴" 은 음향 에너지가 구조와 상호 작용할 때 그 구조에 의해 생성되는 전자기 에너지를 말하며 전자기적 특성 및/또는 장으로 나타내진다.
"생물 구조"는 최소의 유기 또는 생화학적 이온 또는 분자에서부터 세포, 기관 및 전체 유기체에 이르기까지 임의의 것을 포함하며 유기 구조와 호환가능하다.
"파괴"는 생물 구조에 해로운 영향을 주는 것을 의미한다.
"음향 기호(signature)" 는 구조가 음향 공명 상태에 있을 때 그 구조에 의해 생성되는 독특한 음향 패턴을 의미하며 시그날의 진폭 형태를 취할 수도 있다.
"공명 음향 주파수" 는 구조에서 음향 공명을 유도하는 천연 공명 주파수의 조파(harmonic) 주파수와 분수 조파(subharmonic) 주파수를 포함하는 그 구조의 천연 공명 주파수 또는 그 근처의 주파수를 포함한다.
"음향-EM 기호(acousto-EM signature)" 는 음향 공명 상태에 있는 물체의 EM 에너지 패턴 및/또는 공명 음향 주파수와 등가인 주파수의 EM 에너지를 말한다.
"음향-EM 분광법" 은 음향 공명 상태인 구조의 독특한 EM 기호를 검출하거나전자기 에너지의 도입에 기인한 공명 상태의 독특한 음향 기호를 검출하는 것을 말하며, 이들 둘다 공명 상태의 구조를 검출하고/하거나 동정하기 위해 이용될 수 있다.
"살아있는 변환기" 는 전자기 에너지 또는 장을 기계적 에너지로 바꾸고/거나 기계적 에너지를 전자기 에너지 또는 장으로 바꾸는 생물 압전기 구조 또는 반도체 구조를 말한다.
"공동 현상(cavitation)" 은 액체내에 증기-충진된 공동이 형성되는 것, 예를 들어 물을 끓일 때 물에서 기포가 형성되는 것과 같은 것을 말한다.
"기계적" 은 열적 영역과 공동 현상 영역 사이의 강도/지속 시간(duration) 한계 영역에서 일어나는 것으로 생각되는 압축 및 희박화와 같은 기작을 포함한다.
"비공명 전자기 기호(non-resonant electromagnetic signature)" 는 비공명 음향 장에 의해 자극된 물체에 의해 생성되는 EM 에너지 패턴을 말한다.
"공명 음향-EM 에너지(resonant acousto-EM energy)" 는 구조에서 음향 공명을 유도하는 전자기 에너지 또는 장을 의미한다.
본 발명은 특정 표적 구조에는 영향을 주지만 주위의 비공명 구조에는 사실상 영향을 주지 않는 선택된 주파수로 표적 구조에서 음향 공명을 유도함으로써 선행 기술이 갖는 단점들을 해결한다. 더욱이, 음향 에너지를 증대시키는 전자기(EM) 에너지 공급원을 도입하여 음향 에너지 전력 강도를 감소시킬 수 있어,고 전력 음향 에너지의 파괴적 특성을 감소시킬 수 있다. EM 에너지와 음향 공명 사이의 상호 작용은 다른 구조에는 거의 영향을 미치지 않으면서 높은 시그날 대 잡음 비를 갖는 기호를 생성함으로써 음향 공명 상태의 구조를 정확하게 검출할 수 있도록 한다.
본 발명은 공명 상태에 있지 않은 주위 구조에는 사실상 영향을 끼치지 않으면서, 표적 구조로 유용한 에너지를 전달할 수 있는 공명 음향(acoustic) 및/또는 음향-EM(acousto-EM) 에너지를 이용함으로써 무기 구조 또는 생물 구조를 선택적으로 검출, 동정 및/또는 영향을 미치는 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명의 목적은 그 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 무기 또는 생물 구조를 동정하거나 검출하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 사용하여 생물 구조의 성장 및/또는 기능을 증대 및/또는 파괴시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 생물 구조의 공명 주파수를 결정하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 공명 음향 및/또는 공명 음향-EM 에너지를 사용하여 생물 구조의 존재를 검출하고/거나 동정하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적에 따라, 본 발명은 공명 음향 및/또는 공명 음향-EM 에너지를 사용하여 무기 구조 또는 생물 구조를 검출하고/거나 생물 구조의 성장 및/또는 기능을 파괴 및/또는 증대시킬 수 있도록 한다.
음향 공명의 원리를 적용하면, 생물 시스템의 공명 음향 주파수는 그 시스템의 천연 자유 진동 주파수이고, 따라서 생물 시스템은 좁은 주파수 범위의 약한 기계적 또는 음향 원동력에 의해 여기될 수 있다. 또한, 그 생물 구조의 크기, 모양및 조성에 따라, 둘 이상의 천연 발생 공명 음향 주파수가 있을 수 있으며 또한 수많은 분수 조파 및 우조화(superharmonic) 공명 음향 주파수가 있을 수 있다.
무기 구조 및 생물 구조가 음향 공명 상태가 되면, 에너지가 그 안에서 급격히 쌓인다. 이 에너지는 그 시스템 내에 유지되거나 또는 주위 환경으로 방출된다. 그 구조내에 유지된 에너지는 그 구조의 기능을 증가시킬 수도 있고 또는 그 구조를 파괴시킬 수도 있다. 공명 시스템 내의 소량의 에너지는 전자기 에너지로서 고유 분산되거나, 또는 음향 에너지로서 주위 매질로 전달된다. 고유 분산된 에너지는 분자 진동 및 원자 진동을 통해 분산되어 EM 에너지를 생성하기 때문에 특히 관심의 대상이 된다. 이 EM 에너지는 구조가 음향 공명 상태에 있을 때 생성되며 일부 음향 에너지가 그 구조와 상호작용하여 주위 매질로 분산되는 전자기적 에너지로 전환되기 때문에 음향-EM 에너지라고 부른다. 생성되는 EM 에너지의 특성, 장 및/또는 주파수는 그 대상이 되는 구조의 독특한 분자 및 원자 성분에 의존한다. 따라서, 하나의 구조에서 음향 공명의 유도는 그 구조의 독특한 음향-EM 기호가 생성되도록 하며, 이 기호는 본 발명에서 개시되는 바와 같이 그 구조를 검출 및/또는 동정하는데 이용될 수 있다. 역으로, 만일 구조가 그 음향-EM 기호에 해당하는 EM 에너지로 표적화되면, 에너지 분산 경로는 역전되고, 음향 공명 상태가 유도될 수 있다. 음향-EM 기호로 에너지 분산 경로를 역전시키는 것은 원래의 공명 음향 에너지 장이 생성하는 것과 동일한 증대, 검출, 및 파괴 효과를 생성하기 위해 이용될 수 있다. 공명 음향-EM 기호는 그 자체로 이용될 수도 있고, 공명 음향 에너지와 함께 이용될 수도 있다. 공명 음향-EM 에너지와 음향 에너지를 함께 이용하면, 낮은 전력 수준의 두 가지 유형의 에너지를 사용하여 전자기 에너지 및/또는 음향 에너지가 주위의 비표적 구조에 미칠 수 있는 불리한 효과를 감소시킬 수 있다.
전자기 에너지는 적어도 네 가지 방식으로 시스템의 음향 에너지 파동과 상호작용하고 보충할 수도 있다: 압전기 효과, 전자기 에너지의 고유 분산 및 음향 전기 또는 자기음향 효과.
압전기 효과에서, 음향 진동 에너지는 변환기에 의해 EM 에너지와 호환성있게 전환된다. 생물학적 압전 구조는 동일한 에너지 전환을 조절할 수 있어 살아있는 변환기로 작용할 수 있다. EM 장이 생물학적 압전 구조에 가해지면, 음향 파동이 생성된다. 유사하게, 음향 파동이 생물학적 압전 구조에 가해질 때, EM 에너지가 생성된다. 생물 구조에서 압전 효과는 많은 유용한 용도를 갖는다(하기 참조). 이러한 효과는 음향 공명 원리가 적용될 때 더욱 유용해진다. 본 발명에서 특정 생물 구조를 그 구조에 극적으로 영향을 미치나 주위의 비공명 구조에는 거의 영향을 미치지 않는 전력 수준의 음향 파동 또는 EM 에너지로 표적화할 수 있다. 다른 사람들이 이전에 생각하지 못했지만, 기계적 에너지와 EM 에너지의 전환을 조절하는 살아있는 공명 압전기 변환기로서 작용하는 생물 구조는 생물 구조와 EM 장의 상호작용에 책임이 있는 주요 기작중의 하나임은 의심의 여지가 없다.
음향 전기적 효과에서, 음향 파동이 반도체를 통과하면 전류가 유도된다. 음향 파동이 그 물질을 통과하면 전하 운반체의 위치 에너지의 주기적인 공간적 변이를 야기하는 것으로 생각된다. 그 결과, 음향 파동이 그 반도체를 가로지르는 동안그 반도체의 끝을 가로지르는 전기장이 형성된다. 자유 전자 운반체는 위치 에너지 트로프(trough)내로 묶이게 되고, 특정 주파수를 갖는 음향 파동이 진행하면서 자유 전자 운반체 다발을 함께 끌어가게 되며, 그 결과 특정 음향 주파수에서 맥동하는 직류 장 또는 그 특정 음향 주파수와 동일한 주파수를 갖는 교류 장과 같은 전기장이 생긴다. 그 효과는 양전하 운반체와 음전하 운반체가 둘다 존재할 때 증대되며, 생물 시스템에서 자주 발견되는 많은 다양한 운반체-조건 그룹이 있을 때 증대된다. 생성된 전류의 속성은 대상이 되는 구조의 독특한 분자 및 원자 성분에 의존한다. 이러한 양상은 다수가 반도체인 생물체에서 음향 전기적 분광법을 수행하는 수단을 제공하며, 선택되는 주파수에 의존하면서, 생물 구조에서 음향 전기적 효과는 많은 잠재적인 유용한 적용 분야를 갖는다. 이해되는 바와 같이, 표적 구조를 비공명 주파수를 갖는 음향 에너지로 조사하거나 노출시켜 그 구조에서 음향 전기적 효과의 전자기 에너지 패턴을 검출할 수 있다. 이러한 검출된 전자기 에너지 패턴은 표적 구조를 검출하고 동정하기 위한 기호로 이용될 수 있다.
하지만, 음향 전기적 효과는 음향 공명 원리가 적용될 때 더욱 유용해진다. 생물체의 증대, 검출, 및/또는 파괴는 표적 구조에는 극적으로 영향을 끼치나 주변의 비공명 구조에는 사실상 영향을 주지 않는 전력 수준에서 특정 구조를 표적으로 삼을 수 있다. 공명 구조에서 음향 전기적 효과에 의해 생성된 전류는 이웃한 비공명 구조에 의해 생성된 임의의 전류보다 훨씬 강할 것이며, 교류성일 수도 있다. 공명 구조로부터 얻어지는 큰 시그날 대 잡음 비는 음향 및 EM 패턴 동정 및 검출의 정확성을 개선시킨다. 압전기 효과와 음향 공명 고유 에너지 분산 경로의 역전에 유사하게(상기 참고), 표적 구조에 공명 음향전기적 EM 패턴을 적용하면 음향 파동이 증폭될 것이다(음향 파장이 집군이 최적인 디바이 길이(Debye length)인 주파수에서 피크를 이루는 음향 전기적 이득). 따라서, 공명 음향 EM 장과 음향전기적 EM 장을 함께 사용하면, 그렇지 않으면 크게 약화되어 빈약한 조직 투과성을 가질 고 주파수 음향 에너지가 조직을 훨씬 더 잘 투과하도록 한다. 공명 음향 주파수와 음향전기적 EM 장을 함께 사용하면, 또한 낮은 전력 수준의 두 에너지를 사용하여 다른 비표적 구조 및 비공명 구조에 대한 잠재적인 효과를 감소시킬 수 있다.
자기음향 효과는 대상이 되는 물질의 전자적 특성에 의존하면서, 모노톤, 진동성, 또는 공명 방식으로 음향 장이 자기장에 따라 약해지는 것이다. 구조적 조성에 의존하는, 결과에 있어서의 이러한 변이성은 자기장의 부가를 통해, 생물체 및 기타 구조에 관하여 공명 음향-EM 분광법의 추가 증대를 제공한다. 또한, 자기장의 추가는 음향 장을 증폭시키거나 약화시키는 수단을 제공하여 음향 장이 생물 조직을 통과하는 것을 개선하거나 조절한다.
유사하게, 음향 사이클로트론 공명(즉, 공명 음향 사이클로트론 공명) 및 도플러-이동된 공명 음향 사이클로트론 공명과 결합된 공명 음향론은 구조의 선택적인 증대, 검출 및/또는 파괴를 야기하는 강력하고 정확한 수단을 제공한다.
본 발명은 특정 표적 생물 구조의 기능을 파괴하고/거나 증대시킬 목적으로 생물 구조에 음향 공명 원리를 적용하는 방법을 제공한다. 한 생물 구조의 공명 음향 주파수는 당업계에 잘 알려진 방법 및 시스템을 이용하여 공명 음향 분광법을 수행함으로써 결정될 수도 있다. 구체적으로, 생물 구조의 공명 음향 주파수는 a)음향 에너지를 생물 구조에 가하고 음향 에너지 주파수 범위에 걸쳐 스캐닝하고, b) 그 생물 구조가 그 특정 주파수에 의해 음향 공명으로 유도되고 있음을 나타내는 그 생물 구조로부터의 최대 시그날 출력을 야기하는 적어도 하나의 특정 주파수를 검출하는 단계에 의해 결정될 수 있다.
최대 시그날을 야기하는 특정 주파수는 본원에서 그 생물 구조의 음향 기호로서 정의되고 사용되는, 그 생물 구조의 공명 음향 주파수이다. 일단 결정되면, 적어도 하나의 공명 음향 주파수를 그 생물 구조에 가하여 그 내부의 기능에 영향을 주고/거나 그 음향-EM 기호를 결정할 수 있다.
공명 음향 주파수를 포함하는 음향 에너지는 생물 구조의 기능에 영향을 주기에 충분한 전력 수준에서 가해진다. 음향 에너지의 전력 강도와 음향 공명으로 유도되는 표적 구조의 유형에 의존하면서, 그 구조는 그 기능에 영향을 받아 파괴 및/또는 증대될 수 있다.
더 낮은 전력 수준에서 생물 구조의 기능은 증대될 수 있고, 높은 전력 수준에서는 구조의 파괴가 일어날 수도 있다. 본원에서 사용된 증대는 생물 구조에 대한 이로운 효과를 포함한다. 그러한 기능의 증대 또는 증가 효과는 성장, 생식, 재생, 배발생, 대사작용, 발효 등의 증가를 포함하며 이에 한정되지 않는다. 그러한 증가의 결과는 뼈 질량 또는 밀도의 증가, 난자 수와 성숙도의 증가, 백혈구 수 및/또는 기능의 증가, 맥주, 와인 및 치즈 제조에서 발효 산물의 증가, 식물 발아 및 성장의 증가 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
공명 음향 에너지로 구조를 선택적으로 파괴하는 능력이 매우 유용한 여러상황이 본원에서 개시된다. 전술한 바처럼, 본원에서 사용되는 파괴는 생물 구조에 대한 해로운 효과를 말한다. 그러한 해로운 효과는 생물 구조 또는 그 생물 구조의 하나 또는 그 이상의 성분의 용해, 분쇄, 파열 또는 불활성화로 귀결되는 생물 구조의 구조적 실패를 포함하며 이에 한정되지 않는다. 본원에서 사용된 파괴는 또한 성장, 생식, 신진대사, 감염성 등에 요구되는 중요한 과정의 억제를 그 범위내에 포함한다. 파괴의 표적이 될 수 있는 성분은 DNA, RNA, 단백질, 탄수화물, 지질, 지방다당류, 당지질, 당단백질, 프로테오글리칸, 염색체, 미토콘드리아, 소포체, 세포, 기관 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 유독성 유기체의 경우, 그 유기체의 성장, 감염성 또는 유독성을 방지하거나 억제하기 위해 유독성 인자를 파괴의 특이적 표적으로 할 수도 있다. 그러한 유독성 인자는 내독소, 외독소, 필리(pili), 플라겔라(flagella), 프로테아제, 숙주 세포 수용체를 위한 리간드, 캡슐, 세포벽, 포자, 키틴 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 방법을 이용하여 파괴시킬 수 있는 유기체, 생물체 또는 그들의 하나 또는 그 이상의 표적 부분은 바이러스, 박테리아, 원생동물, 기생체, 진균류, 벌레, 연체동물, 절지 동물, 조직 덩어리 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 파괴될 유기체 또는 생물체는 분리될 수도 있고, 다세포 유기체 또는 그 일부로 존재할 수도 있고, 또는 다른 복잡한 환경에 존재할 수도 있다.
주위 조직 또는 구조에 영향을 주지 않고 표적 생물 구조를 파괴하는 것은 그 표적 구조에서만 유도되는 음향 공명 때문인 것으로 생각되며 이러한 음향 공명은 지금까지 생물 구조에 영향을 주는 기작으로 생각되지 않았던 것이다. 이것은생물 구조에 영향을 주는 것으로 공동 현상, 열 및 기계적 기작 만을 생각한 선행 기술과는 매우 다르다.
구조의 실질적인 파괴를 야기하지 않는 낮은 수준과 같은 특정 전력 수준에서, 공명 음향 에너지는 그 구조내에서 그리고 주위 매질로 고유 분산할 수 있다. 이러한 고유 분산된 에너지는 그 구조에 의해 직류 및 교류, 전기장 및 자기장, 전자기 복사 등으로 나타내질 수도 있는 특정 특성 및/또는 장을 갖는 전자기 에너지로 전환될 수 있다. 전자기 에너지의 패턴은 그 구조의 음향-EM 기호를 나타낸다.
본 발명은 구조에서 공명을 유도하기 위해 미리 결정된 그 구조의 공명 음향 주파수 또는 그 근처의 주파수를 갖는 음향 에너지로 그 구조를 조사하고 에너지의 고유 분산에 의해 야기된 전자기 에너지 패턴을 검출하는 것을 포함하는, 구조의 음향-EM 기호를 결정하는 방법을 제공한다.
일단 음향-EM 기호가 특정 구조에 대해 결정되면, 이 구조는 그 구조의 음향-EM 기호의 등가, 직류와 교류, 전기장 및 자기장, 및 전자기 복사 등과 같은, 그 구조의 음향-EM 기호에 동등한 EM 에너지를 가함으로서 음향 공명으로 유도될 수 있다.
이처럼, 본 발명은 표적 구조에 영향을 주기 위해 공명 음향 주파수와 표적 구조의 미리 결정된 음향-EM 기호에 상응하는 전자기적 에너지를 개별적으로 또는 함께 가함으로서 음향 공명 원리를 적용하며, 그 방법은 a) 표적 구조의 적어도 하나의 공명 음향 주파수를 가하고/거나 그 표적 구조의 음향-EM 기호의 일부 또는 전부에 상응하는 전자기 에너지를 도입하는 단계, c) 표적 구조내에서 음향 공명을유도하고 그 구조의 기능에 영향을 주기 위해 전력 강도 수준의 (a) 및/또는 (b) 각각을 가하는 단계를 포함한다.
표적 구조에서 음향 공명을 유도하기 위한 적용 에너지를 제공하기 위해 표적 구조의 공명 음향 주파수와 음향-EM 기호 둘 다 상기한 바처럼 미리 결정되어야 한다. 전자기 에너지는 표적 구조가 음향 공명으로 유도될 때 검출되는 전자기 에너지 패턴에 상응하는 특정 주파수를 갖는 직류 또는 교류 형태로 표적 구조내로 도입될 수 있다. 더욱이 각 유형의 에너지는 개별적으로 사용될 때보다 낮은 전력 수준에서 가해질 수 있으며 이는 그 구조에 대한 손상을 감소시키면서 그 구조에서 음향 공명을 유도할 수 있도록 한다.
본 발명은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 무기 구조 또는 생물 구조를 검출하고 동정하는 방법을 제공한다. 그 방법은 구조의 음향 기호를 제공하기 위해 그 구조내에서 음향 공명을 유도하는 특정 주파수 및/또는 주파수들을 결정하기 위해 어느 범위의 주파수로 그 구조를 조사함으로써 그 구조의 음향 기호를 결정하는 것을 포함한다. 음향 기호는 그 구조를 검출하고/거나 동정하기 위해 기준 기호와 비교될 수 있다.
더욱이, 구조의 동정 및/또는 검출은 또한 표적 구조의 음향-EM 기호를 검출함으로서 이루어질 수 있으며, 그 방법은 a) 표적 구조에서 음향 공명을 유도하는 단계, 및 b) 음향 공명 상태의 표적 구조로부터 그 구조의 음향-EM 기호를 나타내는 전자기 에너지 패턴을 검출하는 단계를 포함한다.
음향-EM 기호는 그 구조를 검출 및/또는 동정하기 위해 기준 기호와 비교될수 있다.
표적 구조는 적어도 하나의 공명 음향 주파수를 포함하는 음향 에너지, 그 공명 음향 주파수에 상응하는 전자기 에너지, 및/또는 음향-EM 기호에 상응하는 전자기 에너지 패턴을 도입함으로써 음향 공명으로 유도될 수 있다.
전자기적 특성 및 장으로 나타나는 전자기 에너지 패턴은 Erik V. Bohn 의 Introduction to Electromagnetic Fields and Waves(Addison-Wesley Publishing Co., 1968)(본원에 참고로 인용됨)에 개시된 것과 같은 당업계에 공지된 검출 수단으로 결정될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 구체예에서, 구조를 음향 공명 상태로 유도하는 그 구조의 음향-EM 기호의 일부 또는 전부를 그 구조에 가함으로써 그 구조를 음향 공명으로 유도할 수 있다. 만일 그 구조가 음향 공명 상태로 유도되면, 이 사실은 그 구조를 검출 및/또는 동정하기 위해 이용될 수 있다. 각 구조는 그 자신의 독특한 음향 기호를 가질 뿐만 아니라 그 구조가 음향적으로 공명함에 의해 반응하는 독특한 음향-EM 기호를 가질 것이므로, 이것은 특정 구조의 동정 또는 검출을 위해 이용될 수 있는 본 발명의 다른 방법을 나타낸다.
또한, 전자기적 특성 및/또는 장의 전력 강도 그리고 음향 공명으로 유도되는 표적 구조의 그 유형에 따라, 그 구조는 그 기능이 파괴되고/거나 증대될 수 있다.
모든 상기 구체예에서 공명 음향 주파수를 포함한 음향 및/또는 전자기 에너지의 도입은 원하는 효과에 따라 연속적 및/또는 주기적 형태로 가해질 수 있다.
음향 및/또는 EM 장은 개별적으로 또는 함께 가해질 수 있다. 유사하게, 음향 및/또는 EM 장은 개별적으로 또는 함께 검출될 수 있다.
많은 생화학적 화합물 및 생물 구조는 자연 발생 결정이며 공명 음향 에너지의 효과면에서 특히 민감하다. 많은 생물학적 물질은 압전기 물질이다. 예를 들어, 뼈는 압전기 물질이며 뼈의 압전기 특성은 생물 기능에서 중요한 역할을 한다. 이처럼, 압전기 특성을 갖는 생물 구조는 충분한 양의 음향 에너지 및/또는 전자기 에너지를 가하여 그 구조를 공명으로 유도함으로서 그 생물 구조의 기능에 긍정적 또는 부정적으로 영향을 미칠 수 있는 것으로 본 발명자들은 생각한다. 이해되는 바와 같이, 살아있는 압전기 변환기로 작용하는 생물 구조는, 그 살아있는 변환기에 의해 기계 에너지로 전환되는 그 생물 구조의 공명 음향 주파수에 상응하는 전자기 에너지를 도입하여 그 구조에서 음향 공명을 유도함으로써 음향 공명으로 유도될 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 생물 또는 무기 구조의 공명 음향 및/또는 음향-EM 기호를 결정함으로써 그 구조를 검출하는 시스템으로서, a) 그 생물 또는 무기 구조에서 음향 공명을 유도하는 수단, b) 그 생물 또는 무기 구조의 음향 기호를 검출하는 수단, 및 c) 그 생물 또는 무기 구조의 음향 기호를 그 구조의 기준 음향 기호와 비교하는 수단을 포함한다.
또한, 상기 시스템은 또한 또는 대신 전술한 바와 같은 전자기 에너지 패턴을 생성하는 음향 공명 상태의 구조의 공명 음향-EM 에너지 기호를 검출하는 수단을 포함한다.
음향-EM 기호는 검출 또는 동정 시스템에 비교 수단을 제공함으로써 미리 결정된 기준 기호와 비교될 수 있다. 전자기 에너지 패턴은 직류 및 교류, 전기장 및 자기장, 그리고 전자기 복사 형태의 에너지를 포함하며 이에 제한되지 않는 전자기 특성 및/또는 장으로 나타내진다. 표적 구조는 적어도 하나의 공명 음향 주파수를 포함하는 음향 에너지, 그 공명 음향 주파수에 상응하는 전자기 에너지, 및/또는 음향-EM 기호에 상응하는 전자기 에너지 패턴을 도입함으로서 음향 공명으로 유도될 수 있다.
본 발명의 다른 구체예에서, 표적 생물 구조를 증대 및/또는 파괴시키기 위한 시스템은 그 생물 구조에서 음향 공명을 유도하기 위한 미리 결정된 공명 음향 주파수를 포함하는 음향 에너지를 가하기 위한 수단을 포함하며, 이 음향 에너지는 그 생물 구조의 기능에 영향을 주기에 충분한 전력 입력에서 가해진다. 다른 한편으로는, 표적 구조는, 직류 및 교류, 전기장 및 자기장, 그리고 전자기 에너지와 같은, 미리 결정된 공명 음향 주파수 또는 음향-EM 기호에 상응하는 전자기 에너지를 제공함으로서 음향 공명으로 유도될 수도 있다.
또 다른 구체예에서는, 표적 구조의 공명 음향 주파수 또는 그 근처의 음향 주파수를 갖는 음향 에너지 그리고 또한 공명 음향 주파수를 증대시키기 위한 전자기 에너지를 도입하기 위한 시스템이 제공되며, 이는 그 표적 구조의 공명 음향 주파수 또는 그 근처의 주파수를 도입하는 수단, 및 그 구조의 음향-EM 기호로서 미리 결정된 전자기 에너지 패턴에 상응하는 전자기 에너지(예, 직류 및 교류, 전기장 및 자기장, 및/또는 전자기 복사 등)를 도입하는 수단을 포함한다.
음향-EM 기호에 상응하는 음향 에너지와 EM 에너지는 두 가지 에너지 유형 모두에 적용할 수 있는 하나의 수단에 의해 가해지고/거나 검출될 수 있다.
본 발명의 부가적인 목적, 장점 및 신규한 특성은 일부는 하기에서 설명될 것이며 부분적으로는 본원의 검토시 또는 본 발명의 수행시 알게 될 것이다. 본 발명의 목적과 장점은 첨부된 청구항에서 구체적으로 지적된 유용함과 조합에 의해 인식되고 이해될 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 구성 및 많은 장점들은 수반되는 도면과 함께 생각하며 하기하는 발명의 상세한 설명을 읽으면 보다 잘 이해될 것이다.
도 1은 기본적인 음향 에너지 발생 시스템의 블록 도면이다.
도 2는 기본적인 음향 에너지 검출 시스템의 블록 도면이다.
도 3은 생물 구조에 가해진 정상(stationary) 자기장의 블록 도면이다.
도 4는 생물 구조에 가해진 진동 자기장의 블록 도면이다.
도 5는 생물 구조에 가해진 직류 또는 교류의 블록 도면이다.
도 6은 생물 구조에 가해진 정전하의 블록 도면이다.
도 7은 생물 구조에의 전자기 복사 전달의 블록 도면이다.
도 8은 생물 구조에서의 정상 자기장 또는 진동 자기장 검출의 블록 도면이다.
도 9는 생물 구조에서의 정전하 검출의 블록 도면이다.
도 10은 생물 구조로부터 방출되는 전자기 복사의 검출의 블록 도면이다.
도 11은 생물 구조에서 직류 및 교류의 검출의 블록 도면이다.
도 12는 바이러스의 공명 음향 주파수를 결정하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 13은 바이러스에 대한 공명 음향 장의 효과를 평가하기 위한 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 14는 공명 음향 장으로 체외에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 15는 공명 음향 장으로 생체내 혈관내에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 16은 공명 음향 장으로 다세포 유기체에서 생체내에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 17은 공명 음향 장 프로브로 다세포 유기체의 일부에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 18은 공명 음향 장 시트로 다세포 유기체의 일부에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 19a와 b는 바이러스의 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 결정하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 20은 바이러스에 대한 공명 음향 및/또는 음향-EM 장의 효과를 평가하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 21은 공명 음향 및/또는 음향-EM 장을 이용하여 체외에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 22는 공명 음향 및/또는 음향-EM 장을 이용하여 생체내 혈관내에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 23은 공명 음향 및/또는 음향-EM 장 프로브를 이용하여 다세포 유기체의 일부에서 바이러스를 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 24a와 b는 미생물의 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 결정하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 25는 공명 음향 및/또는 음향-EM 장으로 미생물을 증대시키는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 26은 공명 음향 및/또는 음향-EM 장으로 미생물을 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 27은 절지동물의 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 결정하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 28은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 절지 동물을 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 29는 골다공증을 가진 개체에서 정상적인 뼈 구조를 증대시키고 유지하기 위한 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 30은 무중력 상태 동안 정상 개체에서 정상적인 뼈 구조를 유지하기 위한 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 31은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 양성 또는 악성 조직 타입을 검출하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 32는 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 세포간의 프로테오글리칸 접착 단위를 자극하고/거나 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 33은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 사용하여 다세포 유기체의 구조를 증대, 동정, 검출, 및/또는 파괴하는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 34는 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 사용하여 다세포 유기체의 성장 속도를 증대시키는 방법을 보여주는 블록 도면이다.
도 35a와 b는 무기 물질 또는 구조의 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 결정하는 방법 및 시스템을 보여주는 블록 다이아그램이다.
본 발명의 방법은 도 1에 나타난 바와 같이 무기 구조 또는 생물 구조에 공명 주파수의 음향 에너지를 전달하는 것을 포함한다. 당업자에게 공지된 방법을 사용하여, 음향 에너지를 생성하고 임의의 매질을 통해 전달할 수 있는 임의의 장치를 이용하여 본 발명에 의해 사용되는 공명 음향 주파수를 생성시킬 수 있다. 이것은 (인공적인 또는 자연 발생적인)압전기 변환기, (고주파수 공기 휘슬과 같은) 순수 기계 장치, 및 레이저 장치의 전통적인 EM 자극을 이용하여 음향 에너지를 생산하는 장치를 포함하며 이에 한정되지 않는다. 음향 에너지 시스템의 각각의 성분은 다양한 제조업체로부터 구입할 수 있으며, 구체적 용도와 주파수 범위에 맞춰질 수 있다. (Thosmas Directory of American Manufactureres, Photonics Buyer's Guide, 1996, Microwave and RF, and Electronic Engineer's Master Catalogue).
주파수, 모드, 펄스 지속, 모양 및 반복 속도와 같은 미리 결정된 특징들을 갖는 시그날을 생성하는 임의의 발진기(시그날 발생기 또는 함수 발생기라고도 불림)를 이용하여 본 발명에 의하여 이용되는 공명 음향 주파수를 생성시킬 수 있다. MicroLambda LMOS 시리즈(500MHz-18GHz), BK Precision 2005A(100KHz-450MHz)(B&K Precision, Chicago, IL), Tektronix SME02(5KHz-5GHz), 및 Tektronix 25 SME 4040(0.5Hz-20MHz)(Tektronic, Inc.,Beaverton, OR), 및 Matec 700 시리즈(1-1100MHz) 등과 같은 다양한 발진기 또는 시그날 발생기를 헤르츠 내지 기가헤르츠 범위의 주파수를 위해 구입할 수 있다.
공명이 일어나는 주파수는 구조의 크기, 모양 및 조성에 의존한다. 예를 들어, 반구의 공명 주파수는 음향 파장이 반구 직경과 동일한 주파수이다. 더욱 복잡한 구조(실린더)는 배향의 두 축에 기초한 두 개의 공명 주파수를 가지며, 공명 주파수 파장 중 하나는 길이의 1.5배와 같다. 구조의 모양이 복잡할 수록, 공명 음향 주파수 패턴이 더욱 복잡하지만, 음향 공명이 일어나는 파장은 대략 구조의 크기에 상응한다.
특정 음향 파장에 맞는 주파수는 하기 식 (1)에 따라, 그 구조의 조성에 의존한다.
속도= 주파수 x 파장 (1)
상기에서 속도는 그 구조를 구성하는 매질에서 음향 파동이 진행하는 속도(소리의 속도)를 말한다. 소리의 속도는 다양한 생물 조직에서 변하지만, 대부분의 생물 유기체가 주로 물로 구성되기 때문에 물에서의 소리의 속도(1,500m/s)와 대략 동일하다. 물에서의 소리의 속도를 음향 파동의 속도로 이용하고, 구조 크기를 파장의 대략 값으로 이용하여, 유기 구조 또는 생물 구조에서 공명 음향 주파수의 대략 범위는 하기 식 (2)에 따라 얻어진다.
주파수 = 속도/파장 = 속도/크기 =1,500m/s/크기 (2)
(하기 표를 참고하기 바란다)
생물 조직에서 기타 공지된 소리의 속도는 다양하며, (1) 간(1550m/s), (2) 근육(1580m/s), (3) 지방(1459m/s), (4) 뇌(1560m/s), (5) 신장(1560m/s), (6) 비장(1570m/s), (7) 혈액(1575m/s), (8) 뼈(4080m/s), (9) 폐(650m/s), (10)눈의 수정체(1620m/s), (11) 수성 체액(1500m/s), 및 (12) 유리체액(1520m/s)를 포함한다. 물에서의 소리의 속도와 다른 음향 속도를 갖는 조직으로 구성된 표적 유기 또는 생물 구조의 공명 음향 주파수 범위는 동일한 식(속도/파장)을 이용하여 유도되며 표적 조직에서 소리의 속도에 의존하면서 하기 표에 나타난 범위에에서 더하거나 빼진다.
특정 매질에서 음향 에너지의 속도는 대부분 일정하지만, 속도는 주파수에 다소 의존하며 이는 분산 효과이다. 예를 들어, 1 내지 20 MHz의 주파수 범위에서 음향 속도는 1% 변한다. 따라서, 본 발명에서 공명 주파수 또는 표적 구조에 대해 공명 주파수가 찾아질 수 있는 주파수 범위는 그 크기, 모양 및 조성 그리고 조사중인 특정 주파수 범위에 의존한다. 생물 구조를 위한 일부 대략적인 음향 공명 주파수는 하기 표1에 포함된다.
한 매질로부터 다른 매질로 음향 에너지의 최대 전달을 얻기 위해, 각 매질의 특징적인 음향 임피던스는 가능한 다른 매질의 것과 거의 동일해야 한다. 이러한 임피던스 매칭 문제는 많은 물리학 분야에서 발생하며, 각기 다른 음향 임피던스 R1과 R2를 갖는 두 매질을 매칭시키는 수단으로서 음향 기술에서 이용된다. 매칭 매질은 다른 두 매질 사이에 끼워지며 전달되는 소리의 파장에 비하여 적절한 두께여야 하며, 그 음향 임피던스 R은 √(R1R2)에 거의 동일해야 한다. 시판되며 본 발명에서 이용될 수 있는 임피던스 매칭 장치는 Matec Instruments, Inc.에서 제조된 Model 60을 포함한다.
음향 에너지는 수용된 전자기 에너지를 신속한 물리적 진동, 그리고 따라서 음향 에너지로 전환시키는 변환기에 의해 생성될 수 있다. 첫 번째 음향 변환기는 음향 에너지 파동을 생성하기 위하여 자연 발생 수정의 압전기 특성을 이용하였다.
EM 에너지 →압전기 변환기 →음향 에너지 파동
신규한 압전기는 강유전성 세라믹(바륨 티타네이트, 납 티타네이트, 또는 납 지르코네이트) 및 산화 아연과 같은 물질을 이용한다. 재료 공학의 최근의 발전은 또한 시트와 코드 형태를 가질 수 있어 다수의 적용을 가능하게 하는 압전기 중합체를 생성시켰다.
변환기는 또한 특정 분야와 주파수에 맞춤이 가능한 다양한 디자인으로 다양한 제조업체로부터 구입할 수 있다. 본 발명에서 이용될 수 있으며 헤르츠 내지 기가헤르츠 범위의 주파수를 위해 구입될 수 있는 음향 변환기의 예는 Matec 광대역 액침 변환기 MIA 시리즈(10-196 MHz), Matec 광대역 MIBO 시리즈(5-10MHz), Matec 광대역 MICO(3.5MHz), Matec 광대역 MIDO(2.25MHz), Matec 광대역 MwO시리즈(50KHZ-1MHz), Matec GPUT 시리즈(500KHz-20MHz), Matec 혈관내 혈류 VP-A50 시리즈(5-30MHz), 사파이어와 선택적 반-반사 코팅상의 산화 아연의 Teledyne Electronic Technologies 동위상 또는 이위상 광대역 MHz/GHz(최대 17.5 GHz) 배열 변환기, 및 Channel Industries Kilohertz 변환기를 포함한다. 극초단파 음향 주파수(상부 GHz와 THz)에서는 메이저 시스템과 레이저 시스템이 이용될 수도 있다.
변환기는 일정 범위의 주파수(광대역) 또는 하나의 특정 주파수(협대역)를 위한 음향 파동을 생성할 수 있다.
시판되는 음향 증폭기는 Matec 게이트 증폭기 시스템(100KHz-200MHz), 그리고 EM 광대역 증폭기 모델 607L(0.8-1,000MHz)를 포함하며 이에 한정되지 않는다.
전력 프레임, 컴퓨터 인터페이스, 펄스 폭 발생기, 게이트 증폭기, 광대역 수용기, 및 위상 검파기를 포함하는 완전한 음향 시스템을 Matec과 같은 공급원으로부터 구입할 수 있다.
음향 전달 시스템은 적용에 따라 다양하다. 음향 에너지 파동은 변환기와 표적 구조 매질과의 직접적인 접촉에 의하여, 또는 그 표적 구조와 직접 접촉하고 있는 다른 구조 또는 매질을 통해 음향 파동의 전달을 커플링시킴으로써 기체, 액체 또는 고체 매질로 전달될 수 있다. 생물 구조의 경우, 음향 파동이 그 표적 구조에 도달하기 위하여 생물 구조의 다수 층을 통해 이동하면서 다수의 구조 또는 매질을 통한 커플링이 일어나기 쉽다. 만일 표적 구조가 액체이면, 변환기는 그것과 직접 접촉하는 액체에 놓여질 수 있으며, 또는 그 액체를 그 벽 자체가 변환기이며 그 액체와 직접 접촉하는 용기내에 놓을 수 있다. 또한, 변환기를 액체가 놓여지는 용기의 벽의 외측에 놓을 수 있다.
만일 표적 구조가 고체이면, 변환기는 다시 그 고체와 직접 접촉하도록 놓여질 수 있다. 그 고체는 커플링제로 사용되는 기체 또는 액체에 놓여질 수 있다. 액체 또는 젤-유형 커플링제는 또한 변환기가 고체의 표면에 위치될 때 자립성 고체와 변환기를 커플링시킬 수 있다.
본 발명은 또한 도 2에 나타내진 바와 같이 무기 구조 또는 생물 구조로부터 유래된 음향 에너지를 받아들여 분석하는 것을 포함한다. 당업계에 공지된 방법을 사용하여, 임의의 매질을 통하여 음향 에너지를 수용하고 분석할 수 있는 임의의 장치를 사용하여 본 발명에 의해 이용되는 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 검출할 수 있다.
음향 에너지 파동의 검출은 기본적으로 음향 에너지 파동 생산의 역 과정이다. 변환기에 가해지는 음향 에너지 파동은 기계적 응력을 가하여 압전기 효과를 통해 기계적 응력에 비례하는 전기적 분극을 생성한다. 얻어지는 EM 에너지는 오실로스코프 유형 장치를 통해 해독가능한 포맷으로 전자적으로 전환된다.
EM 에너지 ← 압전기 변환기 ← 음향 에너지 파동
따라서, 압전기 변환기는 가역적인 압전기 효과를 이용하여 음향 에너지를 생산하고 검출하기 위해 이용될 수도 있다.
음향 공명 상태로 유도된 후 그 구조는 그 변환기에서 기계적 응력을 야기할 진동 파동을 방출할 것이다. 그러면, 그 음향 파동과 동일한 주파수를 갖는 교번 주파수가 변환기에 연결된 전극을 가로지르는 전압으로 나타난다. 이 전압은 오실로스코프 형 장치를 통해 판독가능한 포맷으로 전환된다.
본 발명에서 이용될 수 있는 오실로스코프는 BK Precision 21 60A(0-60 MHz), Tektronix TDS 784A(0-1 GHz), Tektronix TDS 820(6-8 GHz), Tektronix 1180aB(0-50 GHz); 및 Hewlett-Packard 8577A(100Hz-40GHz), HP 8555A(10MHz-40GHz), Tektronix 492(50KHZ-21GHz), Anritsu MS62C(50Hz-1.7GHz), 및 Polarad 640B(3MHz-40GHz)와 같은 스펙트럼 분석기를 포함하며 이에 제한되지 않으며 이들은 모두 시판되고 있다.
전력 프레임, 컴퓨터 인터페이스, 펄스 폭 발생기, 게이트 증폭기, 광대역 수용기, 위상 검파기, 조절 소프트웨어, 선(pre) 증폭기, 다이오드 신장기, 다이플렉서, 필터 및 감쇠기를 포함하는 완전한 음향 검출 및 분석 시스템(50KHz-100MHz)을 Matec Instruments Inc. 또는 다른 공급업체로부터 구입할 수 있다.
검사중인 음향 에너지는 반사될 수도 전달될 수도 있다. 예를 들어, 전통적인 의료적 초음파 방법에서, 음향 파동은 하나의 변환기로부터 생성된다. 이 음향 파동은 다양한 구조를 공격한다. 음향 파동의 일부는 그 구조로부터 반사되어 동일한 하나의 변환기에 의해 반사된 파동으로 검출된다. 음향 파동의 일부는 또한 그 구조를 통해 전달될 수도 있다. 음향 에너지의 많은 산업적 응용은 반사된 파동보다는 전달된 파동을 이용한다.
본 발명은 또한 도 3-7에 나타난 대로 표적 구조에 공명 음향 및/또는 공명 음향-EM 주파수의 EM 에너지를 전달하는 것을 포함한다. 공명 시스템이 유체 환경(대부분의 생물 구조의 경우가 그러하다)에 존재하면, 에너지의 분산이 그 시스템내의 고유한 원(source)을 통해 일어나거나(EM 에너지로의 전환을 통해) 또는 주위 매질로의 손실을 통해 일어난다(음향 에너지의 커플링과 전달을 통해). 당업자에게 공지된 방법을 사용하여, 임의의 매질을 통해 EM 에너지를 생성시키고 전달할 수 있는 임의의 장치를 이용하여 정상 자기장 및 진동 자기장(도 3과 도 4), 직류 또는 교류(도 5), 정전하(도 6), 전기장 및 EM 복사(도 7)을 포함하며 이에 제한되지 않는 본 발명에 의해 이용되는 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 생성시킬 수 있다.
직류와 교류를 전달하기 위한 전극은 다양한 공급원으로부터 구입할 수 있다.
자기장 발생기는 시판되며 Radio Shack Rare-earth magnets 64-1895, GMW Model 5403AC 등을 포함한다. 도1과 도2에 나열된 발진기와 시그날 발생기는 시판된다. 유사하게, Waveline Model 99 시리즈 Standard Gain Horns(1.7-40GHz), 및 JEMA JA-1 50-MS를 포함하는 많은 EM 복사 전달 시스템이 시판된다.
생물 구조를 EM 에너지에 노출시키는 공지의 시스템은 무반향 챔버, 횡방향 전자기 셀(TEM), 공명 공동(cavity), 근거리음장 합성기, 파동 길잡이 세포 배양 노출 시스템 및 동축 송전선 노출 셀을 포함한다.
본 발명은 또한 도 8-11에 나타난 대로 표적 구조로부터 유래된 EM 에너지를 수용하고 분석하는 것을 포함한다. 당업계에 공지된 방법을 사용하여, 임의의 매질을 통해 EM 에너지를 감지하고 분석할 수 있는 임의의 장치를 사용하여 본 발명에 의해 이용되는 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 검출할 수 있다. BK Precision283 1A(0-1200V, 0.1mV 분해능, 또는 BK Precision 3910-1 OOOV, 10㎶ 분해능)과 같이 15 볼트미터로 전압 변화를 측정(도11)하고 정전하를 검출(도9)하고, Honeywell의 HET Micro Switch 55941F 변환기와 Analog Devices에 의한 계측 증폭기 칩 AD524와 같은 시스템으로 정상 자기장 변화와 진동 자기장 변화(도8)를 측정함으로써 직류와 교류를 평가할 수 있다. EM 장과 양립성이며 비섭동성인 모니터용 전극은 Technical 20 Fluorocarbons Engineering과 Polymer Corp.에 의한 탄소 부하된 테프론으로 제조된다.
광대역 측정계는 Aeritalia RV와 307 시리즈(1-1000MHz), General Microwave Raham 12(10MHz-18GHz), Holaday Industries 3000 시리즈(5-300 MHz와 500MHz-6GHz), Narda Microwave 8608(10MHz-26GHz), 및 Instruments for Industry RHM-1(10KHz-220MHZ) 등과 같이 시판된다.
전기장 강도 측정계는 Rohde & Schwarz MSU(25-1000MHz), Rohde & Schwarz MSU(0.1-30MHz), Scientific Atlanta 1640APZ(20MHz-32GHz), Electro-Metrics EMS-25(20KHz-1GHz), Anritsu M, NM 시리즈(500KHz-1GHz) 등을 포함하며 이에 한정되지 않는 공급원을 통해 구입할 수 있다.
자기장은 Bartington Fluxgate Nanoteslameter, Mag-01 등을 이용하여 평가할 수 있다.
스펙트럼 분석기는 HP 8566A(100Hz-40GHz), HP 8555A(10MHz-40GHz), Tektronix 492(50KHz-21GHz), Anritsu M562C(50Hz-1.7GHz), 및 Polarad 640B(3MHz-40GHz) 등을 포함하며 이에 한정되지 않는 공급원을 통해 구입할 수 있다.
열전쌍 E장(fields) 프로브는 Narda에 의해 제조되며, 조직 이식가능한 E-장 프로브는 Narda 26088, EIT 979, 및 Holaday IME-O1을 포함한다. 장 프로브는 광학 섬유 원격측정법에 의해 외부 회로와 연결될 수 있다. 이것은 테스트 장의 섭동을 제한하며 RF 간섭을 제거하여 시그날 대 잡음 검출을 개선시킨다. 송신기와 수신기를 갖춘 광학 섬유 키트는 Hewlett-Packard와 Burr-Brown으로부터 구입할 수 있다.
EM 송신기는 JEMA, 모델 JA-150-MS(139-174MHz) 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명이 일부 특정 구체예와 일부 시스템 성분과 관련하여 설명되지만, 많은 변화가 가능하며 대체 설비 및/또는 성분 배열이 본 발명에서 벗어남 없이 이용될 수 있음은 명백하다. 일부 경우에는 변화와 치환은 약간의 실험을 요구할 수도 있으나 이는 단지 일상적인 시험일 것이다.
하기의 실시예와 특정 구체예의 설명은 본 발명의 일반적인 특성을 충분히 설명하므로 다른 사람들이 현재의 지식을 적용함으로써 본 발명의 개괄적인 개념에서 벗어나지 않고 그러한 구체예를 변형시키고/거나 다양한 적용을 위해 적응시킬 수 있다. 그래서, 그러한 적응과 변형은 개시된 구체예와 시스템 성분의 등가물의 의미와 범위내에 포함된다.
실시예 1
바이러스의 파괴, 증대, 검출 및/또는 동정
구조내에 공명이 유도되면 그 구조의 하나 이상의 성분의 파열에 의해 갑작스럽고 비가역적인 구조적 실패가 일어날 수 있으므로, 생물 구조는 공명 음향 에너지를 이용하여 선택적으로 파괴될 수 있다. 본 발명은 각각의 특정 바이러스에 독특한 공명 주파수에 해당하는 음향 에너지 및/또는 음향-EM을 사용하여 비리온 구조를 검출, 증대, 동정 및/또는 물리적 파괴할 목적으로 바이러스의 단단한 결정성 구조를 이용한다. 바이러스는 압전기 결정으로 간주될 수도 있으며 따라서 살아있는 변환기로 작용할 수 있다.
바이러스에 의해 야기되는 인간 질병은 간염, 인플루엔자, 수두, 볼거리, 홍역, 두창, AIDS, 에볼라, 폴리오, 출혈열, 허피스 및 모상 세포 백혈병을 포함한다.
바이러스에 의해 야기되는 동물 질병은 개의 파보 감염, 고양이 백혈병, 우두, 광견병 및 조류 페스트를 포함하며 이에 한정되지 않는다.
식물에서 바이러스 질병의 가장 주목할 만한 예 중의 하나는 감자 식물을 감염시키는 바이러스에 의해 야기된 아일랜드에서의 역사적인 감자 기근이다.
바이러스 대칭성에는 두 가지 주요 유형이 있다- 정20면체와 나선형. 정20면체 모양은 축구 공과 대략 동일하며, 나선형 모양은 유선형 장난감 같다. 바이러스의 대부분은 이 둘중 하나에 속하며, 나머지는 복잡하거나 알려져 있지 않다. 정20면체는 20개의 동일한 정삼각형으로 이루어지며 5중 대칭의 3축을 갖는 대략 구형이다. 나선형에서는, 캡시드의 단위가 핵산 주위를 나선형으로 둘러싸며, 핵산은 바이러스의 중심으로 향하며, 나선형 대칭의 축은 하나만 존재한다.
각 대칭 그룹내에서 바이러스는 다시 DNA와 RNA 그룹으로 나뉠 수 있다. 바이러스는 DNA 또는 RNA의 핵산 물질 중심 핵을 갖는다. 이 핵산 핵은 캡시드 또는 단백질 막이라고 불리는 대칭성 단백질 피막으로 둘러싸인다. 캡시드는 각각의 캡소머 형태 단위로 구성되며, 이 단위는 다시 각각의 구조 단위로 구성된다. 이 구조 단위는 반복 패턴을 형성하며 X-선 결정 회절 기법으로 입증될 수 있기때문에 또한 결정 단위라고도 불린다. 구조 단위는 바이러스 구조의 구성 단위이며 일반적으로 동일한 단백질이다.
일부 바이러스에서, 지질단백질 막, 즉 엔벨로프가 캡시드를 둘러싼다. 엔벨로프는 숙주 세포 막으로부터 유래되며 바이러스가 숙주 세포로부터 떨어져 나오는 동안 바이러스에 의해 변형된다. 엔벨로프는 헤마글루티닌 또는 뉴라미니다제와 같은, 바이러스의 앞으로의 기능과 생존에 중요한 특정 바이러스 단백질을 가지고 있을 수도 있다. 일부 바이러스의 엔벨로프에는 돌출물 또는 페플로머(peplomer)가 존재하며 이들은 가장자리의 장식물처럼 보인다. 이 장식물은 또한 바이러스의 기능과 생존에 중요할 수도 있다.
고전적으로, 압전기 현상은 기계적 응력이 어떤 유전체(전기적으로 비전도성) 결정에 가해져 그 기계적 응력에 비례하는 전기적 극성(입방 미터 당 전기적 쌍극자 모멘트)를 생성할 때 존재하는 것으로 알려져 있다. 역으로, 결정에 EM 장을 가하면 기계적 응력과 변형을 생성하며 따라서 음향 에너지를 생성한다.
결정에서의 압전기 현상에 필요한 조건은 대칭 중심의 부재이다. 32개의 고전적으로 정의된 결정 부류중 20개는 대칭 중심이 없으며 압전기이다. 바이러스는 결정 구조이며 공명 주파수의 음향 에너지 및/또는 음향-EM 에너지에 의한 진동 효과에 민감하다. 정20면체 바이러스는 5중 대칭을 가지며 따라서 그들의 결정 구조에서 압전기 물질에 필요한 조건인 고전적인 대칭 중심을 갖지 않는다. 나선형 바이러스도 나선형 캡시드가 중심 축의 90도 수평으로부터 벗어나므로 유사하게 고전적 대칭 중심을 갖지 않는다. 음향 에너지의 진동 공명 효과에 민감한 바이러스의 결정 구조에 더하여, 본 발명에서 바이러스는 또한 압전기 음향 공명 구조로서 작용할 수도 있다.
비유기 화학에서 정의되는 자연 발생 결정의 고전적인 32 그룹은 5중 또는 벗어난 나선 대칭을 갖는 그룹을 포함하지 않는다. 바이러스는 자연 발생 결정의 33번째 또는 34번째 그룹을 나타낼 수도 있을 것으로 본 발명자들은 생각한다.
본 발명은 세계 인구가 고통받는 바이러스 감염의 수와 심각성을 크게 감소시킬 수 있다. 본 발명은 백신의 생산 또는 바이러스 유전자 전이를 증대시키는 능력을 갖는다. 또한, 본 발명은 농업 분야뿐만 아니라 가축류와 가금류에서의 바이러스 감염을 치료하는 것과 같은 수의학 분야에도 이용된다. 초음파 범위의 비공명 주파수를 사용하는 선행 치료와는 달리, 본 발명은 특정 바이러스에서만 공명을 형성시키고 주위 조직에는 영향을 주지 않는 특정 주파수를 사용한다. 본 발명 방법은 또한 음향 공명 상태의 바이러스에 의해 생성되는 음향-EM 기호에 해당하는 전자기 에너지를 사용하고 바이러스의 압전기, 고유 에너지 분산, 음향전기, 및/또는 자기음향 특성을 각각 단독으로 또는 서로 조합하여 또는 공명 음향 장과 함께 사용한다.
바이러스의 파괴는 다세포 유기체, 특히 포유류를 포함하는 동물, 조류, 식물, 과일, 곤충, 절지 동물 등 또는 바이러스 감염에 민감한 그들의 일부를 치료하는 데 유용하다. 바이러스의 파괴를 위해 치료될 수 있는 다세포 유기체의 일부는 전신, 사지, 신장, 췌장, 간, 이자, 심장, 폐, 위장 등과 같은 기관, 각막, 뼈, 골수, 혈액, 연골 등과 같은 조직을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 혈액 생성물과 같은 다세포 유기체로부터 유래된 생성물은 본 발명의 범위내에 포함된다.
바이러스의 파괴에 사용되는 본 발명의 한 가지 구체예에서, 치료될 신체 또는 그 일부는 전도성 매질에 침잠되고 그 신체 또는 그 일부를 감염시킨 바이러스의 공명과 파괴를 야기하기 위한 공명 주파수에서 음향 파동이 그 매질을 통하여 그 신체 또는 그 일부에 가해질 수도 있다. 치료의 지속 시간은 존재하는 바이러스의 적어도 약 25%, 바람직하게는 적어도 약 50%를 파괴시키면 충분하다. 한 구체예에서 치료의 지속 시간은 바이러스의 적어도 약 50% 내지 약 100%를 파괴시키며 동시에 숙주 다세포 유기체에 해로운 부작용을 끼치지 않는 것이 충분하다. 전력 강도는 조직 또는 유기체에 의존하며 1 X 10-11W/m2내지 1 X 1011W/m2범위이며 바람직하게는 약 100 내지 약 10,000 W/m2이다.
다세포 유기체가 하나 이상의 종 또는 속의 바이러스로 감염되는 경우, 그 유기체를 감염시킨 바이러스 각 유형을 파괴시키는 특정 공명 주파수로 그 유기체를 치료하는 것이 바람직하다. HIV-1로 감염된 사람의 경우, 통성 감염은 사이토메갈로바이러스, 아데노바이러스, 허피스 심플렉스 바이러스 등과 같은 바이러스에 의해 야기되어 일어날 수도 있다. 그러한 경우, 독특한 공명 주파수가 그 사람을감염시킨 각 유기체에 대해 가해질 수도 있다.
본 발명 방법은 기관 또는 조직 이식에서 유용하다. 이식에 앞서 공여자로부터의 기관 또는 조직을 치료하면 질병 야기 바이러스가 수용자에게 전달되는 것을 방지 또는 저해한다. 그러한 방법은 이종이식, 동종 이식, 동계 이식 등에서 유용하다. 바이러스 파괴를 위해 처리될 공여 기관 또는 조직은 각막, 심장, 간, 폐, 피부, 뼈, 골수 세포, 혈액 및 혈액 생성물, 신장, 췌장 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 파괴 방법을 이용하여 억제되거나 치료될 수도 있는 레트로바이러스에 의해 야기되는 질병의 예는 AIDS, 백혈병, 마우스 유선 종양, 육종 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
헤파드나 바이러스에 의해 야기되는 질병의 예는 B형 간염, C형 간염, 간암, 우드척 간염, 그라운드 다람쥐 간염, 오리 간염 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명 방법에 의해 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 허피스 바이러스에 의해 야기되는 질병의 예는 생식기 허피스 및 경구 허피스, 수두, 대상 포진, 사이토메갈로바이러스 질병(선천성 결함 및 결핵), 단핵증, 버키트 림프종, 상인두 암, 소유두종, 유사광견병 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명 방법에 의해 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 폭스 바이러스에 의해 야기되는 질병의 예는 천연두, 우두, 유사우두, 전염성 연속종, 전염성 농포성 피부염, 물소 발진, 낙타 발진, 원숭이 발진, 토끼 발진, 마우스 발진, 소 구진상 오토마티티스(otomatitis), 가금류 발진, 칠면조 발진, 양 발진, 염소 발진, 산토끼 발진, 다람쥐 발진, 돼지 발진 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
바이러스를 파괴시키는 방법에 의해 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 파포바 바이러스에 의해 야기되는 질병의 예는 사람 사마귀 바이러스, 생식기 사마귀, 자궁 암, 진행성 다소성 백질뇌증, 마우스, 원숭이 및 토끼의 사마귀와 종양을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
바이러스를 파괴시키는 방법에 의해 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 아데노바이러스에 의해 야기되는 질병의 예는 상부 호흡기 감염, 위장염, 결막염 및 종양을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본원에 개시된 방법을 이용하여 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 파보 바이러스에 의해 야기되는 질병은 제5병, 골수 부전증, 류마티스 관절염, 태아 치사 및 저체중출산, 고양이 백혈병 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본원에 개시된 방법을 이용하여 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 피코나 바이러스 관련 질병의 예는 폴리오, A형 간염, 감기, 발 질병, 입 질병, 뇌염, 심근염, 장염, 돼지 소낭 질병, 전염성 소낭 질병 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
공명 음향 에너지를 이용하여 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 레오 바이러스에 의해 야기되는 질병의 예는 상부 호흡기 감염, 콜로라도 진드기 열, 위장염 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본원에 개시된 방법을 이용하여 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 오르소믹소바이러스 관련 질병의 예는 사람, 돼지, 말, 바다 표범의 인플루엔자를 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 공명 음향 에너지를 이용하여 방지, 저해 또는 치료될 수 있는 바이러스에 의해 야기되는 질병의 다른 예는 바이러스성 설사, 유아 위장염, 돼지의 소낭 발진, 바다 표범 질병 뇌척수염, 덴구(Dengue) 열, 황열, 풍진, 말 뇌척수염, 돼지 콜레라, 브왐바 열, 오리보카 열, 리프트 밸리 열, 콩고 출혈 열, 나이로비 양 질병, 아프리카 돼지 열 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
바이러스를 파괴하는 본 발명 방법은 또한 농업 분야에서도 이용될 수 있다. 예를 들면, 질병 야기 바이러스를 함유하고 있는 것으로 생각되는 식물, 과일, 야채, 등을 바이러스 파괴를 위한 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 치료할 수 있다. 바이러스 파괴를 위해 치료될 식물의 부분은 종자, 묘목, 과육, 잎, 야채, 과일 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 방법은 공명 주파수의 음향 에너지를 바이러스에 전달하는 것을 포함한다. 예를 들어, 질적 및 양적 공명 주파수는 도 12의 장치에 의해 나타내지는 대로 생체 외에서 결정될 수 있다. 공지의 공명 음향 특성을 가지며 표준 바이러스학 방법에 의해 결정된 공지의 바이러스를 함유하는 한 방울의 액체(전혈, 혈청, 배양 액, 또는 숙주 세포 등)를 공지의 공명 음향 특성을 갖는 흡수 매질(종이, 셀룰로스, 면, 중합체 등)의 얇은 원판에 놓는다. 바이러스로 덮힌 조직 또는 재료의 얇은 조각(Polyscience, Inc. JB-4 Embedding, Paraffin, Immuno-Bed Kit, LR Gold, Osteo-Bed Bone Kit, Polyfreeze, PEG 4000 Resin, PolyFin Paraffin,etc.에 의해 시판되는 박히거나 얇게 조각난 재료)을 사용할 수 있다. 바이러스 원판을 상기에서 개시한 바와 같은 두 개의 광대역 저 GHz 또는 고 MHz 변환기사이에 놓고 고정시킨다.
질적인 바이러스 공명 기호를 위해 검토될 주파수의 표적 범위는 바이러스 치수를 기초로 한 소정의 파장에 의해 나눈 생물 조직에서 소리의 속도 1,500m/s를 이용하여 유도된다. 만일 바이러스 치수가 미지이면, 당업계에서 공지된 기술을 이용하여 전자 현미경으로 결정할 수 있다.
하나의 변환기는 음향 시그날을 생성하며 넓은 대역의 표적 주파수를 통하여 소사(sweep)할 수도 있으며, 다른 변환기는 전달된 음향 시그날을 검출한다. 바이러스 테스트 원판/슬라이스로부터 전달된 음향 시그날은 시그날 분석기의 양도선(positive lead) 내로 공급된다. 테스트 액체와 원판 또는 테스트 임배딩(embedding) 물질로부터의 알려진 음향 시그날은 대조군으로 작용하며 시그날 분석기의 부도선(negative lead)내로 공급된다. 대조 기호는 소거되며 나타나는 나머지 공명 음향 기호가 샘플내의 바이러스로부터 얻어지는 것이며 질적인 결과를 낳는다.
분석될 주파수 범위를 변화시키고 각 주파수에서 진폭을 비교함으로써 주요 공명 주파수와 관련 조파 공명 주파수를 동정할 수 있다. 주요 공명 주파수가 가장 높은 진폭을 가질 것이다. 각 바이러스는 직경, 길이(실린더 형이거나 나선형 일 경우), 정점 거리, 및 단위 거리를 포함하는 바이러스 치수에 따라 다수의 주요 주파수를 가질 것이다. 음향 속도로 1,500m/s를 이용하고 표준 바이러스학 방법에 의해 결정된 바이러스 치수를 이용하여 계산된 개개의 바이러스를 위한 주요 공명 주파수의 계산치 범위를 위해 표 2를 참고할 수 있다. 결과는 체적 탄성률, 분산, 바이러스 물질에서의 음향 속도, 생체내 대 생체외 치수, 등과 같은 특정 바이러스 인자에 따라 실제적으로 다를 수 있으며 따라서 주파수는 표2의 계산 주파수에 결코 한정되지 않는다.
질적인 바이러스 공명 음향 기호가 일단 결정되면, 특정 바이러스의 공지 농도의 샘플로부터의 공명 음향 기호 진폭을 비교함으로써 양적인 결과를 결정할 수 있다. 더 많은 바이러스를 가진 샘플은 더 높은 공명 음향 기호 진폭을 가질 것이다. 이렇게 주요 공명 주파수 진폭 대 바이러스 농도의 비가 유도되며, 이에 의해 미지 농도의 샘플에서의 바이러스 양을 평가할 수 있다.
다른 구체예에서, 먼저 대조 원판/슬라이스를 변환기 챔버내에 고정시키고 공명 음향 기호를 테스트 원판/슬라이스 기호의 후속 처리를 위해 마이크로프로세서에 저장시키거나, 또는 대조군을 두 번째 변환기 챔버에 고정시키고 테스트원판/슬라이스 바이러스 스위프(sweep)와 동시에 넓은 주파수 대역을 훑음으로서 테스트 원판/슬라이스로부터의 공명 음향 기호가 생성될 수 있다. 또한, 테스트 원판/슬라이스는 변환기와 반사 표면 사이에 고정되고, 음향 파동이 동일한 변환기에 의해 생성되고 수용되며, 전달된 음향 파동이 아닌 반사된 음향 파동을 분석할 수도 있다. 더욱이, 반사되거나 전달된 음향 에너지를 분석하는 하나 또는 그 이상의 변환기를 바이러스를 함유하는 액체 또는 매질내에 침잠시킬 수도 있다.
다른 구체예에서, 반사되거나 전달된 음향 에너지를 분석하는 하나 또는 그 이상의 변환기는 바이러스를 함유하는 액체 또는 매질이 놓여지는 용기의 벽을 구성한다.
본 발명은 또한 공명 주파수의 효과가 도 13의 장치에 의해 나타나는 것처럼 생체내에서 결정되도록 한다. 당업계에 공지된 표준 바이러스학 배양 방법을 사용하여, 바이러스 배양액을 재사용가능한/오토클레이브가능한 테스트 실린더에 놓을 수도 있다. 테스트 실린더의 바닥 표면은 사파이어 기재상의 얇은 아연 산화물 필름과 같은, 적절한 주파수를 위해 구성된 변환기이다. 테스트 실린더에 놓인 숙주 매질은 단일층으로 실린더의 바닥에 펼쳐지며 변환기와 직접 접촉한다. 원하는 공명 주파수의 음향 에너지는 이어서 배양액과 숙주 매질을 통해 바이러스에 전달되며, 성장과 기능에 대한 그 효과는 표준 바이러스학 방법을 이용하여 평가된다. 진폭, 모드(연속 vs. 펄스), 모양(사인곡선 vs. 사각), 강도 등과 같은 음향 파동 특성을 변화시킴으로서, 특정 효과를 얻기 위해 요구되는 이상적인 주파수와 파동형태가 결정될 수 있다.
예를 들어, HIV에 대한 공명 음향 주파수의 증대 및/또는 파괴 효과를 시험함에 있어, 감염되지 않은 T-림프구 숙주 세포를, 먼저 트리판 블루 염료 배제 시험을 이용하여 공명 음향 간섭(다양한 강도에서 다양한 시간동안 다양한 파동 형태 패턴의 공명 주파수)으로 테스트 실린더에서 평가하며, 이는 숙주 세포만에 대한 음향 간섭의 효과를 평가함으로서 비정상적인 바이러스 결과를 배제한다. 단계 2는 계산된 수의 HIV 감염된 T-림프구를 테스트 실린더에 놓는 것에 관련된다. 숙주 세포는 변환기/테스트 실린더의 바닥상에 단일층을 형성하며, 여기에서 음향 간섭이 전달된다. 이어서 코울터 HIV-1 p24 항원 키트, HIV 배양물, PCR에 의한 HIV-1 DNA, 바이러스 양 측정, 양적인 측정, 양성까지의 시간, 및 성장 억제와 같은 표준 생체외 방법을 사용하여 평가한다.
본 발명의 방법은 또한 도 14에 나타난 바와 같이 동물에서 생체내와 체외에서 바이러스를 파괴시키는 수단을 제공한다. 예를 들면, HIV로 감염된 사람에서, 체외 혈액 순환 시스템을 공지된 기법을 이용하여 설립한다. 체외 혈액은 주요 공명 주파수 또는 조파 공명 주파수의 음향 에너지를 전달하는 재사용가능한/오토클레이브가능한 멸균된 변환기를 연속하여 거친다. 연속된 음향 변환기는 혈류의 바이러스를 파괴하면서 음향 필터로서 작용하는 효과를 갖는다. 치료 효율은 당업자에게 공지된 바이러스 양 연구를 이용하여 체외 치료전과 치료후에 평가된다.
다른 구체예에서, 전술한 음향 필터는 또한 혈액 샘플의 분석을 위한 수용 변환기 모드를 갖춘다. 많은 수의 바이러스를 그대로 함유하고 있는 혈액을 처음 통과시키면 공명 진폭이 클 것이다. 그 혈액을 파괴성 공명 주파수에 계속 노출시킨 후에는 바이러스의 수가 감소함에 따라 그 공명 진폭이 감소할 것이며, 따라서 바이러스 양 파악을 가능하게 하며 언제 체외 치료를 중단해야 할지를 결정하는 방법을 제공한다.
다른 구체예에서, 압전기 재료 시트를 봉투 또는 체(mesh)-유형 변환기로 만들며 이를 통해 체외 혈액이 통과한다. 다른 구체예에서, 압전기 재료의 튜브를 코일 변환기로 만들며, 이를 통해 체외 혈액이 통과한다. 다른 구체예에서는, 체외 혈액은 적혈구 부분과 백혈구 부분으로 나뉘며, 단지 백혈구 부분만이 음향 필터를 통과하여, 치료에 필요한 시간을 감소시키고 적혈구 부분에 대한 기계적 손상을 감소시킨다.
다른 구체예에서, 모아진 혈액을 혈액 생성물 수집과 투여 과정에서 다 지점(즉, 공여자로부터의 수집, 성분으로의 분리, 또는 수용자에게의 투여)중 임의의 하나의 지점에서 음향 필터를 통해 통과시킨다.
다른 구체예에서, 나노시스템 기술(Nanosystems, by Eric Drechsler; publications of CJ Kim, Berkley University; publications of Ralph Merck, Xerox Co., Palo Alto, CA)을 이용하여 필터 물질내에 포함되는 다수의 작은 음향 발진기를 만들며, 이 필터 물질은 발진기의 통과는 방지하지만 혈액 세포와 혈액 성분의 통과는 허용한다. 내니트(nanite) 비르소닉(virosonic) 필터는 멸균되고 체외 시스템상에 또는 혈액 생성물 시스템내에 일렬로 부착된다.
다른 구체예에서, 공명 및/또는 조파 음향 주파수는 음향 레이저 또는 메이저 시스템을 이용하여 생성된다. 유사한 방식으로, 전체 또는 분획된 혈액을 레이저 또는 메이저 음향 필터에 걸쳐 또는 통하여 체외에서 통과시킨다.
그 방법은 또한 도 15에 나타난 것과 같이 동물에서 바이러스를 생체내에서 그리고 체내에서 파괴시키는 수단을 제공한다. 나노시스템 기술을 이용하여 필터 물질에 포함되는 다수의 작은 음향 발진기를 만들며, 이 필터 물질은 발진기의 통과는 막으나 혈액 세포와 혈액 성분의 통과는 허용한다. 내니트 비로소닉 필터는 CVP 유형 도뇨관 또는 그린필드 유형 필터에 일렬로 부착된다.
다른 구체예에서, 당업계에 공지된 중심 정맥 도뇨관을 조작하여 적절한 주파수의 변환기를 팁에 장착시킨다. 표준 기술을 이용하여 쇄골밑 동맥, 경정맥, 넙다리 정맥과 같은 대 정맥내로 도뇨관을 삽입한다. 공명 음향 에너지는 이어서 순환 혈액으로 전달되어 바이러스를 생체내에서 파괴시킨다.
다른 구체예에서, 변환기는 하대 정맥을 위한 그린필드 필터 유형 장치와 같은 더 큰 혈관내 장치상에 음향 필터로서 장착된다. 그 장치는 현재 재충전가능한 심장 박동기에서 실시되는 것과 같이, 피부를 통해 재충전가능한 밧데리를 갖춘다. 일단 삽입되면, 그 음향 필터는 도뇨관에 의해 환자가 제한될 필요없이 대정맥 혈류내의 바이러스 양을 감소시킨다.
다른 구체예에서, 수용 음향 변환기를 포함시키면 또한 다세포 유기체내의 바이러스의 질적 및 양적 공명 음향 주파수를 검출하여 치료의 효율 및 지속을 결정할 수도 있다.
본 발명 방법은 또한 공명 음향 장을 이용하여 도 16에서 처럼 다세포 유기체에서 생체내에서 바이러스를 증대 및/또는 파괴시키는 수단을 제공한다. 유기체를 물 또는 카스토르유(반사 계수 0.0043) 또는 광유와 같은 커플링 매질, 또는 시판되는 다른 음향 전도성 젤로 충전된 형태가 맞는 통에 위치시킨다. 음향 변환기를 그 통의 벽과 바닥에 장착시키거나 또는 그들 자체가 그 통의 벽과 바닥이다(즉, 압전 중합체 시트 또는 세라믹). 미리 결정된 음향 장(특정 강도에서 주파수, 조파, 진폭, 모드, 모양 등)을 변환기 통으로부터 커플링 매질을 통하여 유기체로 전달한다.
다른 구체예에서, 수용 음향 변환기 모드는 또한 다세포 유기체에서 바이러스의 질적 및 양적 공명 음향 주파수를 검출하여 치료의 효율을 결정한다.
본 발명은 또한 공명 음향 장 프로브를 이용하여 도 17에서처럼 다세포 유기체의 일부에서 생체내에서 바이러스를 증대 및/또는 파괴시키는 방법을 제공한다. 원하는 주파수의 음향 변환기를 의학 초음파법 분야의 당업자에게 공지된 대로 핸드-헬드(hand-held) 프로브 장치의 끝에 장착시킨다. 미리 결정된 음향 장(유기체에 영향을 미치는 필요한 강도에서 주파수, 조파, 진폭, 모드, 모양 등)을 핸드-헬드 변환기 프로브로부터 유기체의 미리 결정된 부분에 전달한다. 공기중에서의 약화는 카스토르유와 같은 시판되는 음향 커플링 매질을 사용하여 제거된다. 예를 들면, 간염에 걸린 사람에서 그 치료는 피부를 통과하여 간으로 전달된다. 공명 음향 주파수의 분수조파를 이용하여 더 높은 주파수에서의 음향 약화를 최소화시킬 수 있다.
다른 구체예에서, 수용 음향 변환기 모드는 또한 다세포 유기체에서 바이러스의 양적 및 질적 공명 음향 주파수를 검출하여 치료의 효율과 지속 기간을 결정한다.
본 발명은 또한 공명 음향 장 시트를 사용하여 도 18에서처럼 다세포 유기체의 일부에서 생체내에서 바이러스를 파괴시키는 방법을 제공한다. 원하는 주파수의 압전기 중합체 물질을 가요성 변환기 시트 장치내로 장착시킨다. 미리 결정된 음향 장(주파수, 조파, 진폭, 모드, 모양 등)을 변환기 시트 장치로부터 유기체의 미리 결정된 부분에 전달한다. 공기 중에서의 약화는 카스토르유와 같은 시판되는 음향 커플링 매질을 이용하여 제거된다. 예를 들면, 간염을 가진 환자에서, 치료는 그 시트를 간위의 피부와 접촉하도록 위치시킴으로서 전달된다. 공명 음향 주파수의 분수조파를 사용하여 더 높은 주파수에서 음향 약화를 최소화시킬 수 있다.
다른 구체예에서, 수용 음향 변환기 모드는 또한 다세포 유기체에서 바이러스의 질적 및 양적 공명 음향 주파수를 검출하여 치료의 효율과 지속 기간을 결정한다.
본 발명은 또한 도 19a와 b에서처럼 생체외에서 질적 및 양적 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 결정하는 수단을 제공한다. 전술되고 도 12에 나타난 대로 테스트 장치에 EM 에너지를 전달, 검출, 측정 및 분석하기 위한 전달기와 수용기를 장착시킨다. 공명 음향 주파수를 바이러스 테스트 원판에 가할 때, 연구 중인 바이러스와 테스트 원판의 구조와 조성에 따라, 공명 음향-EM 기호로 칭해지는 독특한 전자기 에너지 패턴이 생성된다. 공명 음향-EM 기호를 생성하는 기작은 압전기, 음향전기, 자기음향, 및/또는 고유 에너지 분산 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 공명 음향-EM 기호는 직류, 교류, 자기장, 전기장, EM 복사, 및/또는 음향사이클로트론 공명(표준 또는 도플러 이동된)을 포함하며 이에 한정되지 않는 여러 전자기 특성 중 하나 또는 그 이상을 나타낸다.
전술한 형태의 모든 EM 에너지는 당업계에 공지된 장치와 방법으로 검출, 측정 및 분석된다.(음향전기적 효과를 통한 반도체 생물의 현재의 특성 규명과 같은 비공명 주파수의 적용으로부터 유용한 정보가 유도될 수도 있음을 주목해야 한다) 공명 기호와 함께 이 자료는 그 방법에 더 큰 민감성과 특이성을 준다. 예를 들어, 허피스 심플렉스 바이러스(HSV) I과 II는 사실상 크기와 모양이 동일하기 때문에 거의 동일한 공명 음향 기호를 가질 것이다. 하지만, 그들은 분자 단백질 모양에서 상이하며 그들의 음향-EM 기호에 의해 구별될 수 있다. 이는 고유 에너지 분산에 의해 생성된 음향 전기적 전류, 음향-EM 기호, 자기음향 효과를 통한 자기장 존재하에서의 음향 조절 또는 약화, 그리고 상기 과정 중 하나에 의해 유도되거나 영향받는 전기장 또는 자기장의 비공명 주파수와 공명 주파수에서의 특성 규명을 포함한다.
다른 구체예에서, 테스트 장치는 또한 공명 음향 및 음향-EM 발생 장치의 임의의 모든 조합을 갖춘다. 미지의 조성의 샘플을 특정 구조에 대한 음향-EM 기호에 포함되는 주파수 에너지 패턴에 노출시킨다. 샘플로부터의 관련 공명 음향 파동의 검출은 샘플내의 그 구조의 존재를 확인한다. 진폭의 추가 분석은 샘플내의 그들 특정 구조의 상대적인 양을 나타낼 것이다. 예를 들어, 공명 음향 기호 및 음향-EM 기호를 함께 사용하면 먼저 HSV의 존재에 대해 조직 슬라이스를 검사하고, 이어서 그것이 HSV I, HSV II, 또는 공지되지 않은 HSV인지 확인할 수 있다. 더욱이, 샘플내의 바이러스 양의 양적인 평가는 상대적인 진폭에 기초하여 수행될 수 있다. 따라서, 공명 음향 에너지 및/또는 음향-EM 에너지 장의 적용은, 유기 또는 생물 유기체와 구조에 관하여, 세 가지 기본적인 자극 및 검출 모드를 가지고 9가지 기본적인 조합을 낳으면서 공명 음향-EM 분광법 형태를 낳는다:
1. 음향 자극, 음향 검출;
2. 음향 자극, EM 검출;
3. 음향 자극, 음향 및 EM 검출;
4. EM 자극, 음향 검출;
5. EM 자극, EM 검출;
6. EM 자극, 음향 및 EM 검출;
7. 음향 및 EM 자극, 음향 검출;
8. 음향 및 EM 자극, EM 검출; 및
9. 음향 및 EM 자극, 음향 및 EM 검출.
자극 및 검출/분석 모드가 복잡할 수록, 분광법 장치는 더욱 민감하고 특이적일 것이다. 공명 음향-EM 분광법을 단독으로 또는 공명 음향 분광법과 함께 사용하는 것은 생물 물질에 한정되지 않으며 하기하는 바처럼 무기 물질 또는 구조를 검출하고 동정하기 위해 이용될 수 있다.
본 발명은 또한 전술한 모든 장치와 구체예를 포함하며 이에 한정되지 않는 음향 및/또는 EM 에너지를 생성하는 임의의 모든 장치를 사용하여 바이러스에 대한 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지의 효과를 평가하는 방법을 제공한다. 예를 들어, 도 20에서처럼, 바이러스의 결정 구조에 대한 EM 복사의 압전기 효과를 평가하기 위하여, 그 바이러스의 공명 음향 주파수의 적어도 하나와 동일한 주파수의 EM 복사를 이용하는 테스트 시스템을 이용한다. HIV의 경우, 그 주파수는 대략 15GHz이다. EM 흡수 물질로 만들어진 테스트 상자에 15GHz EM 전달기가 장착되며 EM 복사는 그 상자의 바닥을 향한다. 감염되지 않은 T-림프구 숙주 세포는 숙주 세포만에 대한 음향-EM 간섭의 효과를 평가하여 비정상 바이러스 결과를 배제하는 트리판 블루 염료 배제 테스트를 이용하여 다양한 노출 패턴을 가진(다양한 강도에서 다양한 시간동안 다양한 파동 형태 패턴에서의 공명 주파수) 15GHz 간섭으로 테스트 박스에서 먼저 평가된다. 단계 2는 HIV-감염된 T-림프구를 테스트 상자에 놓는 것에 관련되며, 이 상자에서 음향-EM 간섭이 전달된다. 이어서 코울터 HIV-1 p24 항원 키트, HIV 배양물, PCR에 의한 HIV-1 DNA 및 바이러스 양 측정과 같은 항-HIV 방법의 표준 생체외 시험을 이용하여 그 결과를 평가한다.
본 발명은 또한 도 21에서처럼 공명 음향 장 및/또는 음향-EM 장을 이용하여 체외에서 및/또는 동물 혈관내에서 바이러스를 파괴하는 방법을 제공한다. 예를 들면, HIV로 감염된 사람에서, 공지된 기술을 이용하여 체외 혈액 순환 시스템을 설립한다. 체외 혈액은 도 14에 개시된 대로 변환기로 전달된다. 혈액내로의 음향 통과는 직류를 혈액내로 음향 파동과 평행하게 통과시킴으로서 음향전기적 이득을 이용하여 증가될 수도 있다.
본 발명은 또한 도 22에서처럼 공명 음향 및/또는 음향-EM 장을 이용하여 다세포 유기체의 기관에서 바이러스를 증대시키고/거나 파괴시키는 방법을 제공한다.예를 들어, 도 16에서처럼, 이식을 위한 사람 사체 각막을 물 또는 시판되는 비독성 음향 전도성 젤 등으로 충전된 형태-피팅(fitting) 컵에 위치시킨다. 미리 결정된 음향 장(주파수, 조파, 진폭, 모드, 모양 등)을 변환기 통으로부터 커플링 매질을 통해 각막으로 전달한다. 자기음향 효과를 이용하여, 음향 주파수의 배수인 장 세기에서 자기장을 음향 파동 진행 방향과 수직으로 위치시켜 음향 전력에서 사인 또는 피크 유형 공명 스파이크를 생성시키고, 각막 조직 그 자체에 손상을 주지 않고 각막 내로 공명 음향 통과를 개선시킨다.
본 발명은 또한 공명 음향 및/또는 음향-EM 장 프로브를 이용하여 다세포 유기체의 일부에서 생체내에서 바이러스를 파괴하는 수단을 제공한다. 예를 들면, 도 23에서처럼, 핸드-헬드 프로브는 당업계에 공지된 대로 EM 복사 발생 장치가 장착된다. 특정 바이러스의 고유 분산 패턴을 나타내는 음향-EM 기호를 복제한 미리 결정된 EM 복사 장(주파수, 조파, 진폭, 모드, 모양 등)을 핸드-헬드 프로브로부터 유기체의 미리 결정된 일부로 전달시킨다. 예를 들면, 상부 호흡기 감염(감기)으로 고통받는 환자에서, 치료는 리노바이러스의 고유 에너지 분산 경로를 역전시키고 리노바이러스를 파괴시키는 공명 음향 발진을 유도하면서 코, 목 및 공동 위의 피부를 통하여 치료는 전달된다.
실시예 2
미생물의 파괴, 증대, 검출 및/또는 동정
박테리아 같은 임의의 미생물과 그에 함유되거나 관련된 구조와 분자는 본 발명 방법을 이용하여 생체외 또는 생체내에서 증대, 파괴, 검출 및/또는 동정될수도 있다. 박테리아는 동물, 사람, 닭, 파충류, 양서류, 곤충, 수중 생물, 식물, 과일, 토양, 물, 오일, 식품 생산을 위한 발효 과정 등과 관련된 것들을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 한 가지 구체예에서, 박테리아는 스트렙토코커스 종, 스타필로코커스 종, 헤모필러스 종, 나이제리아 종, 트레포네마 종, 살모넬라 종, 쉬겔라 종, 이 콜리 균주, 코리네박테리아 종, 보르데텔라 종, 클로스트리듐 종, 리케챠 종, 클라미디아 종, 브루셀라 종, 마이코박테리움 종, 보렐리아 종, 마이코플라스마 종, 락토바실러스 종, 그들의 균주 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 박테리아에 의해 야기되는 사람의 질병은 결핵, 피부 감염 및 상처 감염, 심장 판막 감염, 위장염, 매독, 임질, 흑사병, 요도 감염, 라임 질병, 결핵, 콜레라, 장티푸스, 탄저병, 파상풍 및 괴저를 포함한다.
진균류 감염은 운동선수의 발, 백선, 질 효모 감염, 경구 아구창, 히스토플라스마병 및 크립토코커스를 포함한다.
박테리아, 진균, 원생 동물 및 벌레에 의해 야기되는 동물 질병은 사람과 유사하다. 유사하게, 광범위한 미생물이 식물을 감염시키며, 심지어 다른 미생물은 유익한 것으로 생각된다(예, 빵 효모).
박테리아는 먼저 염색 특성에 의해 그램 양성 또는 그램 음성으로 분류된다. 염색에 대한 박테리아의 반응은 그 세포벽 구조에 의해 결정된다. 이어서 박테리아는 구형 또는 막대형(실린더형)으로 모양에 의해 다시 분류된다. 그 이후에는 분류 계획은 일반적으로 다양한 생화학적 반응에 관계된다.
박테리아 세포 벽은 단단한 펩티도글리칸(뮤코펩티드 또는 뮤레인), 헥소즈당의 혼합 중합체(N-아세틸글루코스아민과 N-아세틸 뮤람산) 및 아미노산(단백질의 구조 단위, 하기 참조)으로 구성된다. 이처럼, 세포 벽은 결정 구조이며 음향 에너지를 사용함으로써 진동 효과에 노출된다. 따라서 박테리아는 그들의 모양(구형 또는 실린더형), 크기 및 조성에 맞는 공명 음향 주파수에 의해 증대, 동정 및 검출, 또는 파괴될 수 있다. 더욱이, 박테리아내에 함유된 다양한 기관들 또한 특정 공명 음향 주파수에 민감하다(예, 필리, 플라스마 막, 플라젤라, 세포질 내포체, 기저체, 캡슐, 포자 등). 마지막으로, 그 구조 자체를 구성하는 화합물들 또한 독특한 공명 주파수를 갖는다.
진균, 원생류, 기생충, 및 벌레는 그 유기체들이 그 유기체의 크기와 모양, 그 유기체의 일부를 구성하는 기관의 크기와 모양, 및 그 유기체를 구성하는 특정 생화학 화합물의 공명 특성에 기초한 특정 공명 주파수의 효과에 민감하다는 점에서 박테리아와 유사하다.
효모, 이끼 및 버섯, 원생류, 기생충 또는 벌레를 포함하는 임의의 진균류와 그에 함유되거나 관련된 구조와 분자는 본 발명의 방법을 이용하여 생체내 또는 생체외에서 증대, 파괴 및/또는 검출될 수도 있다. 이들 유기체는 동물, 사람, 닭, 파충류, 양서류, 곤충, 수중 생물, 식물, 과일, 토양, 물, 오일, 식품 생산을 위한 발효 과정 등과 관련된 것들을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 한 가지 구체예에서, 이들 유기체는 크립토 스포리디아 종, 아스퍼질러스 종, 트리코파이톤 종, 사카로마이세스 종, 블라스토마이세스 종, 코시디오이드 종, 파라코시디오이드 종, 페니실룸 종, 리조푸스 종, 무코르 종, 뉴로스포라 종, 마이크로스포룸 종, 스트렙토마이세스 종, 에피덜로파이톤 종, 톡시카라 종, 아스카리스 종, 에키노코쿠스 종, 기아르디아 종, 플라스모디움 종, 트리파노소마 종, 스키스토마 종, 브루글리아 종, 그들의 균주 등을 포함하며 이에 한정되지 않는다.
1 x 10-5W/m2이하와 같은 낮은 음향 및/또는 음향-EM 전력 입력에서, 그 미생물은 기능이 증대되며 그 미생물의 존재를 검출하고 진단하기 위해 이용될 수 있는 특징적인 음향 및/또는 음향-EM 기호를 방출할 것이다. 더 높은 전력 입력에서, 그 유기체는 파괴되고 사멸될 것이다. 음향 및/또는 음향-EM 에너지의 진동 공명 효과에 민감한 박테리아, 진균, 원생류 및 벌레에 더하여, 그들은 또한 압전기 구조, 고유 분산, 음향전기적 및 자기음향적 구조로서 작용할 수도 있다.
본 발명은 특정 공명 주파수의 음향 및/또는 음향-EM 에너지, 그리고 관련된 임의의 모든 구조의 압전기, 고유 분산, 음향전기 및/또는 자기음향 특성을 단독으로 또는 공명 음향 장과 함께 이용하여 미생물 구조를 증대, 동정 및/또는 물리적 파괴할 목적으로 구조의 구성 부분들 또는 박테리아, 진균류, 원생류, 및 벌레의 전체 유기체를 이용한다.
초음파를 이용하는 선행 기술에서의 치료와는 달리, 본 발명은 다층 유기체를 치료하기 위해 이용될 수 있는 특정 공명 주파수를 이용한다. 본 발명은 또한 빵 효모, 와인 효모, 락트산 박테리아(와인과 치즈), 페트롤륨 효모 및 특정 아미노산, 항체, 효소 또는 다른 화학 물질을 생산하는 미생물과 같은 유용한 미생물의 기능 활성을 증대시키는 능력을 갖는다. 기능 활성은 성장, 신진 대사, 산화 또는환원 활성 등을 포함한다.
한 구체예에서, 본 발명은 도 12와 24a 및 b의 장치에 의해 나타나는 것처럼 MHZ 범위의 더 낮은 주파수를 위해 고안된 변환기를 가지고 생체외에서 미생물의 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수가 결정되도록 한다. 예를 들면, 박테리아 특히 이.콜리에 의한 소고기 오염을 걱정하는 육류 포장 공장에서, 통상의 배양 방법에 비하여 상대적으로 짧은 시간내에 박테리아에 대해 육류를 검사하기 위해 유사한 장치를 이용할 수 있다. 먼저 육류 표면의 스와브(swab)을 취한 뒤, 생리학적 pH의 멸균 염수를 함유한 멸균 테스트 튜브내에 위치시킨다. 미리 결정된 양의 그 용액을 표준 테스트 원판에 놓고, 이를 두 변환기 사이에 고정시킨다. 공명 또는 공명 조파 음향 주파수를 테스트 샘플에서 스캐닝하여 해로운 이.콜리 박테리아의 존재를 검사한다. 육류의 검사가 현재의 방법보다 더욱 효율적이고 안정적으로 이루어진다.
본 발명은 또한 미생물의 공명 음향 및/또는 음향-EM 장이 이들 생물 유기체 또는 그들의 구조를 증대시키기 위해 이용되도록 한다. 예를 들면, 도 25에서처럼, 맥주 발효 배트의 바닥에 사카로마이세스 세레비제 효모의 특정 균주의 기능을 증대시키기 위한 적절한 주파수와 전력 출력의 음향 변환기를 장착시킨다. 이 효모는 현재 5 내지 10일의 기간동안 맥주를 발효시키기 위해 사용된다. 하지만, 공명 음향 증대에 의해, 발효 시간은 감소된다. 가장 효율적인 전력 출력 수준은 효모의 농도와 전분 및/또는 당 분자가 알콜 화합물로 전환되는 것을 양적으로 검출함으로써 결정될 수 있다.
본 발명은 또한 미생물 유기체 또는 그들 구조를 파괴시키기 위해 미생물의 공명 음향 및/또는 음향-EM 장을 이용하도록 한다. 예를 들면, 도 26에서처럼, 시판되는 부엌용 전자렌지를 두 개의 EM 복사 혼(horn) - 요리용 하나와 이.콜리와 살모넬라 종과 같은 일반적인 음식 병원체의 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 위한 하나-을 장착시킨다. 굽기, 찌기, 또는 기타의 원하는 음식 준비 방법에 앞서, 주방장은 전자렌지상에서 오염 제거 사이클을 이용함으로써 임의의 가능한 병원균을 육류 또는 기타 음식 제품으로부터 제거시킬 수도 있다.
음향 공명 측정은 박테리아의 공명 음향 주파수를 결정하기 위하여 여러 가지 유형의 박테리아에서 수행되었다. Matec 고주파수 7000 펄스 조절기와 수용기를 Matec 자동화 데이타 획득 시스템과 오실로스코프와 함께 이용하였다. 클렙시엘라 뉴모니아(ATCC #13883)를 표준 성장 배지상에서 성장시켰다. Matec 90 MHz, 3/8" 직경 변환기 표면을 세정하고 알콜로 멸균하였다. 살아있는 클렙시엘라를 변환기의 표면에 놓았다. 공명 음향 분광법을 100-200 MHz 의 음향 범위에서 수행하였다. 클렙시엘라에 대하여 127.5 MHz에 집중된 주파수로 125-130 MHz에서 공명 음향 주파수가 검출되었다. 이는 공명 분수조파 주파수로 생각되었다.
동일한 장비를 이용하여 이.콜리 박테리아(ATCC #25922)에 대하여 동일한 측정을 수행하였다. 이.콜리에 대한 공명 음향 주파수는 113MHz에 집중된 주파수로 검출되었다. 이는 역시 공명 분수조파 주파수로 생각되었다.
실시예 3
감염성 절지 동물의 검출과 파괴
절지 동물은 사람과 동물을 감염시켜 피를 먹고 사는 다양한 곤충류를 포함한다. 그 예로는 이(lice), 벼룩, 진드기, 모기, 나방파리, 체체파리 등을 포함한다. 이들 절지 동물이 사람, 또는 동물을 감염시킬 때 이들이 야기하는 일반적인 불편함과 성가심외에도, 이러한 감염의 위험은 이들에 의해 전달되는 질병에 있다. 일반적으로 이들 질병은 세계 경제가 한 해동안 수십억 불을 소비하게 만든다. 피해자의 전체적인 건강 상태가 손상되며 시간과 삶의 질의 손실 및 때로는 생명 그 자체를 잃게 된다.
모기는 뎅구열, 황열, 뇌염, 출혈열, 말라리아 및 림프성 사상충증을 옮긴다. 진드기는 뇌염, 라임 질병, 재귀열 및 로키산 홍반열을 옮긴다. 벼룩은 페스트 및 티푸스를 옮긴다. 이는 티푸스를 옮긴다. 진드기는 리케치아두를 옮긴다. 파리는 아프리카 수면병, 라이시마니아감염증 및 사가스질병을 옮긴다.
절지 동물의 두드러진 특징은 몸체와 다리를 덮고 있는 키틴성 외골격이다. 키틴은 N-아세틸-D-글루코스아민 반복 단위로 구성된 긴 직쇄 분자이다. 키틴은 자연에서 많이 발견되며 곤충, 절지 동물, 갑각류, 연체 동물의 단단한 껍질, 및 심지어 일부 진균류의 세포벽을 형성한다. 이처럼, 키틴은 결정성 구조이며 음향 및/또는 음향-EM 에너지의 효과에 지배된다. 따라서 절지 동물은 그들의 모양(구형 또는 실린더형)과 크기에 맞는 공명 음향 주파수에 의해 검출 및 파괴될 수 있다. 더욱이, 절지 동물 구조내에 함유된 다양한 기관 또는 부속물 또한 특정 공명 음향 주파수에 민감하다. 마지막으로, 그 구조 자체를 구성하는 화합물(키틴, 결정성 단백질 등) 또한 독특한 공명 주파수를 갖는다.
낮은 음향 전력 입력에서, 감염성 절지 동물은 그들의 존재를 검출하고 진단하기 위해 이용될 수 있는 특징적인 음향 및/또는 음향-EM 기호를 방출할 것이다. 더 높은 전력 입력에서는, 절지 동물은 파괴되고 사멸될 것이다. 검출 또는 파괴를 위해 이용되는 강도의 특정 범위는 그 구조에 의존할 것이며 그 강도는 전술한 바와 같이 당업계에 공지된 표준 방법을 이용하여 결정될 수 있다. 절지 동물의 구조가 음향 및/또는 음향-EM 에너지의 효과에 민감한 것에 더하여, 그들은 또한 압전기 구조로서 작용할 수도 있다.
본 발명은 특정 공명 주파수 및 패턴의 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하고, 절지 동물을 압전기, 고유 분산, 음향전기 및/또는 자기음향 구조로서 이들 단독으로 또는 공명 음향장과 함께 이용하여 절지 동물 구조를 동정 및/또는 물리적 파괴시킬 목적으로 절지 동물 전체 유기체 또는 그 구조의 구성 부분을 이용한다.
본 발명 방법은 전술한 바와 유사한 적절한 주파수의 장치로 절지 동물의 공명 음향 주파수가 결정되도록 한다. 예를 들면, 에볼라, 출혈열, 또는 뇌염과 같은 감염제의 공급원을 동정하기 위해 수천가지의 곤충과 기타 절지 동물을 포획하고 정리하는 연구자들은 도 27에 나타난 것과 같은 장치를 이용할 수도 있다. 문제의 감염원의 공명 주파수를 함유하는 음향 스펙트럼의 부분을 스캐닝한다. 절지 동물 재료의 공지의 공명 주파수를 스펙트럼 분석기의 부도선에 공급하고 양도선 샘플 스캔에서 그들의 성분 공명 주파수를 제거한다. 그 나머지 주파수를 그 공격 미생물의 공명 음향 기호에 대해 분석한다. 이것은 비싸고 시간 소모적인 연구가 필요없이 감염원의 숙주 보존원을 쉽게 동정하는 수단을 제공한다.
본 발명은 또한 도 28에서처럼 개 또는 사람에 존재하는 벼룩과 같이 큰 유기체상에 존재하는 감염성 절지 동물을 죽이는 수단을 제공한다. 높은 kHz 내지 매우 낮은 MHz 변환기를 욕조통 유형의 장치에 장착시킬 수 있다. 벼룩의 공명 음향 주파수는 물을 통해 동물의 표면에 전달된다. 감염성 절지 동물은 개 또는 사람의 표면 또는 최외부층에만 한정되므로 조직을 깊이 통과하기 위한 높은 전력 출력이 요구되지 않는다. 동일한 방법을 세탁기에서 침구류에서 벼룩 또는 이를 제거하기 위해 이용할 수 있다.
실시예 4
뼈 성장의 증대
사람에서 뼈로부터의 광물 제거는 중요한 건강 문제이다. 수천 명의 노인들이 이러한 뼈의 광물제거(골다공증) 때문에 엉덩이, 다리, 또는 팔의 골절을 겪는다. 이러한 부상은 미국의 건강 보장 시스템이 부상 후 치료, 수술 및 재활을 위해 수십억 불을 한 해에 소모하도록 한다. 더욱이, 피해자의 전체적인 건강 상태가 손상되며, 그들은 이러한 골절 때문에 시간 손실과 삶의 질의 손상을 입게 된다. 뼈기질 손실에 기여하는 다른 상태는 무중력(예, 우주 공간에서) 및 오랜동안의 침상 생활을 포함한다. 일부 직업의 사람들은 정상적인 뼈 밀도의 증가로부터 이익을 볼 수도 있다. 그 예로는 직업 운동 선수, 군인, 및 증가된 대기압에의 노출을 요구하는 직업(해저 잠수)를 포함한다.
살아있는 뼈는 하이드록시아파타이트의 칼슘 기재 결정 구조로 조직되며 구리가 첨가되며 콜라겐 섬유내에 박혀있다. 기계적 압력 또는 중력장을 통하여 골기질내의 콜라겐 섬유에 힘을 가하면 압전기 효과 및 뼈내의 유체 채널을 통한 이온의 흐름이 자극된다. 이 작은 전기 전하는 다시 신체의 조골세포에의 시그날로 작용하여 더 많은 하이드록시아파타이트를 축적하게 한다. 하이드록시아파타이트 밀도가 증가하면 뼈도 강해진다. 따라서, 뼈는 일상 생활 활동에서 마주치는 압력과 힘에 반응하여 압전기 효과를 통하여 그들의 정상 구조와 밀도를 유지한다.
나이가 들어감에 따라, 정상적인 구리 도핑이 손실되며, 압전기 효과가 감소된다. 그 결과, 하이드록시아파타이트 밀도가 유지되지 않으며, 노인들은 골다공증 및 뼈 골절로 고통받는다. 동일한 현상이 정상적인 활동의 부재(무중력 및 침상 생활)에서도 일어나며 그 결과 정상적인 압전기 효과와 이온 전류 흐름의 부재로 이어진다.
뼈는 결정성 압전기 구조이며 따라서 음향 에너지의 진동 효과에 지배된다. 정상적인 생리대사적 뼈 밀도 유지 뒤의 조작 과정은 거대 압력(macro-pressure)에 의해 압착된, 콜라겐 섬유내의 하이드록시아파타이트 분자 운동의 발생이다. 이는 일상 활동으로부터 일어나며 압전기 효과를 자극하고 이어서 뼈 생성 조골 효과를 자극한다.
이 분자 운동과 콜라겐 섬유 압착은 또한 뼈의 반도체 기질내의 미세 압력으로부터 생성될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 미세 압력은 음향 에너지 파동에 의해 생성될 수 있다.
압전기 효과에 더하여, 뼈는 압전기 및 반도체 구조이므로, 음향전기, 고유분산 및 자기음향 효과를 나타낼 것이다. 감소된 뼈 반도체 기능(골다공증) 및/또는 감소된 거대-압력(무중력 및 침상 생활)을 갖는 상태는 생물학적 압전기 효과, 및/또는 음향 공명을 통한 고유 분산, 음향전기 및 자기음향 효과를 생성하는 음향 미세 압력의 적용을 통하여 효과적으로 치료될 수 있다.
선행 문헌은 뼈 골절의 치료 속도를 가속화시키기 위해 비공명 초음파를 이용하는 것을 개시하지만, 그 기작은 뼈 조직의 거대한 파괴를 야기하여 뼈의 미시적 모세 베드를 손상시키며 혈청과 세포가 골 기질내로 누출되도록 하고 뼈가 광물화되도록 한다. 공지 문헌은 또한 뼈가 정상인지 결함이 있는 지 진단하기 위하여 전체 뼈(환도뼈, 척골)의 구조의 공명 주파수를 검출하기 위하여 초음파를 이용하는 시도를 개시한다. 하지만, 압전기 효과를 활성화시키기 위하여 음향 및/또는 음향-EM 공명 주파수를 사용하는 것은 개시되어 있지 않다. 선행 기술은 압전기 효과, 고유 분산, 음향전기 및 자기음향 효과를 위한 살아있는 변환기로 뼈를 단독으로 또는 공명 음향 장과 함께 이용하는 것에 대해 전혀 고려하지 않는다.
본 발명은 뼈의 성장과 석회화를 증대시킬 목적으로 뼈의 결정성, 압전기 구조를 이용한다. 본 발명은 골다공증 피해자들이 고통받는 뼈 골절의 수와 심각성을 크게 감소시키는 능력을 갖는다. 본 발명은 골절의 치료 과정을 가속화하는 능력을 갖는다. 무중력(예, 우주 공간) 또는 오랜 침상 생활과 같은 골기질 손실에 기여하는 상태 또한 본 발명으로부터 이점을 얻을 수 있다. 본 발명은 그들의 뼈 밀도의 증가로부터 이익을 보게 될 직업의 사람들(운동 선수, 군인, 및 해저 잠수와 같이 증가된 대기압에의 노출을 요구하는 직업)을 도울 능력을 갖는다. 본 발명은 또한수의학 분야에도 적용할 수 있다. 초음파를 이용하는 선행 치료와는 달리, 본 발명은 주위 조직에 영향을 주지 않고 뼈 성장의 증대를 위해 적어도 압전기 효과를 자극하기 위해 뼈의 공명 음향 주파수 및/또는 음향-EM 주파수를 이용한다.
본 발명의 방법은 공명 음향 및/또는 공명 음향-EM 에너지를 이용하여 뼈의 성장과 유지를 증대시키는 수단을 제공한다. 예를 들면, 도 29에서처럼, 압전기 재료 시트를 샤워 매트 장치내에 장착시킨다. 골다공증이 걸리기 쉬운 노인이 샤워를 할 때 매트가 활성화된다. 샤워기의 물은 전도성 매질로 작용하며 주요 또는 조파 공명 주파수는 발바닥을 통해 힘선을 따라 다리와 엉덩이로 전달된다. 뼈에서의 압전기 효과가 활성화되며 뼈 밀도가 증가된다.
본 발명은 도 30에서처럼 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 뼈의 성장과 유지를 증대시키기 위한 방법을 제공한다. 무중력 상태 동안 우주 비행사들이 이용하는 취침용/밧줄에 매달린 백에 그 바닥 부분에 EM 복사 전달기를 장착한다. 백은 EM 흡수 물질로 제조된다. 취침용 백을 우주선에 고정하는 끈은 안테나를 그 우주선의 시그날 발생기에 연결하는 케이블을 포함한다. 잠자는 동안, 취침용 백내의 뼈 유지 장치가 활성화되며, 뼈의 압전기 효과를 활성화시키는 공명 주파수에서 EM 복사를 우주 비행사에 전달하여 그들의 정상적인 신체 밀도를 유지한다. 그 우주선 내의 다른 장비를 간섭할 수도 있는 외부 EM 복사는 취침용 백내의 EM 흡수 물질에 의해 차단된다.
실시예 5
양성 또는 악성 조직 또는 덩어리의 파괴와 검출
사람과 동물을 괴롭히는 다양한 양성 및 악성 조직 덩어리가 있다. 많은 조직 덩어리는 신체의 한정된 부분내에 제한된다. 거의 모든 양성 종양은 천천히 자라고 확장하여 섬유피막을 형성하며 별도의 쉽게 만져질 수 있고 쉽게 움직일 수 있는 덩어리를 생성한다. 양성 종양의 예는 섬유종, 지방종, 연골종, 골종, 혈관종, 림프관종, 수막종, 평활근종, 선종, 유두종, 폴립, 콘딜로마, 섬유선종 및 횡문근종을 포함한다. 대부분의 악성 종양은 침입성이며 전이성이지만, 주목할 만한 예외가 교종과 기저 세포 암종이다. 질병을 야기하는 다른 조직 덩어리는 색전, 혈전, 농양, 결석 및 이물을 포함한다.
구획되고 구별되는 구조를 갖는 덕분에, 많은 조직 덩어리가 그 크기와 모양에 맞는 공명 주파수의 음향 에너지의 파괴 효과에 민감하다. 선행 기술은 조직 덩어리를 검출하고 심지어 파괴하기 위해 비공명 주파수의 음향을 사용하는 것을 제안하고 있으나 오늘날까지 공명 음향 에너지를 통한 조직 덩어리의 검출 및 공명 주파수의 음향 에너지를 통한 조직 덩어리의 파괴는 개시되지 않았다.
그들의 모양과 크기에 맞는 공명 음향 주파수에 의한 검출과 파괴에 민감한 조직 덩어리에 더하여, 그 조직 덩어리 자체를 구성하는 성분들(세포 유형, 결정 단백질 등) 또한 검출과 파괴에 민감한 독특한 공명 주파수를 갖는다. 낮은 전력 입력에서, 일부 조직 또는 덩어리는 성장 또는 신진 대사에서 증대되어 조직 배양, 재생 및 성장을 위한 보충 기술을 제공한다.
그들의 구조에 의존하면서, 일부 조직 덩어리 또는 유형은 또한 공명 음향-EM 효과를 나타낼 뿐만 아니라 압전기, 고유 분산, 음향전기 및/또는 자기음향 구조로 작용할 수도 있다.
본 발명은 특정 공명 주파수의 음향 및/또는 전자기 에너지를 이용하여 양성 및 악성 조직 및 덩어리 구조의 동정, 증대, 검출 및/또는 파괴를 야기하기 위하여 많은 양성 및 악성 조직 및 덩어리의 구별되는 모양, 크기 및 조성을 이용한다. 초음파를 이용하는 선행 치료와는 달리, 본 발명은 다층 유기체내의 특이적 구조를 표적화함으로써 이 유기체의 치료에 이용될 수 있는 특정 공명 음향 주파수 및/또는 전자기 주파수를 이용한다. 음향 에너지(진단 초음파)의 공지의 종양/덩어리 검출 능력을 공명 주파수의 음향 및/또는 전자기 에너지의 파괴 특성과 결합한다. 본 발명은 또한 필요할 경우, 다양한 조직 및 덩어리의 성장과 기능을 증대시키는 능력을 갖는다.
본 발명은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 양성 또는 악성 조직 및/또는 조직 덩어리를 검출하고 파괴하는 수단을 제공한다. 예를 들면, 도 31에서처럼, 표준 반향반사 능력을 갖도록 고안된 음향 변환기를 이용하여 조직 덩어리의 크기와 치수를 결정한다. 계산된 공명 주파수에 기초하여, 일정 범위를 스캐닝하여 정확한 공명 주파수를 결정한다. 이어서 그들 주파수중 하나 이상을 그 덩어리에 전달시켜 그 구조를 파괴하고 그 신체가 그 덩어리를 흡수하도록 한다.
또한, 본 발명은 도 12와 19a 및 b에 개시된 장치를 이용하여 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 양성 또는 악성 조직 유형을 검출하는 수단을 제공하며, 세포 시험 원판 또는 조직 준비물을 두 변환기 사이에 위치시키고 주파수를 스캐닝하여 공명 피크와 EM 패턴을 찾는다. 공명 피크와 EM 패턴에서의 차이는조직 유형들 사이에서, 예를 들면 정상 표피 세포와 암성 표피 세포사이에서 다를 것이다.
실시예 6
생화학적 화합물 또는 조직의 증대, 검출 및/또는 파괴
생물 유기체는 핵산, 탄수화물, 지질, 아미노산 및 스테로이드를 포함하는 많은 생화학적 화합물로 구성된다. 많은 생화학적 화합물은 규칙적인 반복 패턴으로 그들 자신을 배열시킨다: 다시 말하면 그들은 결정 형태를 취한다. 생화학적 결정의 예로는 인슐린, 헥소키나제, 알도라제, 헤모글로빈, 미오글로빈 및 스펙트린을 포함한다. 더욱이, 일부 조직 또는 세포 구조는 뼈, 근육 섬유 및 근육 섬유를 위한 결합 조직 섬유 및 세포막, Na/K 막 펌프 및 이 펌프를 위한 시각 간상체 수용체와 같은 결정 형태를 취한다.
생물 유기체가 구성되는 생화학적 화합물은 그들의 원래의 결정 구조에 기초하여 그들 자신의 독특한 공명 주파수를 갖는다. 많은 생화학적 화합물이 또한 압전기, 고유 에너지 분산, 음향전기 및 자기음향 구조이다. 그래서, 생화학적 화합물은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지의 특성의 증대, 파괴 및/또는 검출에 노출된다. 본 발명은 다층 유기체를 치료하기 위해 이용될 수 있는 특정 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 이용한다. 본 발명은 또한 원하는 결과를 이루기 위해 압전기, 고유 에너지 분산, 음향전기 및/또는 자기음향 효과를 단독으로 또는 공명 음향 장과 함께 이용하는 능력을 갖는다.
실시예 7
피부 용접 메스를 생성하는, 세포간 프로테오글리칸 접착 단위의 자극 또는 파괴
본 발명은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 세포간 프로테오글리칸 접착 단위를 자극하고/거나 파괴하는 방법을 제공한다. 매년 절개를 생성하기 위해 금속 메스를 사용하면서 수백만건의 수술이 사람에게 행해진다. 그러한 메스의 사용은 스티치로 절개를 봉함시키는 것을 필요로 하며, 상처가 아물기 위한 일정 기간을 요구하며, 변함없이 흉터를 형성시킨다. 더욱이, 수백만명이 외상성 상처, 찢어짐, 또는 피부의 파열로 고통받으며 다시 스티치로 상처를 봉하고 일정 기간의 치유 기간을 갖고 흉터가 생성되는 것을 요구한다.
다세포 유기체에서, 세포는 대략 세포당 1,600의 비율로 프로테오글리칸 단위에 의해 연결된다. 이들 단위는 대략 200㎛ 길이이며, 종에 따라 다소 변이가 있다.
절개가 만들어질 때, 또는 세포층에서 외상이 발생할 때, 세포 부착이 파괴되며, 일부 세포는 파열되고, 혈관이 찢어져 열리게 된다. 백혈구 세포, 혈소판, 및 섬유아세포가 세포외 공간에 모이며 결국에는 조직을 재부착시키는 흉터가 형성된다. 이 치료 단계동안 열개된 조직은 외래 유기체에 의한 침입에 더욱 민감하며, 상처 감염은 끊임없이 감시되어야 할 합병증이다.
설사 그 상처가 감염의 합병증없이 치료된다 할지라도, 흉터는 여전히 남는다. 현대 성형 외과 기술은 흉터를 최소화하거나 숨기려고 애쓰지만, 흉터의 형성은 피할 수 없다.
높은 전력 수준을 나타내는 고진폭에서 프로테오글리칸 단위로 음향 공명을 이루는 에너지 장은 세포간의 접착 결합의 분리를 야기하여 조직 층의 분리를 생성하고, 필수적으로 비외상 절개를 생성할 것이다. 더 낮은 진폭의 동일한 에너지 장은 재부착된 절개를 거의 즉각적이고 흉터없이 치료하면서 접착 결합의 재부착을 야기할 것이다.
본 발명은 공명 음향 주파수를 이용하여 조직에서 세포층을 비외상적으로 분리시키고 세포층을 최소의 흔적으로 또는 흉터없이 즉각 재부착시킴으로서 외과 수술을 개선시킨다. 프로테오글리칸 단위가 압전기, 고유 에너지 분산, 음향전기, 및/또는 자기음향 효과를 나타낼 수도 있기 때문에, 본 발명은 음향-EM 기호의 전자기 에너지 패턴을 단독으로 또는 공명 음향장과 함께 이용함으로써 상기 결과를 생성하는 능력을 갖는다. 본 발명은 또한 예를 들어, 가축류와 가금류에서 외과 수술을 수행하거나 상처를 치료하고 하나의 식물로부터 다른 식물로 식물 조직 또는 가지를 이식하는 것 과 같이 수의학적 중요성 및 농업적 중요성을 갖는다.
예를 들어, 도 33에서처럼, 압전기가 팁에 장착된 메스를 이용하여 세포간 프로테오글리칸 접착 단위를 파괴하여 외과적 절개를 만들기에 적절한 주파수의 음향/음향-EM 파동을 생성한다. 그 과정의 끝에서 절개의 가장 자리는 연결되어 유지되며 적절한 주파수와 유형의 다른 변환기가 절개 부분으로 전달되어 조직을 재부착시킨다.
실시예 8
다세포 유기체의 구조의 증대, 검출 및/또는 파괴
다세포 유기체의 증대, 동정, 검출 및/또는 파괴는 많은 응용 분야를 가진다. 세계 인구는 곤충, 설치류 및 연체류와 같은 다양한 해로운 것들에 의해 시달린다. 다른 상황에서는, 특정 서식지에서의 다양한 종의 검출이 인간의 활동에 중요하다. 마지막으로, 음식의 수확, 의약, 보석 등을 위해 성장과 증대가 필요한 많은 다세포 유기체가 있다. 해로운 것들은 그들의 몸, 그들 몸의 일부, 또는 그들 몸내에 함유된 특정 생화학적 화합물의 크기와 모양에 맞는 공명 음향 주파수 및/또는 음향-EM 주파수를 이용하여 제거될 수 있다. 예를 들면, 머리, 흉부, 또는 복부의 크기에 맞는 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수는 벌, 말벌, 개미 또는 흰개미에게 치명적일 수 있다. 유사하게, 마우스의 내부 기관(뇌, 신장, 생식선, 대동맥 등)의 크기와 모양에 맞는 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수는 그 동물에 치명적일 수 있다. 호랑무늬 껍질 홍합과 만각류와 같은 해로운 연체류는 그들의 알, 내부 기관, 키틴 껍질, 또는 시멘트/시멘트 플레이트 등의 크기와 모양에 맞는 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 사용하여 조절 또는 제거될 수 있다.
흰개미와 같은 다양한 해로운 유기체, 또는 보호되어야 할 종과 같은 원하는 유기체의 검출은 그러한 유기체에 특이적인 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수의 사용과 검출로 도움받을 수 있다. 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수의 사용은 동물, 식물, 및 미생물 왕국에 걸쳐 종과 아종의 동정 및 구분을 도울 수 있다.
수확을 위해 성장과 증대가 요구되는 다세포 유기체의 예로는 식물 및 생선, 조개, 새우, 닭 및 기타 가축류와 같은 단백질원을 포함한다. 다양한 식물과 동물원으로부터 수확되는 의약, 약제 및 화학물질은 호르몬, 향수, 염료 및 비타민을포함한다. 식물과 동물원으로부터 수확되는 다른 물질은 인간 활동의 고유한 부분이어서 나열하기에 너무 많다(예, 진주, 의류 섬유, 건축 재료, 가죽 등). 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수의 더 낮은 전력 입력에서, 이들 유기체와 그들 구조는 선택적으로 증대될 수 있다.
본 발명은 증대, 동정, 검출 및/또는 파괴의 목적으로 많은 유기체에 특이적인 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 이용하기 위하여 이들 유기체의 구별되는 모양 및 크기를 이용한다. 압전기, 고유 에너지 분산, 음향전기, 및/또는 자기음향 효과를 이용하여, 본 발명은 특정 음향-EM 기호의 전자기 에너지 패턴을 단독으로 또는 공명 음향장과 함께 이용하여 상기 결과를 생산하는 능력을 갖는다. 본 발명은 많은 해로운 것들을 화학 물질을 이용하지 않고도 조절할 수 있도록 한다. 본 발명은 또한 많은 유기체 종의 검출 및 동정을 제공하는 능력을 갖는다. 마지막으로, 본 발명은 유익한 것으로 생각되는 다양한 종에서 구조의 성장과 신진대사를 증대시키는 능력을 갖는다.
본 발명은 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지를 이용하여 다세포 유기체의 구조를 증대, 검출 및/또는 파괴시키는 수단을 제공한다. 예를 들면, 도32에서처럼, 만각류의 시멘트 플레이트(이것에 의해 그들 자신을 배의 선체에 부착시킴)를 위한 공명 주파수를 갖는 변환기 장치를 케이블을 통해 배의 갑판으로부터, 또는 RF 조절을 통해 선박내로부터 원격 조정되는 수중 "청소솔"내에 장착한다. 그 청소솔이 선체의 바깥을 따라 움직일 때, 음향 파동은 만각류의 시멘트 플레이트를 파괴시켜 그들의 선체에 대한 부착력을 제거하여 바다로 떨어지게 한다.
실시예 9
물고기의 성장 속도의 증대 또는 파괴
본 발명은 도 34에서처럼 양어장에서 물고기의 성장 속도를 증대 및/또는 파괴시킬 수 있도록 한다.
작은 물고기 두 쌍을 80℉의 10 갤론 물고기 탱크에서 유지하였다. 그들은 알을 낳았으며 이 알은 대략 3-5일내에 부화하였다. 3일된 잔고기 부화체를 사육 탱크로부터 제거하여 음향 주파수 프로파일을 측정하였다. 잔고기를 한번에 하나씩 2.25 MHz Matec 변환기의 상부상의 물 한방울에 놓고 잔고기의 공명 주파수를 측정하여 결정하였다. 테스트된 모든 잔고기는 작은 개별적 차이를 갖는 유사한 공명 음향 주파수를 생성하였다. 가장 강한 초기 시그날 중 하나가 2.4MHz였다.
테스트 A. 첫 번째 테스트를 두 개의 다른 잔고기 그룹에서 수행하였는데, 한 그룹은 음향 공명 장에 노출시켰고 다른 그룹은 대조군으로 사용하였다. 실험 탱크에 방수 밧줄을 통해 탱크 바닥까지 평행하게 통하는 Matec 2.25MHz 음향 변환기를 장착하였다. 잔고기의 절반을 변환기에 연결되나 활성화되지 않는 대조 탱크에 놓았다. 다른 절반은 변환기를 가지며 음향 장이 탱크에 가해지는 탱크에 놓았다. 음향 장을 연속하여 10볼트/초 전력으로 2.4MHz로 전달하였다. 대조 탱크에 있는 잔고기는 모두 살아남아 성장한 반면, 음향 장에 있던 잔고기는 모두 2주 내에 죽었다.
테스트 B. 잔고기를 세 그룹으로 나누어 다른 테스트를 수행하였다.
1일째. 그룹의 3분의 1을 대조군으로 부모를 갖는 사육 탱크에 남겨 두었다.한 그룹을 다른 작은 대조 탱크에 놓았는데, 이 탱크에는 변환기가 부착되어 있으나 변환기를 작동시키는 전력은 없었다. 세 번째 그룹을 작동하는 변환기가 부착된 탱크에 놓고, 20 마이크로초 펄스 폭 또는 지속 시간으로 10msec 반복 속도로 전력 공급원의 펄스 모드를 이용하여 잔고기를 2.4 MHz의 음향 장에 노출시켰다. 전압 전력은 Matec TB 1000을 통해 300 볼트/초로 고정시켰다.
7일째. 일주일내에 잔고기의 다른 그룹들 사이에 주목할 만한 차이가 있었다. 음향 공명 장에 노출된 잔고기는 두 개의 대조 그룹보다 컸다.
10일째. 실험 10일째에, 모든 잔고기를 다시 측정하고 음향 노출 탱크의 잔고기를 노출시키는 주파수를 2.0MHz로 감소시키되 다른 파라미터는 동일하게 유지하였다. 음향 노출된 잔고기는 잘 성장하였다.
14일째. 작은 탱크 대조군의 잔고기 다섯 마리가 죽었다.
16일째. 이날까지 작은 탱크 대조군의 잔고기 18마리가 죽었다. 사육 탱크 그룹은 아무 영향도 받지 않았다. 모든 그룹의 모든 나머지 잔고기를 센티미터 자와 쌍안 현미경을 이용하여 측정하였다:
음향 그룹 7 mm 길이
사육 탱크 대조 그룹 6 mm 길이
작은 탱크 대조 그룹 5 mm 길이
18일째. 작은 탱크 대조 그룹의 잔고기 중 한 마리를 제외하고 모두 죽었다. 사육 탱크의 대조 그룹은 여전히 살아서 기능하였으며 음향 공명 노출 그룹은 잘 성장하였다.
19일째. 음향 탱크의 성장하는 잔고기의 공명 음향 주파수를 다시 측정하였다. 각 반복의 펄스 폭을 2 마이크로초로 감소시키는 것을 제외하고는 모든 다른 파라미터를 동일하게 유지하고 음향 장을 1.55 MHz로 바꿨다. 펄스 폭의 이러한 감소는 20 마이크로초가 이들 주파수에서 증대를 위한 전력 범위의 상부 한계임을 나타내면서 잔고기의 성장에 주목할 만한 영향을 끼쳤다.
21일째. 작은 탱크 대조 그룹의 유일한 남은 잔고기를 사육 대조 그룹으로 옮겼다. 이 유일한 잔고기는 다른 대조 그룹보다 훨씬 작았으나 모든 대조 잔고기는 음향 그룹보다 훨씬 작았다.
41일째. 음향 그룹 탱크에서, 모든 다른 파라미터를 일정하게 유지한 채, 음향 장을 0.830 MHz로 바꿨다.
65일째. 음향 그룹 탱크의 잔고기를 노출시키는 음향 장을 종결시켰다. 대략 두 달째에, 음향 공명 노출된 물고기는 초기 대조 그룹으로부터의 4개월된 대조군과 대략 같은 크기였으며 사육 대조 그룹의 대응군보다 훨씬 컸다.
결과: 테스트 A와 테스트 B 사이에는 전력 입력 또는 강도의 수준에서 상당한 차이가 있었다. 테스트 A에서는, 전력은 10 볼트/초에서 연속적이었다. 테스트 B에서는 전력은 펄스되었고 음향 장은 시간의 단지 0.2%에서만 활성이었다. 그래서, 전력이 300볼트/초였음에도 불구하고, 전체 수율은 단지 (300V/sec x 0.002) 즉 0.6 볼트/초 총 전력이었다.
잔고기가 자람에 따라, 기능 변화를 유도한 음향 공명 주파수 또한 구조 크기와 모양의 차이때문에 변했다.
음향 장을 종결시킨 후, 잔고기를 성숙시키고 번식시켰다. 공명 주파수의 음향 에너지에 노출된 물고기는 대조 물고기보다 상당히 빨리 성숙하여 알을 낳았다. 음향 노출된 물고기 또는 대조 물고기 그 어느 것에서도 후대에서 2세대 효과는 관찰되지 않았다.
실시예 10
식물 성장의 증대
테스트를 수행하여 슈가 스냅 완두콩의 발아와 성장 패턴에 대한 공명 음향 에너지의 효과를 결정하였다. 슈가 스냅 완두콩의 종자는 lot 1997 lot A2B로 포장된 Arapahoe, Boulder Colorado, 80303의 Lake Valley Seed Co.로부터 구입하였다.
처음에, A-스캔에서 나타난 최대 진폭에 대한 주파수를 결정함으로써 완두콩 새싹의 공명 음향 주파수를 확인하였다. 오디오 발생기의 주파수를 변화시킴으로써, 완두콩 새싹의 진폭은 공명 주파수에서 최대였다. 7개의 슈가 스냅 완두콩을 입구가 넓은 유리 용기에서 상온의 물로 반 정도 덮고 발아하도록 카운터에 두었다. 6일 후, 새싹을 다음과 같이 시험하였다:
Tb 1000과 A 내지 D 데이타 획득 카드를 가지고 Matec 초음파 점검 시스템을 이용하였다. Tb 1000 설정은 다음과 같았다:
이득 0-20 dB
트리거(trigger) 내부 +
전압 고
교정 없음
LP 필터 변화시킴
HP 필터 변화시킴
출력 수준 100%
반복 속도 10.000 msec
펄스 폭 2.00 usec
주파수 0.5-20 MHz
모드 직통 전달
A 내지 D 설정은 다음과 같았다:
데이타 On
지연 없음
범위 12 usec
시그날 경로 RF
전압 범위 1V
채널 A/AC
트리거 외부 +
역 1
샘플 속도 100MHz
Vid.Filtr 1.7 usec
DAC 오프셋 1945
실험에서 사용된 변환기는 Matec 1.0MHz, 2.25 MHz, 5.0MHz 및 10.0 MHz를포함하며, 모두 직경이 0.5 인치이다. 물에서의 소리의 속도(1,500m/s)와 새싹의 직경(1-2 mm 즉 0.001-0.002 m)에 기초하여 새싹의 직경을 가로지르는 공명 주파수가 낮은 MHz 범위여야 함을 계산에 의해 알았기 때문에 처음에 이들 주파수를 선택하였다:
속도 = 주파수 x 파장
주파수 = 속도 / 파장 = 1,500 m/s / 0.001 m = 1.5 MHz
새싹 #1을 완두콩 반쪽으로부터 잘라내어 두 개의 2.25MHz 변환기 사이에 위치시키고, 얇은 EKG 젤 피막과 연결시켰다. Tb 1000을 0.005 MHz의 스캔 증가에 고정시키고 새싹을 그 시스템에서 이용가능한 가장 낮은(50KHz) 주파수로부터 가장 높은 주파수(20KHz)가지 스캐닝하였다. 진폭의 변화를 이 주파수 탐사 과정동안 관찰하였다. 낮은 MHz 영역이 가장 고진폭 영역으로 빨리 동정되었다. 추가의 주파수 탐색은 1.7MHz에서의 최대 진폭을 밝혔다.
동일한 과정을 테스트 새싹 #2와 #3에 대해 수행하였다. 테스트 새싹 #2는 여전히 완두콩의 반쪽에 부착되어 있었으며, 완두콩 반쪽에 의한 음향장의 약화때문에 이득이 증가되었어야 함에도 불구하고 1.64MHz 의 공명 주파수가 전체 구조로부터 검출되었다. 새싹 #3은 #1과 같은 분리된 새싹이었으며 1.78MHz의 공명 주파수를 밝혔다.
동일한 과정을 1.0MHz 변환기로 반복하여 유사한 결과를 얻었다. 따라서, 4-5일된 슈가 스냅 완두콩 새싹의 음향 공명 주파수는 1.7MHz±0.1MHz인 것으로 결론 내려졌다. 다세포 생물의 공명 주파수를 성공적으로 동정하였으므로, 그 다음 단계는 이 주파수의 음향 장의 적용에 의한 파괴 및/또는 증대 효과를 보여주는 것이었다.
많은 발아 테스트를 다른 전력 수준 또는 전압과 음향 공명 주파수에의 노출 길이를 이용하여 수행하였다.
발아 #1
음향 공명 주파수를 결정하는 데 Matec 1.0MHz 변환기를 하기를 제외하고는 전술한 바와 동일한 설정을 갖는 Tb 1000 시스템과 함께 이용하였다:
주파수 1.7 MHz
전압 고
반복 속도 10 msec
펄스 폭 2 μsec
직통 모드
접시의 바닥의 멸균된 솜뭉치 단일층에 7개의 슈가 스냅 완두콩 종자를 갖는 두 개의 작은 플라스틱 접시를 멸균 면 볼로 준비하고 증류수로 그 완두콩 종자를 반쯤 덮도록 채웠다. 한 접시의 콩 종자를 대조군으로 이용하였다. 1.0MHz 변환기를 고리 스탠드 클램프에 단단하게 고정시키고, 변환기의 전면을 접시의 중앙으로 낮추었다. 변환기의 음향 장을 접시의 중앙으로 낮추었다. 음향 장을 1일째에 시작하였으며 그 지역의 빈번한 폭풍으로 인해 다음 72시간동안 여러번 중지되었다. 테스트의 처음 48시간동안 변환기를 대략 단지 18시간만 작동시켰다.
실험을 5일째에 종결시켰다. 음향 완두콩 종자 7개 모두가 발아한 반면, 대조군 완두콩 종자의 다섯 개만이 발아하였다. 검은 이끼의 몇몇 부분이 대조군 접시에서 발견되었다. 뿌리 새싹의 비교한 결과 음향 새싹이 대조 새싹에 비해 두배 길이였다(2.9cm vs.1.6cm). 이들 결과의 해석은 변환기의단단한 고정, 빈번하고 반복된 음향 장의 중단과 대조 접시의 오염 이끼때문에 애매하였다. 따라서, 쟁반의 바닥으로부터 올라오는 변환기를 갖춘 테스트 쟁반을 구성하였다.
발아 #2
발아 #1에서와 동일한 음향 장비와 배치를 이용하였다. 1.0MHz 변환기를 고리 스탠드 클램프에 느슨하게 고정시키고, 변환기의 전면을 더 큰 플라스틱 접시로 낮추었다. 시그날 발생기에 연결되지 않은 두 번째 1.0 MHz 변환기를 더 큰 대조 접시로 낮추었다. 중단은 빈번하지 않았다.
7일째에 연구를 중단하였다. 대조 접시에서, 79%가 발아하였으며, 평균 뿌리 새싹 길이는 3.95cm 이었다(n=81). 음향 접시에서, 단지 69% 만이 발아하였으며, 평균 뿌리 새싹 길이는 3.12cm(n=80)이었다. 더 높은 전력 전압 출력의 이 주파수는 완두콩 발아와 성장에 대한 파괴적 효과를 보여주었다.
발아 #3
1MHz 변환기를 0.5 인치 직경 변환기를 수용할 수 있도록 고무 마개를 가진 구멍을 낸 두 개의 접시의 바닥에 장착시킨 새로운 설비를 수행하였다. 변환기를 접시 바닥을 통해 전면이 위를 향하도록 위치시켰다. 각 접시를 바닥에 단일층으로 멸균 면솜을 갖도록 준비하였다. 50개의 슈가 스냅 완두콩 종자를 접시에 놓고 물로 반쯤 채웠다. 대조 접시를 음향 접시와 동일하게 준비하되 시그날 발생기에 연결시키지 않았다. 펄스 폭을 발아 #1에서 이용된 펄스 폭의 약 10배인 19.98usec까지 증가시킨 것을 제외하고는 발아 #1에서 이용된 설비로 음향 장을 1일째에 시작하였다. 이는 실험 #2에서의 전력 출력의 10배였다. 중단은 빈번하지 않았다.
연구를 7일째에 중단하였다. 대조 접시에서, 82%가 발아하였으며 평균 뿌리 새싹 길이는 발아 #2와 비슷하였다. 음향 접시에서, 단지 72%가 발아하였으며 평균 뿌리 새싹은 발아 #2와 유사하였다. 이 자료는 높은 전력 전압 수준에서의 1.7MHz의 주파수가 완두콩 발아 및 성장에 파괴 효과를 가짐을 확인시켰다.
발아 #4
하기를 제외하고는 발아 #3과 동일한 설비를 이용하였다:
전압 저
반복 속도 2μsec
펄스 폭 0.3 μsec(이것은 반복 당 단지 하나의 소리 파 장을 생산하도록 조정되었다)
이 발아의 결과는 대조 접시의 단지 84%만이 발아하였으며, 음향 접시에서는 90%가 발아하였음을 보여주었다. 음향 완두콩의 평균 뿌리 새싹 길이는 대조 완두콩보다 24% 더 길었다. 이 주파수와 낮은 전력 음향 장은 완두콩 발아와 성장에 증대 효과를 미치는 것으로 결론내려졌다.
발아 #5
발아 #4에 개시된 것과 동일한 설비와 실험에 의해 유사한 결과를 얻었다. 대조 접시에서, 84%만이 발아하였으며 음향 접시에서는 96%가 발아하였다. 음향 완두콩의 평균 뿌리 새싹 길이는 대조 완두콩보다 30% 더 길었다(3.26cm vs.2.49cm). 낮은 전력에서의 음향 공명 주파수는 완두콩의 성장에 증대 효과를 가짐이 확인되었다.
표 3에 나타난, 상기 다섯 개의 발아 테스트의 결과는 음향 공명 에너지는 노출의 길이와 노출의 전력 강도에 따라 파괴 및 증대 효과 둘 다를 가질 수 있음을 확인하였다. 또한, 발아 #1에서의 변환기의 단단한 고정은 변환기로부터의 전력 출력을 약화시켜 낮은 전력 효과를 낸 것임이 틀림없다.
A와 C는 음향 완두콩(A)과 대조 완두콩(C)의 생존 및 성장의 퍼센트 비를 말한다.
발아 #6
바닥에 음향 변환기가 설비된 둥근 플라스틱 그릇의 바닥에 멸균 면을 놓아 발아 쟁반을 준비하였다. 75개의 완두콩(Sugar snap, Lake Valley lot A2B 1997)을 각 쟁반에 놓고 증류수를 필요한 대로 첨가하였다. 2μsec의 펄스폭을 갖는 반복 속도 10msec의 Matec 1.0MHz 변환기를 이용하여 3일동안 완두콩 그룹에 음향 장을전달하였다. 이어서 식물 성장 배지로 채워져 있고 배수를 위해 바닥 구멍을 가진 6인치 직경의 테이퍼진 검은 플라스틱 화분에 완두콩을 옮겼다. 세 개의 완두콩을 각 용기내에 심었다.
완두콩을 1000 와트 성장 형광등으로 실내에서 키웠다. 완두콩은 성숙하여 완두콩 깍지를 함유한 식물로 자랐으며 이를 측정하고 무게를 쟀다. 표 4는 성숙한 완두콩 식물의 전체적인 성장 패턴에 관한 정보를 제공한다.
결론- 음향 처리된 완두콩은 대략 20% 더 큰 중량 및 부피를 가졌다. 식물 당 완두콩의 중량은 두 그룹 사이에서 동일하였다. 따라서, 음향 처리는 발아를 증가시킴으로서 작물 수율에 간접적으로 영향을 미쳤다. 처음 3일 동안의 음향 처리는 단지 발아에만 영향을 주었으며, 음향 장이 중단된 후에는 이어지는 성장과 작물 수율에 영향을 미치지 않았다.
발아 #7
1일. 발아 쟁반 두 개를 쟁반 당 115개의 완두콩을 가지고 발아 #6에서처럼 준비하였다. 어느 쟁반도 음향 변환기를 설치하지 않았다. 이 실험에서는, 준비된 쟁반의 하나에 함유된 완두콩은 20피트 안테나와 E 장 발생기를 이용하여 차단된 방에서의 노출을 통해 전달된 음향-EM 장에 의해 음향 공명으로 유도되었다. 1.7MHz의 주파수의 EM 에너지를 8.5 볼트/m의 전력에서 연속적으로 가하였다. 대조 완두콩을 갖는 쟁반을 음향-EM 장에의 노출없이 두 번째 차단된 방에서 유지하였다.
3일. 음향-EM 장에 노출된 완두콩중 11개가 발아한 반면, 대조 완두콩 중 단지 5개만이 발아하였다. 음향-EM 노출된 완두콩은 대조 완두콩 길이의 거의 두배였다.
6일. 음향-EM 장에 노출된 완두콩중 45개가 발아한 반면, 대조 그룹 중 단지 35개만이 발아하였다.
10일. 음향-EM 장에 노출된 완두콩중 61개가 발아한 반면, 대조 그룹 중 단지 45개만이 발아하였다. 노출된 음향-EM 그룹에서 잎 새싹의 평균 길이는 3.3cm였으며 대조 그룹의 평균 길이는 단지 2.7cm였다.
결과: 공명 음향 주파수의 음향-EM 에너지를 이용하면 완두콩의 발아와 성장을 증대시켰다.
실시예 11
무기 구조의 검출과 동정
본 발명의 방법과 시스템은 다양한 유형의 무기 물질 또는 구조의 양적 및질적 현장 동정, 금속 합금에서 불순물의 인지, 플라스틱 폭발물과 같은 무기류의 인지 등과 같은 넓은 범위의 분야에서 유용하다.
물체 또는 구조의 공명 주파수에 잘 맞는 주파수의 음향 에너지를 적용하여 독특한 음향 및/또는 음향-EM 기호의 검출을 위해 그 안에서 음향 공명을 유도함으로써 검출과 동정이 이루어질 수 있다. 당업계에 공지된 방법을 이용하여, 도 1에서 개시되고 나타난 장치를 포함하는 임의의 매질을 통하여 음향 에너지를 발생시키고 전달할 수 있는 임의의 장치를 이용하여 본 발명에 의해 이용되는 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 발생시킬 수 있다.
당업자에게 공지된 방법을 이용하여, 임의의 매질을 통하여 음향 에너지 및/또는 EM 에너지를 검출하고 분석할 수 있는 임의의 장치를 이용하여 도 2에 개시된 바와 같이 본 발명에 의해 이용되는 공명 음향 및/또는 음향-EM 주파수를 검출할 수 있다.
도 12의 시스템은 다른 무기 물질 또는 구조의 공명 음향 주파수를 결정하기 위해 이용되는 필요한 성분들을 도시하고 있다. 특정 주파수와 음향 및/또는 음향-EM 기호를 미리 결정함으로써 추후 비교를 위한 데이타베이스를 제공할 것이다.
도 35 a&b에서 블록 다이아그램은 유사하거나 다른 물체를 동정, 검출 및 구별하기 위한 분광학적 방법을 위해 공명 음향 에너지를 음향-EM 에너지와 함께 사용할 수 있는 장치 설비를 보여준다. 이것은 음향 에너지, 전자기 에너지 또는 둘 다를 이용하여 물체를 공명으로 자극함으로서 이루어질 수 있다. 공명 음향 주파수가 샘플에 가해질 때, 음향 공명이 유도되고 독특한 전자기 에너지 패턴이 생성되며 이것이 공명 음향-EM 기호이다. 공명 음향-EM 기호를 생성하는 기작은 압전기, 음향전기, 자기음향 및/또는 고유 에너지 분산을 포함하며 이에 한정되지 않는다. 공명 음향-EM 기호는 직류, 교류, 자기장, 전기장, EM 복사, 및/또는 음향 사이클로트론 공명을 포함하며 이에 한정되지 않는 전자기 특성 및/또는 장의 표현이다.
이어서 얻어진 음향, 전자기 또는 결합된 에너지 스펙트럼을 분석한다. 음향 및 전자기 주파수 및/또는 특성의 분포를 특성화하여 그 물체의 독특한 음향 및/또는 음향-EM 기호를 묘사한다.
본 발명은 플라스틱 폭발물 또는 플라스틱 무기류를 공항 터미날과 기내로 운반하는 것에 대한 염려때문에 안전 감시가 증가되고 있는 공항 같은 곳에서의 안전 시스템에 이용될 수도 있다. 금속 탐지기는 대부분의 경우 중합체는 그 장치의 자기장에 반응하지 않기 때문에 중합체를 검출할 수 없다. 유사하게, X-선 장치나 훈련받은 동물 같은 다른 대체 수단도 중합체를 구별할 수 없어 일부 폭발물은 검출하기 어렵다.
특정 플라스틱 폭발물을 규명하는 독특한 음향 기호 및/또는 음향-EM 기호를 인식할 검출 장치를 이용할 수 있다.
플라스틱 폭발물의 음향 공명 주파수를 결정하기 위하여, 그 폭발물을 함유하고 있는 플라스틱의 자연 주파수가 먼저 결정되어야 한다. 음향 공명을 유도하기 위하여 필요한 주파수를 결정하는 공명 주파수를 결정하는 방법은 다음 단계를 포함한다. 공지의 양의 폭발 물질을 갖는 플라스틱 샘플을 Teledyne Electronic Technology에서 시판하는 사파이어 기재상의 얇은 아연 산화물 필름 슬라이스를 포함하는 두 개의 변환기 사이에 위치시킨다. 샘플을, 접착제로 작용하며 에너지 전달을 허용하는 커플링 매질인 페닐 살리실레이트에 의해 변환기에 부착시킨다. 변환기 중 하나는 임피던스 매칭 장치인 Teledyne 마이크로스트립 매칭 네트워크에 연결시킨다. 이 임피던스 매칭 장치를 Hewlett Packard 모델 6286A 전력 원에 연결시킨다. 다른 변환기를 또한 Teledyne 마이크로스트립 매칭 네트워크에 연결시키며 이는 다시 B & K Precision Model 2625 스펙트럼 분석기에 연결시킨다. 변환기로부터 전달되는 플라스틱 테스트 샘플의 음향 시그날이 스펙트럼 분석기의 양도선에 공급된다. 테스트 유체, 홀더, 변환기 물질로부터의 공지의 음향 시그날이 대조군으로 작용하며 스펙트럼 분석기의 부도선으로 공급된다. 이 설비를 이용하여 대조 기호를 제거하고 나타난 나머지 공명 음향 기호가 플라스틱 폭발물로부터 나온 것이며 질적 결과 및 독특한 기호를 생성한다.
전력 원을 활성화시키고 일정 범위의 전압을 변환기로 전달한다. 전기 시그날은 변환기 물질에서 기계적 응력을 유도하여 전력 원에 의해 전달되는 전압에 상응하는 특정 주파수 범위의 음향 에너지 파동을 야기한다. 이 음향 파동은 플라스틱 샘플을 통해 전달되며 두 번째 변환기에 의해 수용된다. 변환기로부터의 전기적 출력은 스펙트럼 분석기에 의해 해독가능한 형태로 전환된다. 공명 주파수와 공명 음향 기호는 이 방법에 의해 결정될 수 있다. 전력 원으로부터의 전압을 변화시킴으로써, 전달된 음향 파동의 진폭은 다른 전압에 반응한다. 시그날의 진폭이 최대에 도달할 때, 플라스틱 샘플은 음향 공명 상태에 있으며 이 상태를 유도하는 주파수는 실질적으로 공명 주파수에 해당한다. 이 때 공명 음향 기호 및/또는 음향-EM기호를 결정할 수 있다.
일단 플라스틱 폭발물의 공명 음향 기호가 결정되면, 폭발물을 함유한 몇몇과 폭발물을 함유하지 않은 몇몇의 몇 가지 다른 유형의 플라스틱으로 테스트를 수행할 수 있다. 다시 각 샘플을 전술한 것과 동일한 설비에 위치시킨다. 폭발물을 함유한 샘플에서 음향 공명을 야기하기 위한 미리 결정된 주파수 범위를 상응하는 전압을 사용하여 전력 원에 의해 투입한다. 샘플을 각각 테스트하며 폭발물을 함유한 샘플만이 미리 결정된 음향 공명 주파수에서 최대 진폭에 도달한다. 이 방법을 사용하여 일정 유형의 폭발물을 함유한 플라스틱의 독특한 기호를 결정할 수 있다.
일단 질적 공명 음향 기호가 결정되면 이것을 마이크로프로세서 또는 다른 메모리 저장 장치에 저장하여 인식 모드로 비교 분석할 때 이용할 수 있다. 또한 일단 질적 공명 음향 및/또는 음향-EM 에너지 기호가 결정되면, 농도를 알고 있는 플라스틱 폭발물의 샘플로부터의 공명 음향 기호를 비교함으로써 양적 결과를 결정할 수도 있다. 더 높은 농도의 플라스틱 폭발물을 갖는 샘플은 더 높은 공명 음향 기호 진폭을 가질 것이다. 다시, 미지의 농도의 샘플의 양을 평가하기 위한 비가 유도될 수 있다.
플라스틱 폭발물이 터미날 또는 기내로 운반되는 지를 결정하기 위해 가방, 꾸러미 및 사람들을 공항 터미날에서 검사할 수 있다. 음향 시그날을 생성하고 넓은 범위의 표적 주파수를 통해 소사(sweep)하는 하나의 변환기와 전달된 음향 시그날을 검출하는 다른 변환기 사이에 가방을 놓을 수 있다. 가방으로부터 전달되는 음향 시그날을 시그날 분석기의 양도선에 공급한다. 가죽, 종이, 섬유, 플라스틱및 일반적으로 승객의 짐 또는 운반용 짐에 포함되는 기타 물질의 공지의 음향 공명 기호를 시그날 분석기의 부도선에 공급한다. 따라서 대조 기호는 양도선 샘플에서 그들의 성분 공명 주파수를 제거한다. 나머지 주파수를 플라스틱 폭발물의 음향 공명 기호에 대하여 분석한다.
다른 구체예에서, 플라스틱 폭발물의 음향-EM 기호의 전자기 에너지 패턴을 가방에 전달한다. 만일 음향 변환기가 가방이 음향 공명 상태로 유도되었음을 나타내는 음향 시그날을 검출하면 검출이 확인된다. 음향 시그날의 진폭은 그 가방내의 폭발물의 상대적인 크기 또는 양에 대한 부가적인 정보를 제공할 수도 있다.
또 다른 구체예에서 플라스틱 폭발물의 음향-EM 기호가 가방으로 전달된다. 가방내의 내용물의 음향 에너지와 음향-EM 특성 둘 다 플라스틱 폭발물을 검출하고 동정하기 위하여 측정된다.

Claims (39)

  1. 생물 구조내에서 음향 공명을 유도하는 그 생물 구조의 공명 주파수 또는 그 근처의 주파수를 갖는 음향 에너지로 생물 구조를 조사하는 것을 포함하는 방법을 특징으로 하는 생물 구조의 기능에 영향을 주기 위해 그 생물 구조를 표적화하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 음향 공명으로 유도된 후 그 생물 구조의 음향 기호를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 그 생물 구조가 음향 공명 상태로 유도된 후 그 생물 구조의 음향 기호와 음향-EM 기호를 결정하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 음향 공명 상태의 그 생물 구조의 선결된 음향-EM 기호에 상응하는 전자기 에너지로 그 생물 구조를 조사하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 음향 에너지가 그 생물 구조의 기능에 영향을 주기에 충분한 전력 강도로 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 그 기능이 파괴와 증대로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. a) 특정 생물 구조의 하나 이상의 공명 음향 주파수를 결정하는 단계, 및
    b) 그 생물 구조내에서 음향 공명을 유도하기 위해 그 생물 구조의 공명 주파수를 포함하는 주파수를 갖는 음향 에너지를, 그 생물 구조의 기능에 영향을 주기에 충분한 전력 출력 수준으로 그 생물 구조에 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 주위 구조에 영향을 미치지 않고 특정 생물 구조의 기능에 영향을 주기 위해 그 생물 구조를 표적화하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 생물 구조의 기능이 증대되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 그 생물 구조의 기능이 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 그 생물 구조가 바이러스, 박테리아, 진균류, 조직 덩어리, 벌레, 절지 동물, 식물, 동물 및 뼈로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. a) 생물 구조의 하나 이상의 공명 음향 주파수를 가하고/거나 그 생물 구조의 선결된 전자기 에너지 패턴에 상응하는 전자기 에너지를 도입하는 단계, 및
    b) (a) 및/또는 (b)를 각각 그 표적 생물 구조내에서 음향 공명을 유도하고 그 기능에 영향을 주는 전력 강도 수준으로 가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 생물 구조내에서 음향 공명을 유도하여 그 생물 구조를 특이적으로 표적화하고 그 기능에 영향을 주는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 그 생물 구조의 기능이 증대되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제11항에 있어서, 그 생물 구조의 기능이 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 전자기 에너지 패턴이 직류, 교류, 전기장, 자기장, 및 전자기 복사로부터 선택된 전자기 특성으로 나타내지는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 교류의 주파수가 그 구조에 가해지는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 생물 구조내에서 음향 공명을 유도하고 그 기능에 영향을 주기 위하여 그 생물 구조에 전자기 에너지를 가하는 것을 포함하는 단계를 특징으로 하는 생물 구조에 영향을 주기 위하여 그 구조를 표적화하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 전자기 에너지가 그 생물 구조의 전자기 에너지 패턴에 상응하고/거나 그 구조의 하나 이상의 공명 음향 주파수에 상응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항에 있어서, 전자기 에너지가 그 생물 구조의 기능에 영향을 주기에 충분한 전력 출력 수준으로 가해지며 이때 기능은 증대 또는 파괴되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 그 생물 구조의 음향-EM 기호를 결정하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 그 생물 구조의 음향-EM 기호를 선결된 기준 음향-EM 기호와 비교하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제16항에 있어서, 그 생물 구조의 음향 기호를 결정하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 16항에 있어서, 그 생물 구조의 음향 기호를 선결된 기준 음향 기호와 비교하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. a) 생물 구조를 자극하기 위해 비공명 주파수를 갖는 음향 에너지를 생물 구조에 가하는 단계,
    b) 음향 에너지가 그 구조와 상호작용한 후 그 구조로부터 전자기 에너지를 받아들이는 단계, 및
    c) 자극된 생물 구조의 비공명 전자기 기호를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생물 구조를 검출 및/또는 동정하기 위해 생물 구조의 음향 자극을 유도하는 방법.
  24. a) 생물 구조를 자극하기 위해 비공명 주파수를 갖는 음향 에너지를 생물 구조에 가하는 수단,
    b) 음향 에너지가 그 구조와 상호작용한 후 그 구조로부터 전자기 에너지를 받아들이는 수단, 및
    c) 자극된 생물 구조의 비공명 전자기 기호를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물 구조를 검출 및/또는 동정하기 위해 생물 구조의 음향 자극을 유도하는 시스템.
  25. a) 무기 구조 또는 생물 구조에서 음향 공명을 유도하는 단계, 및
    b) 그 구조의 음향 기호를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 무기 또는 생물 구조를 검출 및/또는 동정하는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 현재 결정된 음향 기호를 그 구조의 선결된 음향 기호와 비교하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제25항에 있어서, 표적 구조내에 음향 공명을 유도하여 야기된 에너지의 하나 이상의 전자기 특성을 검출하여 그 구조의 공명 음향-EM 기호를 검출하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제25항에 있어서, 그 구조의 하나 이상의 공명 음향 주파수를 포함하는 음향 에너지, 그 구조의 하나 이상의 공명 음향 주파수에 상응하는 전자기 에너지 및 그 구조의 하나 이상의 음향-EM 기호에 상응하는 전자기 에너지로 구성된 군으로부터 선택된 에너지의 도입으로 음향 공명이 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. a) 구조내에서 음향 공명을 유도하는 수단,
    b) 그 구조의 음향 기호를 검출하는 수단,
    c) 그 구조의 음향 기호를 그 구조의 기준 음향 기호와 비교하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 그 구조의 공명 음향 기호를 결정함에 의해 구조를 동정하는 시스템.
  30. 제29항에 있어서, 표적 구조의 하나 이상의 표현된 전자기 특성을 검출하는 수단을 포함하여 음향 공명 상태의 구조의 음향-EM 에너지 기호를 검출하는 것을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제30항에 있어서, 그 구조가 무기 및 생물 로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 제29항에 있어서, 그 구조에서 음향 공명을 유도하는 수단이 시그날 발생 장치와 하나 이상의 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 제32항에 있어서, 변환기의 위치가 용기 바닥, 용기 벽, 용기내, 생물 구조의 혈관내, 생물 구조의 체외, 핸드 헬드 프로브내, 압전기 시트, 원격 조절 단위 및 메스 팁내로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. a) 구조내에 음향 공명을 유도하는 수단,
    b) 음향 공명 상태의 구조의 음향 및/또는 음향-EM 에너지 기호를 검출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조의 음향 기호 및/또는 음향-EM 기호를 결정하여 구조를 동정하는 시스템.
  35. a) 음향 시그날을 생성하는 수단,
    b) 음향 시그날을 생물 구조에 전달하는 수단, 및
    c) 생물 구조의 기능에 영향을 주기 위해 음향 시그날의 전력 수준을 조절하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 생물 구조의 기능에 영향을 주기 위해 생물 구조에서 음향 공명을 유도하는 시스템.
  36. 제35항에 있어서, a) 전자기 시그날을 생성하는 수단, 및
    b) 전자기 시그날을 생물 구조에 전달하는 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. a) 음향-EM 기호에 상응하는 전자기 에너지를 발생시키는 수단,
    b) 전자기 에너지를 구조에 전달하는 수단,
    c) 전자기 에너지가 그 구조와 상호작용한 그 구조로부터 시그날을 받아들이는 수단, 및
    d) 그 구조에서의 음향 공명의 유도를 결정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조내의 음향 공명의 유도를 결정하는 시스템.
  38. a) 음향-EM 기호에 상응하는 전자기 에너지로 구조를 조사하는 단계,
    b) 전자기 에너지가 그 구조와 상호작용한 후 그 구조로부터 시그날을 받아들이는 단계, 및
    c) 그 구조내의 음향 공명 유도를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 구조내의 음향 공명 유도를 결정하는 방법.
  39. 살아있는 변환기로 작용하는 압전기 특성을 갖는 생물 구조의 기능에 영향을 주는 방법으로서, 그 살아있는 변환기내에서 음향 공명을 유도하기 위해 그 생물 구조의 공명 주파수를 포함하는 하나 이상의 주파수를 갖는 전자기 에너지를 그 생물 구조의 기능에 영향을 미치기에 충분한 전력 출력 수준에서 압전기 특성을 갖는 그 생물 구조에 가하는 것을 특징으로 하는 방법.
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