RU2743807C1 - Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы - Google Patents
Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы Download PDFInfo
- Publication number
- RU2743807C1 RU2743807C1 RU2020122650A RU2020122650A RU2743807C1 RU 2743807 C1 RU2743807 C1 RU 2743807C1 RU 2020122650 A RU2020122650 A RU 2020122650A RU 2020122650 A RU2020122650 A RU 2020122650A RU 2743807 C1 RU2743807 C1 RU 2743807C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnetic
- magnetic field
- effect
- magnets
- alternating
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61N—ELECTROTHERAPY; MAGNETOTHERAPY; RADIATION THERAPY; ULTRASOUND THERAPY
- A61N2/00—Magnetotherapy
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Magnetic Treatment Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы, включает источник силового магнитного поля, взаимодействующего с лабораторным биологическим объектом. Источник силового магнитного поля выполнен из пар постоянных магнитов, оппозиционно установленных на коаксиально расположенных магнитопроводах в виде обечаек из магнитного материала, и магниты обращены противоположными полюсами друг к другу, на каждом магнитопроводе магниты установлены с чередующими полюсами, оба магнитопровода соединены с приводом вращения в виде шагового электродвигателя, контроллер которого подключен через USB-интерфейс к PC и соединен с блоком питания, шаговый электродвигатель закреплен на неподвижной плите, заключенной в корпус устройства, верхняя крышка которого снабжена окнами для помещения биологических объектов на лотке, неподвижно установленном в зазоре между обечайками. Устройство позволяет более качественно проводить исследования по воздействию магнитного поля в непрерывно контролируемых условиях в заданном объеме на биологические системы, содержащие заранее введенные однодоменные магнитные наночастицы. 4 з.п. ф-лы, 18 ил.
Description
Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования или анализа материалов особыми способами. Устройство предназначено для воздействия переменным магнитным полем (МП) и проведения экспериментов по исследованию его влияния на лабораторные биологические объекты (мыши, кюветы и плашки с растворами), в том числе содержащие заранее включенные в состав магнитные наночастицы (МНЧ).
Устройство позволяет проводить исследования в области биомедицинских приложений магнитных наночастиц, в частности:
1. Исследование возможности дистанционного регулирования активности лекарственных препаратов. Механическая деформация макромолекул может вызвать существенное изменение их биохимической активности. Контролируемым воздействием внешнего магнитного поля на магнитные наночастицы можно вызвать изменение активности молекул лекарств, ферментов, ингибиторов, химически к ним прикрепленных, в процессе доставки к пораженным органам, снизив тем самым дозы и общее токсическое действие на организм и увеличив на пораженные ткани.
2. Исследование возможности контролируемого выпуска лекарств из наноконтейнеров - липосом, везикул и т.п. Магнитные наночастицы, прикрепленные на поверхность таких «контейнеров», при вращательно колебательном движении во внешнем переменном магнитном поле могут увеличить проницаемость их мембран после доставки к больным органам и тканям. В результате произойдет дистанционно контролируемый выпуск лекарства в заданном месте организма. Возможен также контролируемый выпуск лекарств из полимерных оболочек, сформированных вокруг магнитных наночастиц.
3. Исследование возможности селективного безоперационного прямого уничтожения больных клеток. Магнитные наночастицы, закрепленные на пораженных клетках, осциллируя во внешнем магнитном поле, способны нарушить биохимические функции клеточных мембран и селективно воздействовать на ионные каналы, трансмембранные белки, рецепторы, запустив апоптоз - естественный механизм самоуничтожения раковой клетки.
Исследования, проводимые с помощью предлагаемого устройства, заключаются в выявлении закономерностей воздействия переменного низкочастотного (до 50 Гц) магнитного поля, оказываемого на биохимические системы, содержащие МНЧ. Это не приводит к разогреву тканей, поэтому такое поле называют негреющим. При этом исследования проводят по следующей схеме. Биохимическую систему, содержащую заранее включенные в ее состав магнитные наночастицы, помещают в рабочую область предлагаемого устройства и воздействуют на нее магнитным полем.
Экспозиция в магнитном поле может осуществляться как непрерывно, так и в течение заданных отрезков времени с регулируемыми паузами между ними. Объекты исследования помещаются в термостатируемый лоток, температура в котором поддерживается неизменной с помощью подключенного к нему термостата и может устанавливаться в диапазоне от 20 до 60°С. Наблюдение за кинетикой реакции в биохимической системе осуществляют с помощью спектрофотометра. Спектрофотометр регистрирует скорость наработки продукта реакции по флуоресценции или абсорбции света на определенной длине волны. При не слишком высокой концентрации исходных реагентов и нарабатываемого продукта концентрация последнего растет линейно во времени в течение десятков минут, т.е. скорость реакции остается неизменной. В образцах, подвергающихся действию переменного магнитного поля, наблюдается изменение скорости реакции в процессе и некоторое время после экспозиции. Результат действия магнитного поля на животных выявляется post factum стандартными биохимическими, биофизическими, гистологическими исследованиями.
Из уровня техники известно устройство для воздействия магнитным полем на биообъекты с предварительно внедренными магнитными наночастицами, включающее генератор и электромагнит, состоящий из магнитопровода рамочного типа с двумя полюсами и пары подключенных к генератору электромагнитных катушек, размещенных каждая на своем полюсе магнитопровода [A. Jordan, R. Scholz, K. Maier-Hau, М. Johannsen, P. Wust, J. Nadobny, H. Schirra, H. Schmidt, S. Deger, S. Loening, W. Lanksch, R. Felix. Presentation of a new magnetic field therapy system for the treatment of human solid tumors with magnetic fluid hyperthermia // Journal of Magnetism and Magnetic Materials 225 (2001), 121].
Такое устройство, благодаря наличию замкнутого по наружной стороне магнитопровода и двух полюсов, характеризуется умеренным затуханием поля по мере удаления от полюсов, что позволяет обрабатывать большие биообъекты, размещаемые между полюсами, включая, при соответствующем размере магнитопровода, определенные части человеческого тела, где находятся патологические очаги и куда предварительно были доставлены магнитные наночастицы.
В отличие от предлагаемого устройства, данное устройство создает переменное МП частотой от 100 кГц и выше. Эффект заключается в разогреве магнитной жидкости и, соответственно, биологической ткани. Такой способ называется гипертермией или термотерапией.
Данное устройство создает аксиальные поля, что является его недостатком, т.к. слабо взаимодействует с частью наночастиц, внедренных в биообъект, что приводит к недостаточному тепловыделению. Это обусловлено тем, что при произвольной ориентации магнитных моментов частиц относительно поля, как это имеет место в исходном состоянии, часть из этих моментов будет сориентирована вдоль поля, в результате чего вращательный момент, наводимый полем, будет близок к нулю, т.е. эти частицы не будут откликаться на действие поля, а, значит, и не будут создавать терапевтический эффект.
Этот недостаток частично устранен в устройстве для воздействия магнитным полем на биообъекты с внедренными магнитными наночастицами (патент РФ на полезную модель №114863, МПК A61N 2/02, В82В 3/00, 2012). Устройство включает генератор, электромагнит, состоящий из пары электромагнитных катушек, размещенных соответственно на двух полюсах магнитопровода. Устройство также снабжено трансформатором, конденсатором и дополнительной парой электромагнитных катушек, генератор подключен к первичной обмотке трансформатора, содержащего две вторичных обмотки, первая из которых подключена к первой паре электромагнитных катушек, а вторая через конденсатор последовательно подключена к дополнительной паре электромагнитных катушек. На магнитопроводе ортогонально первой паре полюсов установлена дополнительная пара полюсов, на каждом из которых размещена соответствующая дополнительная электромагнитная катушка.
При этом емкость конденсатора выбрана из условия электрического резонанса в цепи, содержащей дополнительную пару электромагнитных катушек по формуле:
С=L-1(2π⋅1)-2, где
С - емкость конденсатора,
L - суммарная индуктивность дополнительной пары катушек и второй вторичной обмотки трансформатора,
f - частота, на которую настроен генератор.
В устройстве используют конденсатор с емкостью, обеспечивающей в цепи, содержащей дополнительную пару катушек, электрический резонанс. Подключение дополнительной пары катушек через конденсатор при условии резонанса обеспечивает сдвиг фазы тока в ней на 90 градусов по отношению к первой паре катушек. Этот ток создает дополнительное магнитное поле в зазоре между дополнительными полюсами, которое также сдвинуто по фазе на 90 градусов по отношению к полю, создаваемому первой парой катушек. Суперпозиция двух сдвинутых по фазе магнитных полей в зазоре между полюсами описывается как вращающееся поле.
В сравнении с предлагаемым устройством недостатком известного устройства является то, что вращающееся магнитное поле, в отличие от осциллирующего, не создает динамических (знакопеременных) сил, действующих на наночастицы, поскольку закручивает их в одну сторону в течение всего времени экспозиции. Поскольку возникающие силы обусловлены гидродинамическим сопротивлением вязкой среды, их величина существенно меньше, чем в осциллирующем поле, и недостаточна для преодоления активационных барьеров большинства биохимических процессов. В результате наномеханическое воздействие магнитных наночастиц на окружающие их биомолекулы ослабляется и эффект действия магнитного поля уменьшается.
Известно устройство (Silvia Nappini, Francesca Baldelli Bombelli, Massimo Bonini, Bengt Norden and Piero Baglioni. Magnetoliposomes for controlled drug release in the presence of lowfrequency magnetic field // Soft Matter, 2010, 6, 154-162), создающее переменное магнитное поле в зазоре тороидального электромагнита с ферритовым сердечником, подключенного к источнику переменного тока регулируемой частоты.
В сравнении с предлагаемым устройством недостатком известного устройства является то, что в рабочем зазоре шириной порядка 1 см создается сильно неоднородное магнитное поле из-за малых габаритов магнитопровода по сравнению с помещаемой в него кюветой с исследуемым раствором. Кроме того, в этом устройстве не предусмотрена термостабилизация образца. Это не позволяет предохранить его от нагрева со стороны нагревающегося в процессе работы электромагнита и проводить эксперименты при заданной фиксированной температуре. Учитывая большую чувствительность скорости любых биохимических реакций к температуре, это приводит к большим ошибкам в результатах. Еще одним недостатком рассматриваемого устройства по сравнению с предлагаемым является слишком малый рабочий зазор для помещения в нем даже мелких животных (например, лабораторных мышей), что уменьшает круг объектов исследования.
Общим недостатком всех описанных выше устройств в сравнении с предлагаемым является невозможность модулировать магнитное поле, формируя из него временные пакеты, разделенные паузами. Предварительные эксперименты показали, что релаксация системы в паузах повышает эффективность магнитной обработки. Для более глубокого изучения этого эффекта необходимо устройство, позволяющее варьировать длительность временных пакетов и пауз между ними, а также осуществлять непрерывный контроль за кинетикой биохимических реакций как непосредственно во время действия поля, так и после действие поля после его отключения в условиях неизменной температуры образца.
Известно наиболее близкое к предлагаемому устройство по патенту РФ №2 593 238, МПК A61N 2/04, A61N 2/04, 2014. Устройство для исследования биохимических систем, содержащих магнитные наночастицы, при воздействии низкочастотного негреющего магнитного поля, включающее источник питания, соединенный с генератором, питающим обмотки электромагнита. Согласно изобретению, оно содержит модулятор, подключенный между генератором и электромагнитом, датчик поля, выполненный с возможностью измерения величины магнитного поля в зазоре между полюсами электромагнита, сенсорный дисплей, микроконтроллер, соединенный с перечисленными конструктивными элементами устройства, и два световода, расположенные на одной оптической оси, один из которых предназначен для облучения исследуемой биохимической системы, а второй для приема излучения, и выполненные с возможностью подключения к спектрофотометру, при этом электромагнит выполнен с возможностью создания в зазоре между его полюсами равномерно распределенного магнитного поля и размещения в упомянутом зазоре держателя, выполненного с термостатируемой полостью для размещения биохимических систем. В сердечнике со стороны его полюсов выполнены выемки с увеличивающейся глубиной от периферии к центру полюса, при этом максимальное значение глубины составляет от 10 до 20% от величины зазора между полюсами. Выемки в сердечнике со стороны его полюсов имеют сферическую форму. Устройство снабжено датчиками температуры электромагнита, подключенными к микроконтроллеру. Датчик поля размещен на одном из полюсов электромагнита через изолирующую прокладку. Конструктивные элементы устройства размещены в едином корпусе, в стенке которого выполнено окно для введения держателя с исследуемым образцом или животным.
Недостатком такого устройства является использование электромагнитного поля вместо магнитного поля, что оказывает влияние на достоверность экспериментов. Еще одним недостатком рассматриваемого устройства по сравнению с предлагаемым является слишком малый рабочий зазор для помещения в нем даже мелких животных (например, лабораторных мышей), что уменьшает круг объектов исследования, а также невозможность проведения широкомасштабных экспериментов с использованием подопытных животных и одновременно различных субстратов. Также устройство создает аксиальное поле, а не вращающееся, что тоже является недостатком, который описан раньше.
Задачей изобретения является разработка нового устройства, обеспечивающего более эффективное воздействие на биологические системы магнитным полем при исследовании кинетики биохимических реакций, физиологических и соматических откликов живых организмов в них, включая исследование действия и последействия переменного магнитного поля на биологические системы, содержащие магнитные наночастицы.
Данные исследования являются основой для разработки принципиально нового способа адресной доставки лекарств и дистанционного контроля их активности, селективного воздействия на пораженные клетки в низкочастотном негреющем переменном магнитном поле. Такое поле безопаснее для любых организмов и требует меньших затрат энергии для его генерации.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение проведения исследований in vitro или in vivo, т.е. обеспечение технологии выполнения экспериментов, когда опыты проводятся «в пробирке» или «внутри живого организма» с целью разработки принципиально новых принципов и методов адресной доставки лекарственных препаратов, их контролируемом высвобождения из транспортных наночастиц, а также регулирования их активности воздействием низкочастотного негреющего магнитного поля с регулируемой частотой, длительностью и паузами.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащем магнитные наночастицы, включающее источник силового магнитного поля, взаимодействующего с лабораторным биологическим объектом,
- источник силового магнитного поля выполнен из пар постоянных магнитов, оппозиционно установленных на двух коаксиально расположенных магнитопроводах в виде колец из магнитного материала,
- на каждом магнитопроводе магниты установлены с чередующими полюсами,
- оба магнитопровода соединены с приводом вращения в виде шагового электродвигателя, контроллер которого подключен через USB-интерфейс к PC и соединен с блоком питания;
- шаговый электродвигатель закреплен на неподвижной плите, заключенной в корпус устройства, верхняя крышка которого снабжена окнами для помещения биологических объектов на лотке, неподвижно установленного в зазоре между обечайками.
Лоток снабжен системой термостабилизации, соединенной с внешним термостатом, обеспечивающим проведение экспериментов в диапазоне температур от 20 до 60°С
В рабочей области генерируется периодическое негармоническое МП с амплитудой, описываемой функцией в общем виде
В=f(ω,Θ,t), где
ω - частота вращения ротора электромотора,
Θ - угол между радиальной Br составляющей МП и вектором В,
t - время.
Лоток снабжен устройствами для установления для каждого эксперимента максимальной амплитуды индукции МП путем изменения положения объекта по высоте в виде регулировочных пластин.
Боксы с исследуемыми живыми объектами соединены с устройствами подачи и отбора газовой дыхательной смеси, соединенными с газоанализатором.
Уровень техники
Воздействие переменного магнитного поля на исследуемый объект вызывает вращательно-колебательное движение функционализованных полимерными лигандами магнитных наночастиц, которые обеспечивают деформацию прикрепленных к ним клеточных мембран, терапевтических агентов и других объектов (например, антигенов, фрагментов ДНК и др.) и, как следствие, изменение их свойств и функций. Поэтому основная сфера применения данного устройства - исследования в области адресной доставки лекарств и контролируемого выпуска их из транспортных наночастиц, дистанционного контроля их активности, селективного воздействия на пораженные клетки. Особую актуальность данные исследования приобретают в терапии онкологических заболеваний, где от адресности и дозирования воздействия лекарства напрямую зависит общее токсическое действие на организм пациента и, в конечном счете, вероятность успешного исхода лечения.
Принцип работы устройства основан на создании магнитного поля, в котором помещена кювета с исследуемым материалом либо лабораторное животное (например, мышь). Кюветы устанавливаются на лотке, животное сначала помещается в выдвижной бокс, при этом с помощью прокладок устанавливается требуемое положение исследуемого объекта относительно магнитного поля.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими материалами, где:
- на фиг. 1 показано устройство в разрезе с поднятой крышкой и лотком;
- на фиг. 2 то же, что на фиг. 1 со снятой крышкой, вид сверху;
- на фиг. 3 то же, что на фиг. 1 с внешней обвязкой;
- на фиг. 4 показана общая блок-схема устройства, общий случай действия МП на объект; Br - радиальная, Bt - тангенциальная составляющие МП, Θ - угол между радиальной Br составляющей МП и вектором В, ϕ - угол поворота магнитов относительно объекта. О, М и I - линии калибровки. Линия М - точки на среднем радиусе; линия I - точки на радиусе, отстоящем от среднего на 15 мм внутрь; линия О - точки на радиусе, отстоящем от среднего на 15 мм наружу;
- на фиг. 5 показан пример годографа МП, генерируемого устройством;
- на фиг. 6 показан интерфейс ПО с заданием условий эксперимента;
- на фиг. 7 показана схема ориентации вектора В при генерации МП с помощью катушек и электронного генератора, Т - период колебаний МП;
- на фиг. 8 показан лоток для помещения исследуемых материалов (рабочая область и линии калибровки МП);
- на фиг. 9 показано распределение максимальной величины Br в зазоре между магнитами по высоте h, отмеряемой от дна рабочей области;
- на фиг. 10 показано распределение максимальной величины Bt в рабочей зоне по высоте А, отмеряемой от дна рабочей области;
- на фиг. 11 показаны радиальная Br и тангенциальная Bt составляющие МП, генерируемого устройством по линии М на высоте h=5 mm, Т - период колебаний МП;
- на фиг. 12 показан Годограф МП, генерируемого устройством по линии М на высоте h=5 mm;
на фиг. 13 показаны Радиальная Br и тангенциальная Bt составляющие МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm, Т - период колебаний МП;
- на фиг. 14 показана амплитуда МП, рассчитанная как корень квадратный от суммы квадратов радиальной Br и тангенциальной Bt составляющих МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm, Т - период колебаний МП;
- на фиг. 15 показан годограф МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm;
- на фиг. 16 показаны амплитуда МП, рассчитанная как корень квадратный от суммы квадратов радиальной Вт и тангенциальной Bt составляющих МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm, Т - период колебания;
- на фиг. 17 показана амплитуда МП, рассчитанная как корень квадратный от суммы квадратов радиальной Вт и тангенциальной Bt составляющих МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm. Т - период колебания;
- на фиг. 18 показан годограф МП, генерируемого устройством по линии О на высоте h=5 mm.
Перечень позиций, указанных на чертежах:
1. постоянный магнит;
2. магнитопровод;
3. диск;
4. шаговый электродвигатель;
5. контроллер;
6. компьютер;
7. блок питания;
8. плита неподвижная;
9. корпус;
10. крышка верхняя;
11. окно;
12. лоток;
13. система термостабилизации;
14. регулировочная пластина;
15. холдер;
16. трубки подачи и отбора газа с побудителем расхода;
17. газоанализатор;
18. термостат.
Подготовка к работе и проведение эксперимента
Подготовка изделия заключается в закреплении устройства на рабочем месте, обеспечив горизонтальное положение лотка.
Для проведения эксперимента устройство подключается к сети переменного тока 110V/60Hz или 220V/50Hz с помощью кабеля питания и к персональному компьютеру через USB интерфейс.
Управление устройством и задание условий эксперимента осуществляется с помощью программного обеспечения (ПО). Запускается ПО и устанавливаются параметры эксперимента (частота, длительность и количество циклов экспозиции), выбирая их из предыдущего эксперимента или сконфигурировав заново. При этом полный рабочий цикл будет отображен в ПО на экране монитора.
С помощью регулировочных пластин устанавливается магнитное поле, необходимое в эксперименте и максимальная амплитуда индукции МП.
На лоток через окна в крышке устанавливаются исследуемые объекты, например, бокс с мышами, в рабочую область изделия. После чего запускается эксперимент (нажатием кнопки «Старт»).
После окончания эксперимента исследуемые объекты извлекаются из рабочей области, чтобы исключить неконтролируемое воздействие магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами.
Описание рабочей области ПО
Для перехода к рабочей области требуется выбрать в левой панели пункт "Experiment".
Рабочая область содержит:
• Поле для ввода общей информации об эксперименте.
• Конструктор последовательности операций.
• График зависимости частоты МП от времени. Он отображает заданные условия эксперимента (частоту МП и длительность экспозиции), а также времена разгона и торможения магнитопроводов, являющиеся характеристиками устройства.
• Кнопки управления графиком позволяют детально просмотреть график.
Кнопка "Start".
• Журнал проведенных ранее экспериментов. Имеется возможность сортировки по выбранному полю.
Распределение магнитного поля
Генерирование переменного МП в устройстве происходит за счет управляемого вращения ротора электромотора с установленными на нем кольцевым магнитопроводом и 8 или 12 парами постоянных магнитов. Соседние пары магнитов создают МП противоположного направления (в радиальном направлении).
В отличие от установок с электромагнитным способом генерации МП (с помощью катушек и электронного генератора), в котором колебания вектора индукции МП происходят по закону синуса и только вдоль одного направления (фиг. 7), устройство генерирует переменное МП, в котором имеется сложная зависимость амплитуды и направления вектора В от времени. Вследствие этого целесообразно кроме полного вектора В анализировать и его проекции на радиальное и тангенциальное направление (Br и Bt соответственно). На фиг. 7 приведена схема ориентации вектора B при генерации МП с помощью катушек и электронного генератора. Т- период колебаний МП.
В зависимости от места расположения объекта исследования в рабочей области воздействие переменного МП на него несколько различается, как по максимальной величине, так и по конфигурации самого МП.
На фиг. 8 показан узел установки лотка и крепления холдера с отметкой границ и пространственно-временные характеристики переменных МП, генерируемых устройством. Для калибровки МП в рабочей области выбраны точки, расположенные на расстоянии ±15 мм от оси лотка с радиусом 189 мм.
Распределение МП в рабочей области по высоте. На фиг. 9 показано распределение максимальной величины Br в зазоре между магнитами по высоте h, отмеряемой от дна рабочей области. Соответствует табл. 2. На фиг. 10 показано распределение максимальной величины Bt в рабочей зоне по высоте h, отмеряемой от дна рабочей области. Соответствует табл. 2.
Конфигурация переменного МП. Калибровка выполнена по линиям I, М и О на высоте h=5 mm от дна рабочей зоны. В зависимости от высоты h изменяется только максимальная амплитуда переменного МП (см. калибровку по высоте и радиусу). На фиг. 11 показана радиальная Bt и тангенциальная Bt составляющие МП, генерируемого устройством по линии М на высоте h=5 mm. Т - период колебаний МП.
Переменное МП по средней линии М. На фиг. 12 показан Годограф МП, генерируемого устройством по линии М на высоте h=5 mm. Из фиг. 11 и 12 следует, что при существующем соотношении максимальных значений Br и Bt как 10:1, конфигурация МП в первом приближении близка к случаю генерации МП катушками, питающимися от электромагнитного генератора. При этом мгновенное значение поля меняется по закону, близкому к синусоидальному с небольшим отклонением вектора В от радиального направления.
Переменное МП по внутренней линии I. На фиг. 13 показана радиальная Br и тангенциальная Bt составляющие МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm. Т - период колебаний МП. На фиг. 14 показано, что.амплитуда МП, рассчитанная как корень квадратный от суммы квадратов радиальной Br и тангенциальной Bt составляющих МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm. T - период колебаний МП.
На фиг. 15 показан годограф МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm. Из фиг. 13-15. видно, что амплитуда МП описывается фигурой, близкой к эллипсу. При изменении положения объекта исследования амплитуда полуосей эллипса будет меняться в соответствии с фиг. 12 и 13.
Переменное МП по внешней линии О. На фиг. 16 показаны радиальная Br и тангенциальная Bt составляющие МП, генерируемого устройством по линии О на высоте h=5 mm. Т - период колебания. На фиг. 17 - амплитуда МП, рассчитанная как корень квадратный от суммы квадратов радиальной Br и тангенциальной Bt составляющих МП, генерируемого устройством по линии I на высоте h=5 mm. Т - период колебания. И на фиг. 18 годограф МП, генерируемого устройством по линии О на высоте h=5 mm. Из фиг. 16-18 видно, что амплитуда МП описывается фигурой, близкой к цифре восемь (сжатый по центру эллипс). При изменении положения объекта исследования амплитуда будет меняться в соответствии с фиг 16 и 17.
Таким образом, устройство позволяет более качественно проводить исследования по воздействию магнитного поля в непрерывно контролируемых условиях (по температуре, частоте, амплитуде магнитного поля и длительности экспозиции), в заданном объеме на биологические системы, содержащие заранее введенные однодоменные магнитные наночастицы.
Claims (13)
1. Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы, включающее источник силового магнитного поля (МП), взаимодействующего с лабораторным биологическим объектом, отличающееся тем, что
- источник силового магнитного поля выполнен из пар постоянных магнитов, оппозиционно установленных на двух коаксиально расположенных магнитопроводах в виде колец из магнитного материала, и магниты обращены противоположными полюсами друг к другу,
- на каждом магнитопроводе магниты установлены с чередующими полюсами,
- оба магнитопровода соединены с приводом вращения в виде шагового электродвигателя, контроллер которого подключен через USB-интерфейс к PC и соединен с блоком питания,
- шаговый электродвигатель закреплен на неподвижной плите, заключенной в корпус устройства, верхняя крышка которого снабжена окнами для помещения биологических объектов в лотке, неподвижно установленном в зазоре между полюсами магнита.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лоток снабжен системой термостабилизации, соединенной с внешним термостатом, обеспечивающим проведение экспериментов в диапазоне температур от 20 до 60°С.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в рабочей области генерируется периодическое негармоническое МП с амплитудой, описываемой функцией в общем виде
В=f(ω,Θ,t),
где ω - частота вращения ротора электромотора,
Θ - угол между радиальной Br составляющей МП и вектором В,
t - время.
4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лоток снабжен устройствами для установления для каждого эксперимента максимальной амплитуды индукции МП путем изменения положения объекта по высоте в виде регулировочных пластин.
5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что боксы (холдеры) с исследуемыми живыми объектами соединены с устройствами подачи и отбора газовой дыхательной смеси, соединенными с газоанализатором.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122650A RU2743807C1 (ru) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020122650A RU2743807C1 (ru) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2743807C1 true RU2743807C1 (ru) | 2021-02-26 |
Family
ID=74672738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020122650A RU2743807C1 (ru) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2743807C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776728C1 (ru) * | 2021-12-09 | 2022-07-26 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство для исследования высшей нервной деятельности мелких лабораторных животных |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU114863U1 (ru) * | 2011-11-22 | 2012-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Завод Медсинтез" (ООО "Завод Медсинтез") | Устройство для воздействия магнитным полем на биообъекты, содержащие магнитные наночастицы |
| RU2593238C2 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для исследования воздействия низкочастотного магнитного поля на кинетику биохимических процессов в биологических системах, содержащих магнитные наночастицы |
| RU2673337C2 (ru) * | 2016-09-22 | 2018-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для исследования воздействия комбинированного магнитного поля на кинетику биохимических процессов в биологических системах, содержащих магнитные наночастицы |
-
2020
- 2020-07-03 RU RU2020122650A patent/RU2743807C1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU114863U1 (ru) * | 2011-11-22 | 2012-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Завод Медсинтез" (ООО "Завод Медсинтез") | Устройство для воздействия магнитным полем на биообъекты, содержащие магнитные наночастицы |
| RU2593238C2 (ru) * | 2014-12-30 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для исследования воздействия низкочастотного магнитного поля на кинетику биохимических процессов в биологических системах, содержащих магнитные наночастицы |
| RU2673337C2 (ru) * | 2016-09-22 | 2018-11-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) | Устройство для исследования воздействия комбинированного магнитного поля на кинетику биохимических процессов в биологических системах, содержащих магнитные наночастицы |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2776728C1 (ru) * | 2021-12-09 | 2022-07-26 | Федеральное государственное казенное учреждение "12 Центральный научно-исследовательский институт" Министерства обороны Российской Федерации | Устройство для исследования высшей нервной деятельности мелких лабораторных животных |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2141853C1 (ru) | Система для клинического применения электропорации с обратной связью, управляющей напряжением | |
| Lin | Electromagnetic fields in biological systems | |
| JP4386644B2 (ja) | 磁場による処置装置および方法 | |
| Schoenbach et al. | Bioelectric effects of intense nanosecond pulses | |
| Kirson et al. | Disruption of cancer cell replication by alternating electric fields | |
| DE69502733D1 (de) | Elektrophoretische gen- und medikamenttherapie mittels eines induzierten elektrischen feldes | |
| US5156587A (en) | Method for treating malignant cells | |
| SR et al. | Effect of light on calcium uptake by macrophages | |
| WO2007044386A2 (en) | Electromagnetic fields for systemic effect in therapy | |
| JP2022510510A (ja) | 変調マルチスペクトル磁気刺激のためのシステム及び方法 | |
| Shankayi et al. | The effect of pulsed magnetic field on the molecular uptake and medium conductivity of leukemia cell | |
| Cvetkoska et al. | Towards standardization of electroporation devices and protocols | |
| AU6246999A (en) | Method and apparatus for treatment with resonant signals | |
| Zhou et al. | Bioelectrodynamics in living organisms | |
| RU2743807C1 (ru) | Устройство для исследования воздействия переменного магнитного поля на лабораторные биологические объекты, содержащие магнитные наночастицы | |
| Schwan | Biological effects of non-ionizing radiations: cellular properties and interactions | |
| RU2673337C2 (ru) | Устройство для исследования воздействия комбинированного магнитного поля на кинетику биохимических процессов в биологических системах, содержащих магнитные наночастицы | |
| RU2593238C2 (ru) | Устройство для исследования воздействия низкочастотного магнитного поля на кинетику биохимических процессов в биологических системах, содержащих магнитные наночастицы | |
| Xu et al. | Effect of pulsed millisecond current magnetic field on the proliferation of C6 rat glioma cells | |
| Li et al. | 980-nm infrared laser modulation of sodium channel kinetics in a neuron cell linearly mediated by photothermal effect | |
| Alghalayini et al. | Real-time monitoring of heat transfer between gold nanoparticles and tethered bilayer lipid membranes | |
| EP1979479B1 (en) | Method for making endogenous ions available and apparatus able to implement this method | |
| Zolotukhin et al. | Electromagnetic Nature of Distant Interaction of the Atmospheric Pressure Helium Plasma Discharge Tube with Glioblastoma Cancer Cells | |
| Ghannam et al. | Inhibition of Ehrlich tumor growth in mice by electric interference therapy (in vivo studies) | |
| Hambarde et al. | Spinning magnetic field patterns that cause oncolysis by oxidative stress in glioma cells |