一种实验用频率可调节磁力旋转仪及其控制方法与流程

1.本发明属于磁力旋转设备技术领域，尤其涉及一种实验用频率可调节磁力旋转仪及其控制方法。


背景技术：

2.目前，铁基的磁性纳米材料在肿瘤治疗中有广泛应用，其中主要的应用方法是磁热疗法和机械破坏疗法两种。
3.磁热法治疗肿瘤是将磁性粒子注入或植入肿瘤病灶区，外加交变磁场，由于磁热效应使病灶区吸热升温至43～47℃，从而杀死肿瘤细胞。目前德国、美国、日本和我国对磁热法治疗肿瘤都进行了比较系统全面的研究，特别是德国和美国的研究都已进入i临床研究阶段，并已治愈了一部分乳腺癌、前列腺癌、脑瘤等肿瘤病人，显示出良好的发展前景。但磁热疗法存在热范围不可控，易损伤肿瘤周围正常组织等缺点，使用范围受到一定限制。
4.基于低频旋转磁场的磁机械力治疗是国际上新兴的肿瘤治疗方法，依赖于磁性纳米粒子在低频旋转磁场下自组装形成“磁力刀”后旋转对肿瘤细胞亚结构及细胞结构造成破坏。这种远程磁-机械驱动方法具有独特的优点，无需加热邻近组织。此外，旋转磁场可穿透人体而无副作用，可大大降低仪器成本。为了研究磁性纳米材料的机械作用，开发可以产生旋转磁场的装置尤为重要。
5.现有的申请公布号为cn 111773545 a的专利文献中公开了一种磁力热一体化装置，将高频交变磁场和低频旋转力磁场发生单元合二为一，用于磁性纳米材料的磁热疗法和机械疗法研究。该发明设备的旋转磁场频率范围为0-40hz，目前有研究表明过高的磁场频率(》20hz)不利于体内其他正常细胞及组织的生存，在该发明中磁场频率范围过大，不利于针对不同的肿瘤组织/细胞进行精细调节。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的磁力热一体化装置调节范围过于广泛，不能实现不同磁性纳米材料在旋转磁场作用下精细调节，无法针对不同肿瘤特征进行有针对性的作用研究。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种实验用频率可调节磁力旋转仪及其控制方法。
7.本发明是这样实现的，一种实验用频率可调节磁力旋转仪包括：
8.磁场产生模块，用于利用两个对称设置的钕铁硼磁铁产生磁场；
9.驱动模块，通过旋转轴与钕铁硼磁铁下端连接，用于利用电机驱动钕铁硼磁铁的转动；
10.频率调节模块，通过连接线路与电机连接，用于利用频率调节器对电机的转动频率进行调节；
11.显示模块，与频率调节器连接，用于利用频率显示器对频率进行实时显示。
12.进一步，所述电机和频率调节器均安装在铁盒里侧，所述频率显示器嵌装在铁盒
正面外侧。
13.进一步，所述铁盒正面嵌装有用于对电机方向进行调节的电机方向按钮，所述电机方向按钮通过连接线路与铁盒内的电机连接。
14.进一步，所述旋转轴上端固定有支撑板，两个钕铁硼磁铁对称设置在支撑板上侧。
15.本发明的另一目的在于提供一种实验用频率可调节磁力旋转仪的控制方法，所述实验用频率可调节磁力旋转仪的控制方法包括：
16.步骤一，将3.5cm细胞培养皿或动物固定装置放于磁力旋转仪永磁体正上方，距永磁体高度5-15mm；
17.步骤二，根据磁力旋转仪的磁力检测和模拟参数，调节固定装置和磁力旋转仪的相对高度(细胞培养盘或动物肿瘤位置距离永磁体的有效高度在5-15mm)，选择合适的磁场强度(70-300mt)进行实验；
18.步骤三，通过电机上固定的永磁体和频率调节器产生频率可调节(0-30hz)的旋转磁场，使磁性纳米材料在磁场下产生能够损伤癌细胞的机械力。
19.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
20.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
21.本发明在电机轴承上对称、平行安装两块可拆卸永磁体，在电机的旋转带动下，两块用磁铁产生旋转磁场。旋转的频率由连接在电机上的频率调节器控制，具体频率通过外壳上的显示屏显示。为了明确不同尺寸永磁体所产生的旋转磁场范围和强度，我们进行了磁场检测和磁场模拟，为后续使用不同的细胞培养盘以及动物固定支架所放置的位置和高度提供参考数据。
22.第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
23.本磁力旋转仪结构设计简单，仅由磁铁、电机、频率调节装置、外壳组成，总体成本较低，且能够满足磁机械破坏细胞相关实验绝大多数设备需求。同时相比现有的其他发明专利，本发明的磁铁可拆卸，可以根据实验的需求更换磁力强度不等磁铁。
24.第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
25.本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：磁机械破坏肿瘤细胞相比现有的传统肿瘤治疗方式具有很大的优势，比如可控性，能够实现体外磁操作精准治疗，因此，其具有很大的研究价值。本发明主要用于磁机械力破坏肿瘤细胞的验证，鉴于磁机械力破坏肿瘤已经成为当前的热点，因此，本发明作为该项研究的基础，具有很大的商业价值，未来也一定会创造出巨大的经济收益。
附图说明
26.图1是本发明实施例提供的实验用频率可调节磁力旋转仪的结构示意图；
27.图2是本发明实施例提供的铁盒内部的结构示意图；
28.图3是本发明实施例提供的功能化磁性纳米材料示意图；
29.图4是本发明实施例提供的磁力旋转装置结合功能化磁性纳米材料在肿瘤治疗中的应用效果一，(a)磁力治疗前；(b)磁力治疗后；
30.图5是本发明实施例提供的磁力旋转装置结合功能化磁性纳米材料在肿瘤治疗中的应用效果二；
31.图中：1、铁盒；2、频率调节器；3、电机；4、旋转轴；5、钕铁硼磁铁；6、频率调节旋钮；7、频率显示器；8、电机方向按钮。
具体实施方式
32.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
33.如图1和图2所示，本发明实施例提供的实验用频率可调节磁力旋转仪中的铁盒1内部固定有频率调节器2和电机3；
34.所述电机3的旋转轴4在铁盒1上端伸出，所述旋转轴4上端连接有两个对称设置的钕铁硼磁铁5。
35.本发明实施例中的铁盒1正面嵌装有频率调节旋钮6和频率显示器7，所述频率调节旋钮6和频率显示器7分别通过连接线路与铁盒1内的频率调节器2连接。
36.本发明实施例中的铁盒1正面嵌装有电机方向按钮8，所述电机方向按钮8通过连接线路与铁盒1内的电机3连接。
37.本发明的工作原理是：
38.进行细胞或动物实验时，将细胞培养盘或动物固定装置放于磁力旋转仪正上方，根据磁力旋转仪的磁力检测和模拟参数，调节固定装置和磁力旋转仪的相对高度，选择合适的磁场强度进行实验。通过电机上固定的永磁体和频率调节器产生频率可调节的旋转磁场，目的是使磁性纳米材料在磁场下产生能够损伤癌细胞的机械力。为后续研究低频、中频、高频旋转磁场下不同磁性纳米材料对肿瘤细胞杀伤作用奠定设备基础。
39.为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用实施例。
40.一种磁机械实验系统，所述磁机械实验系统设置有实验用频率可调节磁力旋转仪。
41.实施例1
42.磁力旋转装置的构建，本装置的核心部件包括两块永磁体、电机、频率调节器、显示屏。在电机轴承上对称、平行安装两块可拆卸永磁体，电机的旋转带动下，两块用磁铁产生旋转磁场。电机在频率调节器的控制下产生不同的旋转频率(0-30hz)，频率由频率调节器上的旋钮控制，通过外壳上的显示屏显示频率数值。
43.实施例2
44.具备良好磁响应性的功能化磁性纳米材料(如图3所示)的制备方法
45.(1)基础磁性纳米材料的制备：将706.34mg的乙酰丙酮铁和790.86mg乙酰丙酮锌混合加入100ml三口烧瓶，再加入2400μl油酸和20ml苄醚。在氩气的保护下缓慢升温至290℃，并恒温保持30min，再缓慢降至室温。向产物内加入无水乙醇，然后12000r/min高速离心
10分钟。最后将沉淀产物分散在正己烷中保存。
46.(2)基础磁性纳米材料的改性
47.1)改性材料da-paa-peg的合成：向10ml两口烧瓶内加入20mg paa(聚丙烯酸)、250mg mpeg-nh2(甲氧基聚乙二醇胺)、5ml dmf(二甲基甲酰胺)，同时再加入95.85mg edc(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺)和104.5μltea(三乙胺)。在氩气保护下充分搅拌24h后再加入47.41mg da(盐酸多巴胺)、47.93mg edc(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺)和70μl tea(三乙胺)。继续在氩气保护下充分搅拌24h后用mwco 8000-14000透析袋将反应液在去离子水中透析24h。透析结束后将产物冻干保存。
48.2)基础磁性纳米材料的改性：由于合成的基础磁性纳米材料为油溶性，为了满足生物实验的需求，将材料改性为水溶性，并使其表面充满-cooh(羧基)。将80mg da-paa-peg溶于6ml去离子水中，将80mg(mnps)基础磁性纳米材料溶于2ml无水乙醇。在超声作用下，将无水乙醇溶解的mnps缓慢滴加入da-paa-peg溶液中，并超声50min。继续机械搅拌12h后磁吸水洗3-4次，去除多余的da-paa-peg，最终将产物(mnps-peg)溶解在去离子水中保存。
49.3)改性后磁性纳米材料的功能化
50.将20mg mnps-peg溶解在4ml mes溶液中，加入95.85mg edc(1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺)和69.05mg nhs(n-羟基硫代琥珀酰亚胺)反应20min。然后磁吸，去除上清多余的edc/nhs，并加入4ml pbs。边搅拌边加入1mg egf(表皮生长因子)和cpp(细胞穿膜肽)混合溶液(1:1体积比)，在室温下继续摇动24h，磁力沉降去除多余的蛋白质，将产物(mnps-peg-egf-cpp)在去离子水、4℃冰箱保存。
51.实施例3
52.磁力旋转装置结合功能化磁性纳米材料在肿瘤治疗中的应用(如图4和图5所示)
53.(1)将105个胃癌细胞mkn-45接种于3.5cm细胞培养皿，培养24-48h，使细胞充分贴壁；
54.(2)在培养皿中加入30μl浓度为1mg/ml的mnps-peg-egf-cpp溶液并充分混匀，将材料和细胞共同孵育24h，使细胞内吞磁性纳米材料；
55.(3)吸走培养皿中的细胞培养基，并使用pbs润洗3-5次，将未进入细胞的磁性材料洗掉，然后重新加入细胞培养基。将细胞培养盘置于一侧永磁体正上方，开启低频旋转磁场(15hz，70mt，30min)进行磁力治疗。
56.(4)继续培养培养24h后使用cck-8法检测细胞活性。由下图可以看出，经过磁力治疗后细胞活力显著下降。
57.在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
58.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种实验用频率可调节磁力旋转仪，其特征在于，所述实验用频率可调节磁力旋转仪包括：磁场产生模块，用于利用两个对称设置的钕铁硼磁铁产生磁场；驱动模块，通过旋转轴与钕铁硼磁铁下端连接，用于利用电机驱动钕铁硼磁铁的转动；频率调节模块，通过连接线路与电机连接，用于利用频率调节器对电机的转动频率进行调节；显示模块，与频率调节器连接，用于利用频率显示器对频率进行实时显示。2.如权利要求1所述的实验用频率可调节磁力旋转仪，其特征在于，所述电机和频率调节器均安装在铁盒里侧，所述频率显示器嵌装在铁盒正面外侧。3.如权利要求2所述的实验用频率可调节磁力旋转仪，其特征在于，所述铁盒正面嵌装有用于对电机方向进行调节的电机方向按钮，所述电机方向按钮通过连接线路与铁盒内的电机连接。4.如权利要求1所述的实验用频率可调节磁力旋转仪，其特征在于，所述旋转轴上端固定有支撑板，两个钕铁硼磁铁对称设置在支撑板上侧。5.一种磁机械实验系统，其特征在于，所述磁机械实验系统设置有权利要求1～4任意一项所述的实验用频率可调节磁力旋转仪。6.一种磁热实验系统，其特征在于，所述磁热实验系统设置有权利要求1～4任意一项所述的实验用频率可调节磁力旋转仪。7.一种用于实施权利要求1～4任意一项所述的实验用频率可调节磁力旋转仪的控制方法，其特征在于，所述实验用频率可调节磁力旋转仪的控制方法包括：步骤一，将细胞培养盘或动物固定装置放于磁力旋转仪正上方；步骤二，根据磁力旋转仪的磁力检测和模拟参数，调节固定装置和磁力旋转仪的相对高度，选择合适的磁场强度进行实验；步骤三，通过电机上固定的永磁体和频率调节器产生频率可调节的旋转磁场，使磁性纳米材料在磁场下产生能够损伤癌细胞的机械力。8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的实验用频率可调节磁力旋转仪的控制方法的步骤。9.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求7所述的实验用频率可调节磁力旋转仪的控制方法的步骤。10.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现如权利要求7所述的实验用频率可调节磁力旋转仪的控制方法的步骤。

技术总结
本发明属于磁力旋转设备技术领域，公开了一种实验用频率可调节磁力旋转仪及其控制方法，磁场产生模块用于利用两个对称设置的钕铁硼磁铁产生磁场；驱动模块通过旋转轴与钕铁硼磁铁下端连接，用于利用电机驱动钕铁硼磁铁的转动；频率调节模块通过连接线路与电机连接，用于利用频率调节器对电机的转动频率进行调节；显示模块与频率调节器连接，用于利用频率显示器对频率进行实时显示。本发明通过电机上固定的永磁体和频率调节器产生频率可调节的旋转磁场，使磁性纳米材料在磁场下产生能够损伤癌细胞的机械力。为后续研究低频、中频、高频旋转磁场下不同磁性纳米材料对肿瘤细胞杀伤作用奠定设备基础。作用奠定设备基础。作用奠定设备基础。


技术研发人员：王建华 徐翠香 常乐 黄晓燕
受保护的技术使用者：陕西省人民医院
技术研发日：2023.02.22
技术公布日：2023/7/12