УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ НИЗКОЧАСТОТНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА КИНЕТИКУ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ, СОДЕРЖАЩИХ МАГНИТНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ Российский патент 2016 года по МПК A61N2/04 B82B3/00 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для исследования или анализа материалов особыми способами. Устройство предназначено для воздействия низкочастотным магнитным полем, в том числе в импульсном режиме, в заданном объеме на биологические системы, содержащие заранее включенные в их состав однодоменные магнитные наночастицы, при проведении экспериментальных исследований по изучению этого воздействия. В качестве биологических систем могут выступать как отдельные биоактивные макромолекулы, везикулы с лекарством, клетки, «фермент-субстрат», «белок-ингибитор», «антиген-антитело», клеточные мембраны, липосомы, мицеллы и др., так и живые биообъекты (мыши, крысы).

Предлагаемое 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 низкочастотного магнитного поля, оказываемого на биохимические системы. При этом исследования проводят по следующей схеме. Биохимическую систему, содержащую заранее включенные в ее состав однодоменные магнитные наночастицы, помещают в рабочую область предлагаемого устройства и воздействуют на нее низкочастотным магнитным полем определенной частоты и напряженности, в том числе в импульсном режиме. Экспозиция в магнитном поле может осуществляться как непрерывно, так и в течение заданных отрезков времени с регулируемыми паузами между ними. Длительность экспозиционных отрезков может варьироваться модулятором от 0.02 секунды до 300 секунд и, независимо от этого, паузы между ними можно варьировать в диапазоне от 0 до 300 секунд. Частота синусоидального переменного магнитного поля может меняться дискретно от 0.1 Гц до 400 Гц. Объект исследования помещается в термостатируемый держатель (холдер), температура в котором поддерживается неизменной с помощью подключенного к нему термостата и может устанавливаться в диапазоне от 10 до 60°C. Наблюдение за кинетикой реакции в биохимической системе осуществляют с помощью спектрофотометра, синхронизированного с предлагаемым устройством. 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 магнитного поля, наблюдается изменение скорости реакции в процессе и некоторое время после экспозиции в поле. 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, M. 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, человеческое тело (определенные его части, где находятся патологические очаги и куда предварительно были доставлены магнитные наночастицы).

В отличие от предлагаемого устройства данное устройство создает неоднородные аксиальные поля, что является его недостатком, т.к. неоднородное магнитное поле действует неодинаково на разные области биообъекта, а следовательно, оно оказывает различный 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:

где C=L^-1(2π·f)^-2,

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 наиболее близкое к предлагаемому 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 проводить исследования in situ, т.е. непосредственно во время экспозиции объекта в магнитном поле и в первые секунды после его отключения, а также 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.

Задачей изобретения является разработка нового устройства, обеспечивающего воздействие на биологические системы низкочастотным магнитным полем при исследовании кинетики биохимических реакций, физиологических и соматических откликов живых организмов в них, включая исследование действия и последействия низкочастотного 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 однородном магнитном поле. Такое поле безопаснее для любых организмов, чем высокочастотное греющее и требует меньших затрат энергии для его генерации. Кроме того, в отличие от нагрева, который принципиально нельзя локализовать в организме в области объемом менее 1 см³, низкочастотное магнитное поле благодаря механическому действию на магнитные наночастицы можно локализовать на клеточном и даже молекулярном уровне.

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. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет регистрировать in situ результат такого действия и последействия магнитного поля непосредственно в процессе экспозиции и сразу же после отключения поля без перемещения образца в иные измерительные приборы и устройства.

Поставленная задача решается тем, что устройство для исследования биохимических систем, содержащих магнитные наночастицы, при воздействии низкочастотного негреющего магнитного поля, включает источник питания, соединенный с генератором, питающим обмотки электромагнита, 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.

Равномерность распределения магнитного поля в зазоре электромагнита достигается специальным профилем его полюсов. В центральной области каждого полюса выполнена лунка (выемка или углубление) с плавно увеличивающейся глубиной по мере приближения к центру. Максимальная глубина лунки в центре составляет от 10 до 20% от наименьшего зазора между полюсами на их краях. Один из вариантов выполнения поверхности полюса - лунка сферической формы.

При этом электромагнит выполнен таким образом, что в упомянутом зазоре имеется возможность расположить держатель для образцов, выполненный с термостатируемой полостью для размещения биохимических систем. Термостатирование достигается тем, что в держателе вокруг полости имеется контур охлаждения из шлангов (трубок), которые могут подключаться к термостату.

Помимо этого, устройство снабжено датчиками температуры электромагнита, подключенными к микроконтроллеру, для отслеживания рабочего состояния катушек.

Также допустимо размещение датчика поля на одном из полюсов электромагнита через изолирующую прокладку.

Все конструктивные элементы устройства размещены в едином корпусе, на лицевой стороне которого расположены выключатель, сенсорный дисплей и окно для введения держателя с исследуемым образцом или животным.

Использующийся в изобретении модулятор обеспечивает как непрерывный, так и импульсный режимы. Два светодиода, расположенные на одной оптической оси с возможностью пропускания света через исследуемую биохимическую систему или регистрации флуоресценции в ней и выполненные с возможностью подключения к спектрофотометру.

Данные конструктивные элементы позволяют проводить экспериментальные исследования по изучению воздействия однородного переменного магнитного поля низкой частоты, в том числе в импульсном режиме, в термостатированном объеме на различные биологические системы, содержащие заранее включенные в их состав однодоменные магнитные наночастицы. Контроль за ходом биохимической реакции в образце осуществляется с помощью встроенного спектрофотометра.

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 генерации магнитного поля в пространстве между полюсами сердечника электромагнита, по обмоткам которого протекает электрический ток заданной частоты и длительности. При этом в указанном объеме создается магнитное поле с высокой степенью однородности, куда может быть помещена кювета с исследуемым материалом либо лабораторное животное (например, мышь). Кювета (или животное) сначала помещается в выдвижной термостатируемый холдер, затем он по направляющим вставляется до упора в канал электромагнита, чтобы обеспечить неизменное от опыта к опыту положение исследуемого объекта в области однородного магнитного поля.

Контроль за изменением кинетики биохимических процессов осуществляют оптическими методами. Для этого в корпусе электромагнита с двух сторон от холдера неподвижно установлены два световода, соединенные со спектрофотометром. Они позволяют регистрировать флуоресценцию или поглощение света заданной длины волны в объекте, экспонируемом в магнитном поле, т.е. контролировать ход биохимической реакции непосредственно в ходе эксперимента в магнитном поле.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая блок-схема устройства; на фиг. 2 показана схема термостатируемого держателя образцов с полостью для образцов, называемой рабочим объемом, и распределение магнитного поля в этом объеме; на фиг. 3 показаны полюсы магнитопровода с отличной от плоской формой, где А - глубина лунки; В - ширина зазора, А/В=15%; на фиг. 4 изображена фотография устройства; на фиг. 5 изображена фотография держателя для образцов.

Перечень позиций, указанных на чертежах: 1 - корпус; 2 - источник питания; 3 - выключатель; 4 - генератор; 5 - модулятор; 6 - электромагнит; 7 - зазор магнитопровода электромагнита; 8 - микроконтроллер; 9, 10 - датчики температуры; 11 - сенсорный дисплей; 12, 13 - контуры охлаждения; 14 - датчик поля; 15 - рабочий объем; 16 - держатель образцов (холдер); 17 - световод, подключаемый к монохроматору, который, в свою очередь, подключен к источнику света; 18 - световод, подключаемый к спектрометру; 19 - график однородности поля с плоскими полюсами; 20 - график однородности поля с полюсами специального профиля; 21 - окно для введения держателя образцов.

Устройство содержит помещенные в корпус 1 импульсный источник питания 2, снабженный выключателем 3, генератор 4 и модулятор 5, электромагнит 6 с зазором 7, микроконтроллер 8 для управления процессами, который электрически соединен с датчиком температуры 9, установленным на сердечнике электромагнита 6 и датчиком температуры 10, установленным на катушке электромагнита 6. На лицевую поверхность корпуса 1 выведен сенсорный дисплей 11 для ввода-вывода информации и окно 21 для размещения держателя образцов 16. Для охлаждения служат два контура охлаждения - 12 и 13, один из которых соединен с рабочим объемом 15, расположенном в держателе образцов 16. В зазоре электромагнита 7 установлен датчик поля 14, соединенный с микроконтроллером 8. Также в устройство входят два световода 17 и 18, подключаемых к спектрофотометру.

Напряжение электросети 220 В/50 Гц поступает на вход импульсного источника питания 2 постоянного тока напряжением 150 В и выходной мощностью до 1 кВт, включение которого осуществляется выключателем 3. Постоянное напряжение с выхода источника питания подается на вход широтно-импульсного генератора переменного напряжения 4, формирующего гармонические колебания в колебательном контуре на его резонансной частоте. Составной частью генератора является модулятор 5, предназначенный для формирования прерывистого режима колебаний в контуре. В прерывистом режиме генерация колебаний осуществляется в течение определенного времени (длительность импульса), затем в течение паузы между пачками колебаний генерация колебаний не осуществляется.

Импульсный источник питания 2 включает в свой состав: фильтр питания LC; двухполупериодный выпрямитель, выполненный на диодах; устройство плавного включения, выполненное на силовом реле и управляющей схеме на стабилитроне; накопитель энергии в виде электролитических конденсаторов; коммутатор, выполненный на IGBT - транзисторах соединенных по мостовой схеме с драйверами (IR2113) ключей; схемы управления на базе широтно-импульсного управляемого модулятора, с двумя обратными связями по току (защита по току на датчике тока) и по напряжению выполненного на микросхеме (TL431) и вспомогательного вторичного источника питания; токовый трансформатор; импульсный трансформатор со средней точкой; снабберы RC-типа; выходной выпрямитель на двух диодах; два индуктивных фильтра; выходную емкость в виде электролитических конденсаторов и схемы регулирования обратной связи по напряжению на микросхеме (TL431).

Генератор 4 включает в свой состав: коммутатор, выполненный по мостовой схеме на мощных IGBT-транзисторах; платы управления силовыми транзисторами с оптической развязкой и тремя вспомогательными импульсными вторичными источниками питания.

Колебательный контур содержит электромагнит 6 с ферромагнитным сердечником, в зазоре 7 которого формируется однородное переменное магнитное поле с частотой, равной резонансной частоте контура. Параметры контура (электрическая емкость и индуктивность) - варьируемые, их изменение приводит к изменению частоты магнитного поля.

Система управления прибора TOR построена на базе 32-разрядного микроконтроллера STM32F407VG с архитектурой ARM Cortex-M4 (8) и дисплейного модуля STM32F4DIS-LCD (11) фирмы STMicroelectronics. Посредством дисплея оператор задает требуемую величину индукции магнитного поля (исходя из которой пересчитывается и задается необходимое напряжение сигнала на выходе генераторного блока), частоту, длительность пакетов и пауз между ними, общую длительность эксперимента.

Дисплейный модуль имеет разрешение 320×240 пикселей, 262000 цветов, ШИМ управление подсветкой, 16-битный параллельный интерфейс 8080, резистивную сенсорную панель с драйвером SSD2119. Управление дисплейным модулем осуществляется микроконтроллером STM32F407VG с помощью встроенного контроллера статической памяти FSMC, что позволяет освободить процессор от выполнения рутинных задач по поддержке пользовательского интерфейса.

Зазор сердечника электромагнита имеет ширину 60 мм, поперечное сечение сердечника 60×40 мм, таким образом рабочее пространство, в которое помещается держатель, составляет 60×60×40 мм. Держатель образцов 16 вводится в рабочее пространство горизонтально через отверстие (окно) в корпусе прибора по направляющим, выполненным из текстолита. Само рабочее пространство со всех сторон, кроме той, через которую заходит держатель, окружено тонкими текстолитовыми пластинами. Держатель входит до упора в противоположную окну текстолитовую стенку и фиксируется небольшой ступенькой за корпус прибора. Фиксация держателя обеспечивает необходимую точность позиционирования исследуемого объекта на оптической оси световодов 17 и 18, закрепленных в текстолитовых направляющих. Для извлечения держателя его следует немного приподнять.

Сам держатель имеет текстолитовый корпус, вдоль которого встроен контур охлаждения 13 из шлангов, обеспечивающий термостабилизацию рабочего объема 15 для размещения лабораторного животного или кюветы с исследуемой суспензией. Выходные штуцеры системы охлаждения держателя для подключения термостата располагаются с его внешнего торца.

Для охлаждения элементов, нагревающихся в процессе работы, не примыкающих непосредственно к кюветному отделению, используется второй независимый контур водяного охлаждения 12.

Другим компонентом устройства является спектрофотометр, в пучке света от которого находится кювета или плашка с исследуемыми реагентами. Спектрофотометр подключается с помощью световодов 17 и 18.

Управляющая программа осуществляет сбор данных о температуре блоков прибора с помощью температурных датчиков DS18S20 (DS18B20) фирмы DALLAS SEMICONDUCTOR (9, 10). Данные о магнитном поле собираются с помощью встроенного 12-битного АЦП управляющего процессора и датчика магнитного поля AD22151 фирмы Analog Devices, включенного по униполярной схеме с высокой компенсацией. Получаемые данные индицируются на сенсорном дисплейном модуле 11.

Управляющее ПО по команде пользователя формирует команды по включению силовой части и настройке устройства модуляции, формирующего синусоидальный ШИМ-сигнал с заданной частотой, амплитудой и начальной фазой. Устройство модуляции построено на базе ПЛИС МАХИ ЕРМ1270Т144 фирмы ALTERA, в которой на языке Verilog реализовано ядро NCO и интерфейс взаимодействия с микроконтроллером. Развязка устройства модуляции от силовой части выполнена с помощью волоконно-оптических приемников-передатчиков фирмы Avago Technologies HFBR-1521/Z и HFBR-2521/Z.

Управляющее ПО поддерживает программный сетевой стек LwIP, что позволяет организовать удаленное управление прибором по стыку Ethernet с помощью микросхемы физического уровня LAN8720.

Для работы с устройством необходимо подключить его к электросети, затем включить блок питания, переведя выключатель «ON/OFF» в положение «ON». В течение нескольких секунд на сенсорном дисплее 11 устройства появляется надпись «Power ОК».

Если для проведения эксперимента требуется термостабилизация держателя образцов 16, его шланги следует подключить к термостату. Вода с установленной на термостате температурой циркулирует по трубчатому теплообменнику в холдере и поддерживает в зоне размещения образца заданную температуру независимо от амплитуды, частоты и длительности магнитного поля, генерируемого устройством. Для гарантированного выхода рабочей зоны холдера в стационарный тепловой режим необходимо перед началом эксперимента выдержать прибор включенным не менее 30 минут, при этом отличие температуры рабочего объема 15 от заданной температуры жидкости в термостате не будет превышать 1°C.

После включения устройства на сенсорном дисплее 11 отображается информация о готовности устройства к работе, температура катушек и кюветного отделения, величина генерируемого в данный момент магнитного поля и основное меню выбора параметров и режимов действия магнитного поля: длительности эксперимента, частоты и амплитуды магнитной индукции и, в случае импульсного режима работы, длительности колебаний и пауз.

Для установки требуемого значения индукции магнитного поля необходимо нажать поле «Magnitude» в основном меню, а частоты - «Frequency»; после этого на дисплее отобразится меню ввода соответствующих величин.

Устройство способно создавать переменное магнитное поле с действующим значением от 10 до 180 миллитесла. Нажатием на соответствующие цифры необходимо установить нужное значение (в миллитесла), затем нажать поле «Enter», после этого происходит возврат в основное меню. Удаление ошибочно введенных цифр осуществляется нажатием поля «Del». Возврат в основное меню происходит также после нажатия поля «Cancel», при этом сохраняется текущее значение магнитной индукции. При наборе значения, выходящего за пределы возможных значений для данной частоты, поле «Enter» становится неактивным.

Для выбора значений длительности пачек колебаний необходимо нажать поле «Pulse» в основном меню, после этого на дисплее отобразится меню выбора одного из возможных значений длительности: 20, 30, 50, 100, 300 мс, 1, 3, 10, 30, 100, 300 с.

Выбор требуемой длительности осуществляется нажатием на соответствующее поле, после чего происходит возврат в основное меню. Возврат в основное меню происходит также после нажатия поля «Cancel», при этом сохраняется текущее значение длительности пачек колебаний. Если для длительности выбрано значение «Const», генерация будет осуществляться в непрерывном режиме независимо от выбранного значения длительности паузы между пачками.

Для выбора длительности пауз между пачками колебаний необходимо нажать поле «Pause» в основном меню, после этого на дисплее отобразится меню выбора одного из возможных значений длительности пауз: 0, 20, 30, 50, 100, 300 мс, 1, 3, 10, 30, 100, 300 с.

Выбор требуемой длительности осуществляется нажатием на соответствующее поле, после чего происходит возврат в основное меню. Возврат в основное меню происходит также после нажатия поля «Cancel», при этом сохраняется текущее значение длительности паузы. Если выбрано значение «0», генерация будет осуществляться в непрерывном режиме независимо от выбранного значения длительности импульса.

Чтобы установить необходимое значение длительности эксперимента, необходимо нажать на поле «Time». В появившемся меню отображается текущая конфигурация времени в формате (слева-направо) часы - минуты - секунды:

Под каждым счетчиком временных единиц располагается поле «Up», короткое нажатие на которое приведет к увеличению соответствующего значения на единицу, длительное нажатие и удержание позволяет увеличивать время порциями по 5 единиц. Под счетчиками находятся поля «Down», действие которых аналогично «Up», но служит для уменьшения показателей. Сохранение установленной конфигурации осуществляется нажатием на поле «Save», при этом произойдет возврат в главное меню. Возврат в главное меню также осуществляется нажатием на поле «Cancel».

Для того чтобы увидеть осциллограмму генерируемого магнитного поля, следует нажать на поле «Graphic» во время генерации поля. Осциллограмма начнет отображаться на экране. Возврат в главное меню осуществляется нажатием на поле «Return».

Для включения генерации магнитного поля необходимо нажать поле «Start» в основном меню. Поле этого начнется генерация магнитного поля с заданными параметрами, в меню на месте поля «Start» станет отображаться поле «Stop», на дисплее вместо надписи «Ready» зеленого цвета появится мигающая надпись «Run» красного цвета, поля выбора режимов генерации магнитного поля становятся неактивными, загорается зеленый светодиод «Field ON» на передней панели. Для отключения процесса генерации необходимо нажать поле «Stop».

В процессе генерации контроль за температурой узлов устройства осуществляется в автоматическом режиме. При приближении текущего значения температуры к критическому зеленый сигнал рядом с показателем температуры сменяется на мигающий красный для привлечения внимания оператора. При превышении критической температуры на лицевой панели устройства загорится светодиод «Alert» красного цвета, и устройство прекратит свою работу. В этом случае рекомендуется включить устройство повторно по истечении некоторого времени (5-10 мин).

На передней панели устройства расположены два светодиода: «Field ON» зеленого цвета и «Alert» красного цвета. Оба светодиода начинают мигать при включении устройства до появления надписи «Power ОК» на сенсорном дисплее.

«Field ON» загорается в момент генерации магнитного поля в рабочем объеме. В остальное время он находится в выключенном состоянии.

«Alert» при нормальной работе устройства находится в выключенном состоянии и загорается только при превышении критического значения температуры одного из датчиков или при сбое управления процессом генерации магнитного поля.

Таким образом, устройство для воздействия низкочастотным магнитным полем на биологические системы при исследовании кинетики биохимических реакций в них позволяет более качественно проводить исследования по воздействию низкочастотного магнитного поля в непрерывно контролируемых условиях (по температур, частоте, амплитуде магнитного поля и длительности экспозиции), в том числе в импульсном режиме, в заданном объеме на биологические системы, содержащие заранее введенные однодоменные магнитные наночастицы. Причем однородность поля в рабочем объеме поддерживается с точностью не хуже +/-1%. Это достигается специальной формой полюсов электромагнита отличной от плоской. При этом, устройство имеет достаточно большой зазор магнитопровода электромагнита для помещения туда термостатируемого держателя образов, сконструированного так, что можно проводить эксперименты как с кюветами и плашками, с находящимися в них суспензиями, так и большими биообъектами, такими как мышь. Также устройство позволяет термостабилизировать исследуемые образцы. Все это позволяет получать достоверные данные и правильно их интерпретировать.

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для исследования биохимических систем, содержащих магнитные наночастицы, при воздействии низкочастотного негреющего магнитного поля, включающее источник питания, соединенный с генератором, питающим обмотки электромагнита. При этом устройство 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. Применение данного устройство позволит получить достоверные данные. 5 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для исследования биохимических систем, содержащих магнитные наночастицы, при воздействии низкочастотного негреющего магнитного поля, включающее источник питания, соединенный с генератором, питающим обмотки электромагнита, отличающееся тем, что 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.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что 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.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что выемки в сердечнике со стороны его полюсов имеют сферическую форму.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками температуры электромагнита, подключенными к микроконтроллеру.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что датчик поля размещен на одном из полюсов электромагнита через изолирующую прокладку.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что конструктивные элементы устройства размещены в едином корпусе, в стенке которого выполнено окно для введения держателя с исследуемым образцом или животным.