高变化率脉冲磁场的产生及其对肿瘤细胞带电粒子的影响

摘要

恶性肿瘤已成为威胁人类生命健康的最主要的疾病。传统的治疗方法具有一定的局限性，治疗效果不够理想。脉冲磁场治疗肿瘤具有非接触、零创伤等优点，但是脉冲磁场对肿瘤的治疗机理并不明确。目前，被学者们最为普遍接受的机理是感应电场和感应电流，但尚未有学者对该机理进行系统的实验验证和理论分析。感应电场和感应电流由磁场变化率直接决定，因此，本文基于阿基米德螺旋线圈制作出一套高变化率脉冲磁场发生器，将该发生器应用于细胞实验，研究脉冲磁场对肿瘤细胞的影响；同时，以该发生器的性能参数为条件，仿真研究脉冲磁场作用下细胞内带电粒子的受力运动过程。
　　首先，本文以取得高变化率脉冲磁场、高强度感应电场为出发点，同时兼顾电磁场的覆盖范围，本文选定阿基米德螺旋线圈作为磁场线圈；推导出阿基米德圈螺旋线圈的磁场和感应电场计算公式，计算分析线圈的电磁场分布特性。以获取最高强度的感应电场为目的，对线圈的匝数进行优化，设计出一个能够应用于细胞实验的磁场线圈。
　　然后，使用不同磁场变化率的脉冲磁场处理乳腺癌MDA-MB-231细胞株（每组参数对细胞持续处理30分钟，共3600个脉冲），检测脉冲磁场对细胞的存活率和离子通道电流的影响。实验结果显示：实验组与对照组的细胞存活率差异不显著（P>0.05）；高变化率脉冲磁场能够显著增加细胞膜离子通道电流（P<0.05）。
　　最后，使用ComsolMultiphysics有限元仿真软件的带电粒子追踪模块建立了细胞内带电粒子的受力模型，以脉冲磁场发生器的实际参数作为电磁场环境，研究细胞内带电粒子的在脉冲磁场下的受力运动过程。通过仿真得出：各种受力因素中，电场力是使带电粒子运动的最主要作用力，直接决定了带电粒子的运动方向，使带电粒子做往复运动。

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1绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文研究的主要内容

2 高变化率脉冲磁场发生器的研制

2.1引言

2.2脉冲磁场发生器的工作原理

2.3高变化率脉冲电流发生器的研制

2.4高变化率脉冲磁场线圈的设计及优化

2.5实物制作及性能实测

2.6小结

3 不同变化率的脉冲磁场处理肿瘤细胞的实验研究

3.1引言

3.2细胞培养方法

3.3脉冲磁场处理方法

3.4MTT法检测细胞存活率

3.5膜片钳技术检测细胞的离子通道电流

3.6讨论

3.7小结

4 脉冲磁场作用下细胞内带电粒子的受力分析

4.1引言

4.2仿真模型构建

4.3带电粒子的受力分析

4.4脉冲磁场参数对带电粒子受力的影响

4.5讨论

4.6小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录

A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B.作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目