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

发布时间：2017-09-21 06:35

  本文关键词：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

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【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(P0.05);高变化率脉冲磁场能够显著增加细胞膜离子通道电流(P0.05)。最后,使用Comsol Multiphysics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。
【关键词】：脉冲磁场 磁场变化率 阿基米德螺旋线圈 人乳腺癌细胞 电场力
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R730.5;O441
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-15
• 1.2.1 脉冲磁场发生器的研究现状9-11
• 1.2.2 脉冲磁场生物实验的研究现状11-13
• 1.2.3 脉冲磁场生物效应机理的研究现状13-15
• 1.3 论文研究的主要内容15-18
• 2 高变化率脉冲磁场发生器的研制18-42
• 2.1 引言18
• 2.2 脉冲磁场发生器的工作原理18-19
• 2.3 高变化率脉冲电流发生器的研制19-22
• 2.3.1 脉冲电流发生器的器件选择19-20
• 2.3.2 脉冲电流发生器的布局设计20-21
• 2.3.3 脉冲电流发生器的仿真分析21-22
• 2.4 高变化率脉冲磁场线圈的设计及优化22-36
• 2.4.1 高变化率脉冲磁场线圈的选择22-24
• 2.4.2 阿基米德螺旋线圈的电磁场计算24-27
• 2.4.3 阿基米德螺旋线圈的仿真优化27-32
• 2.4.4 优化后的线圈在细胞培养液中的电磁场分布32-36
• 2.5 实物制作及性能实测36-40
• 2.6 小结40-42
• 3 不同变化率的脉冲磁场处理肿瘤细胞的实验研究42-56
• 3.1 引言42
• 3.2 细胞培养方法42
• 3.3 脉冲磁场处理方法42-44
• 3.4MTT法检测细胞存活率44-47
• 3.4.1 实验材料44-45
• 3.4.2 实验方法45
• 3.4.3 实验结果45-47
• 3.5 膜片钳技术检测细胞的离子通道电流47-51
• 3.5.1 实验材料47-48
• 3.5.2 实验方法48-50
• 3.5.3 实验结果50-51
• 3.6 讨论51-53
• 3.7 小结53-56
• 4 脉冲磁场作用下细胞内带电粒子的受力分析56-78
• 4.1 引言56
• 4.2 仿真模型构建56-61
• 4.2.1 带电粒子追踪模块介绍56-57
• 4.2.2 细胞内带电粒子受力模型的建立57-61
• 4.3 带电粒子的受力分析61-69
• 4.3.1 钾离子的受力分析61-68
• 4.3.2 钠离子的受力分析68-69
• 4.3.3 钙离子的受力分析69
• 4.4 脉冲磁场参数对带电粒子受力的影响69-75
• 4.4.1 脉冲磁场幅值的影响69-72
• 4.4.2 脉冲磁场上升时间的影响72-74
• 4.4.3 脉冲磁场宽度的影响74-75
• 4.5 讨论75-76
• 4.6 小结76-78
• 5 结论与展望78-80
• 5.1 结论78-79
• 5.2 展望79-80
• 致谢80-82
• 参考文献82-88
• 附录88
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录88
• B. 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目88

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 姚学玲,徐晓宙,陈景亮,徐传骧;脉冲电流磁场对鼠骨髓瘤细胞的影响[J];西安交通大学学报;2002年02期

2 郑涛,杨巍,宋涛,霍小林;脉冲磁场对肝癌细胞株HepG2细胞增殖和分化的影响[J];中华劳动卫生职业病杂志;2003年05期

3 高德奎;付妍;刘传瑾;富宁;姜云鹏;;脉冲磁场对癌细胞选择性破坏作用的实验研究[J];中华理疗杂志;1996年04期

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本文编号：892956