空间内磁颗粒调控聚集方法技术

本发明专利技术公开一种空间内磁颗粒调控聚集方法，包括以下步骤：步骤一，设置磁控装置，该磁控装置包括至少两个线圈对，线圈对包括两组极化线圈组和两个推动线圈，极化线圈组包括单向极化区，同一对的两个单向极化区互有交叉，形成双向极化区；不同对的线圈对的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区；步骤二，将分散的磁颗粒置于所述磁调控区；步骤三，单向极化；步骤四，单向推动，步骤五，重复步骤三和四使磁颗粒聚集。采用本发明专利技术的有益效果是，依次对各个方向上的极化线圈组和推动线圈通电，逐渐推动磁颗粒从相应的方向向磁调控区中心运动，高度可控地实现磁颗粒的聚集。

Control and Aggregation of Magnetic Particles in Space

【技术实现步骤摘要】
空间内磁颗粒调控聚集方法
本专利技术涉及磁性颗粒材料的控制领域，具体涉及一种空间内磁颗粒调控聚集方法。
技术介绍
磁性颗粒尤其是纳米磁颗粒是近年来发展迅速且极具应用价值的新型材料，在现代科学的众多领域如生物医药、磁流体、催化作用、核磁共振成像、数据储存和环境保护等得到越来越广泛的应用。纳米磁颗粒一般由铁、钴、镍等金属及其氧化物组成，在医学领域中其通常为核壳结构，由磁性内核及包裹在磁性内核外的高分子聚合物/硅/羟基磷灰石壳层组成。最常见的核层由具有超顺磁或铁磁性质的Fe3O4或γ-Fe2O3制成，具有磁导向性，意味着磁场环境下磁颗粒具有靶向性。在外加磁场作用下磁颗粒可定向移动，方便定位和靶向目标区域。磁颗粒携带药物后，在磁调控作用下，能很好的聚集于靶向位置，有助于当前一些重大疾病的治疗实现重大技术突破，如肿瘤治疗等。然而，现有技术条件下这些磁颗粒很难在磁场作用下聚集于身体深部位置，只能聚集于浅表组织。这样，药物通过血液循环在除目标部位之外的正常组织中扩散就会产生药物副作用，特别是药效剧烈的药物如抗癌药物，其对正常组织细胞也有杀伤作用。解决这一问题的关键在于如何控制药物准确的抵达病灶处，以及药物的准确释放。尽管现有靶向技术包括磁靶向技术已得到快速发展，但如何实现深度靶向仍面临重大技术挑战，并且也是国际研究热点，最近两年国际顶尖期刊均有关于磁调控技术的报道。尽管研究取得了一些进展，将磁调控技术应用于临床试验还面临技术挑战。人体生理条件下，磁颗粒的运动状态非常复杂，因此基础研究需要以简化的模型在体外条件下进行验证。首先要解决的问题是，如何在简化的体外环境下，发展高度可控的磁颗粒的磁调控装置和方法。
技术实现思路
为解决以上技术问题，本专利技术的目的之一在于提供一种空间内磁颗粒调控聚集方法。技术方案如下：一种空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，设置磁控装置，该磁控装置包括两对线圈对，一对所述线圈对包括两组极化线圈组，一组所述极化线圈组包括两个子线圈；同一组的两个所述子线圈平行、正对设置，且导线绕向相同，同一组的两个所述子线圈之间形成单向极化区；同一对的两个所述极化线圈组的子线圈的中心线重合；同一对的两个所述极化线圈组的导线绕向相反，同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区互有交叉，以形成双向极化区；一对所述线圈对还包括两个推动线圈，两个所述推动线圈的中心线与同一对内的所述子线圈的中心线重合，形成调控中心线；两个所述推动线圈分别位于对应的所述双向极化区的两侧，两个所述推动线圈的内端分别朝向对应的所述双向极化区，两个所述推动线圈分别与同一对的两组所述极化线圈组一一对应配合；两对所述线圈对的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区，两对所述线圈对的调控中心线垂直相交于所述磁调控区的中心；将两对所述线圈对的调控中心线分别记为X轴和Y轴，将X轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为X+向极化线圈组和X-向极化线圈组，将X轴方向上的两个所述推动线圈分别记为X+向推动线圈和X-向推动线圈；将Y轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为Y+向极化线圈组和Y-向极化线圈组，将Y轴方向上的两个所述推动线圈分别记为Y+向推动线圈和Y-向推动线圈；将一组所述极化线圈组和对应的所述推动线圈记为一个单向极化-推动组；步骤二，将分散的磁颗粒置于所述磁调控区；步骤三，单向极化，对任一组所述极化线圈组通电，持续时间为Tj，以在所述磁调控区内形成均匀磁场，所述磁颗粒的两极朝向在所述均匀磁场的作用下自适应转动而取向，之后断电，完成单向极化；步骤四，单向推动，对同一个所述单向极化-推动组内的所述推动线圈通电，持续时间为Tt，以在所述磁调控区内形成推动磁场，并控制该通电的推动线圈的磁极方向，使其推动所述磁颗粒与之远离，之后断电；步骤五，中心聚集，重复步骤三和步骤四，依次使X+向、Y+向、X-向、Y-向的所述单向极化-推动组工作，形成一个调控周期；重复以上调控周期直至所述磁颗粒聚集在所述磁调控区的中心。采用以上设计，将磁性颗粒放入磁调控区内，依照设定的规则为磁控装置的各个线圈供电，向某个极化线圈组通电从而对磁性颗粒进行极化，然后与之配合的推动线圈通电，该推动线圈在磁调控区内的磁场方向与极化线圈组的磁场方向一致，推动线圈对磁性颗粒的排斥力推动极化的磁性颗粒向磁调控区的中心平面聚集，这样依次对各个线圈对内的两组极化线圈组通电，逐渐推动磁性颗粒从相应的方向向着磁调控区的中心聚集，该方法可以高度可控地实现磁性颗粒的聚集。作为优选技术方案，上述步骤三和步骤四的间隔时间为△T，△T＞0。采用以上设计，其优点在于极化线圈和推动线圈的磁场会相互影响，先对磁颗粒进行极化，间隔一段时间再对推动线圈通电，可以减少电感阻抗的影响。作为优选技术方案，上述步骤三中，先向所述极化线圈组施加高极化电压Ujh，持续时间为Tj1，然后降为低极化电压Uj，持续时间为Tj2；其中Ujh＞Uj，Tj1+Tj2＝Tj；所述步骤四中，先向所述推动线圈施加高推动电压Uth，持续时间为Tt1，然后降为低推动电压Ut，持续时间为Tt2；其中Uth＞Ut，Tt1+Tt2＝Tt。采用以上设计，其优点在于先高压后低压的方式对线圈通电，有利于克服电感阻抗，使得线圈的磁场快速上升至设计值。作为优选技术方案，同一组的两个所述子线圈由同一根极化导线同向绕制而成，该极化导线的中间段垂直于对应的两个所述子线圈，该极化导线中间段的两端分别连接有绕线圈数相同的所述子线圈；同一组的两个所述子线圈与相同对内另一组的两个所述子线圈相互包裹；同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区重叠，从而使所述双向极化区和单向极化区重合。采用以上设计，其优点在于同一对的两个极化线圈组的单向极化区完全重叠，从而使得二者之间的极化作用区域最大化，且相应的两个推动线圈对该区域内的磁颗粒的推动作用力是对称的，有利于磁颗粒向该双向极化区的中心面聚集。作为优选技术方案，上述子线圈为正方形线圈，其边长为L；同一组的两个所述子线圈之间的距离为D；D＝L/2；所述推动线圈(120)为螺线管，其半径为r，所述推动线圈(120)的内侧内端面到所述磁调控区(130)中心的距离为d，采用以上设计，其优点在于：一方面，两个线圈环之间的距离保证单向极化区内的磁场近似于均匀磁场，使得分散在磁调控区域内的各个磁性颗粒受到的极化磁场的作用一致；另一方面，根据通电螺线管的磁场分布特点可知，在满足上述距离参数的条件下，通电螺线管在磁调控区域中心处的磁场强度趋于零，因而可以避免在推动磁性颗粒运动过程中磁性颗粒沿着一个方向越过磁调控区域中心，并避免磁调控区域中心另一侧的磁颗粒受到推动力而向磁调控区边缘移动，各个方向依次推动磁性颗粒，使得所有磁性颗粒可以高度聚集在磁调控区域中心处。有益效果：采用本专利技术的有益效果是，依次对各个线圈对内的极化线圈组和推动线圈通电，通电过程连续变化，在空间内形成规律变化的旋转极化磁场和旋转推动磁场，逐渐推动磁性颗粒从相应的方向向着磁调控区的中心聚集，该方法可以高度可控地实现磁性颗粒的聚集。附图说明图1为实施例一的结构示意图；图2为图1的俯视图；图3为线圈对的结构示意图；图4为实施例二的结构示意图；图5为采用实施例三或四的方法在平面内调控磁颗粒聚集的过程，图中展示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，设置磁控装置，该磁控装置包括两对线圈对(100)，一对所述线圈对(100)包括两组极化线圈组，一组所述极化线圈组包括两个子线圈；同一组的两个所述子线圈平行、正对设置，且导线绕向相同，同一组的两个所述子线圈之间形成单向极化区；同一对的两个所述极化线圈组的子线圈的中心线重合；同一对的两个所述极化线圈组的导线绕向相反，同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区互有交叉，以形成双向极化区；一对所述线圈对(100)还包括两个推动线圈(120)，两个所述推动线圈(120)的中心线与同一对内的所述子线圈的中心线重合，形成调控中心线；两个所述推动线圈(120)分别位于对应的所述双向极化区的两侧，两个所述推动线圈(120)的内端分别朝向对应的所述双向极化区，两个所述推动线圈(120)分别与同一对的两组所述极化线圈组一一对应配合；两对所述线圈对(100)的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区(130)，两对所述线圈对(100)的调控中心线垂直相交于所述磁调控区(130)的中心；将两对所述线圈对(100)的调控中心线分别记为X轴和Y轴，将X轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为X+向极化线圈组和X‑向极化线圈组，将X轴方向上的两个所述推动线圈(120)分别记为X+向推动线圈和X‑向推动线圈；将Y轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为Y+向极化线圈组和Y‑向极化线圈组，将Y轴方向上的两个所述推动线圈(120)分别记为Y+向推动线圈和Y‑向推动线圈；将一组所述极化线圈组和对应的所述推动线圈(120)记为一个单向极化‑推动组；步骤二，将分散的磁颗粒置于所述磁调控区(130)；步骤三，单向极化，对任一组所述极化线圈组通电，持续时间为Tj，以在所述磁调控区(130)内形成均匀磁场，所述磁颗粒的两极朝向在所述均匀磁场的作用下自适应转动而取向，之后断电，完成单向极化；步骤四，单向推动，对同一个所述单向极化‑推动组内的所述推动线圈(120)通电，持续时间为Tt，以在所述磁调控区(130)内形成推动磁场，并控制该通电的推动线圈(120)的磁极方向，使其推动所述磁颗粒与之远离，之后断电；步骤五，中心聚集，重复步骤三和步骤四，依次使X+向、Y+向、X‑向、Y‑向的所述单向极化‑推动组工作，形成一个调控周期；重复以上调控周期直至所述磁颗粒聚集在所述磁调控区(130)的中心。...

【技术特征摘要】
1.一种空间内磁颗粒调控聚集方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一，设置磁控装置，该磁控装置包括两对线圈对(100)，一对所述线圈对(100)包括两组极化线圈组，一组所述极化线圈组包括两个子线圈；同一组的两个所述子线圈平行、正对设置，且导线绕向相同，同一组的两个所述子线圈之间形成单向极化区；同一对的两个所述极化线圈组的子线圈的中心线重合；同一对的两个所述极化线圈组的导线绕向相反，同一对的两个所述极化线圈组的单向极化区互有交叉，以形成双向极化区；一对所述线圈对(100)还包括两个推动线圈(120)，两个所述推动线圈(120)的中心线与同一对内的所述子线圈的中心线重合，形成调控中心线；两个所述推动线圈(120)分别位于对应的所述双向极化区的两侧，两个所述推动线圈(120)的内端分别朝向对应的所述双向极化区，两个所述推动线圈(120)分别与同一对的两组所述极化线圈组一一对应配合；两对所述线圈对(100)的双向极化区互有交叉，以形成磁调控区(130)，两对所述线圈对(100)的调控中心线垂直相交于所述磁调控区(130)的中心；将两对所述线圈对(100)的调控中心线分别记为X轴和Y轴，将X轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为X+向极化线圈组和X-向极化线圈组，将X轴方向上的两个所述推动线圈(120)分别记为X+向推动线圈和X-向推动线圈；将Y轴方向上的两组所述极化线圈组分别记为Y+向极化线圈组和Y-向极化线圈组，将Y轴方向上的两个所述推动线圈(120)分别记为Y+向推动线圈和Y-向推动线圈；将一组所述极化线圈组和对应的所述推动线圈(120)记为一个单向极化-推动组；步骤二，将分散的磁颗粒置于所述磁调控区(130)；步骤三，单向极化，对任一组所述极化线圈组通电，持续时间为Tj，以在所述磁调控区(130)内形成均匀磁场，所述磁颗粒的两极朝向在所述均匀磁场的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元义，胡兵，陈登明，蔡晓军，马毅龙，邵斌，
申请(专利权)人：上海市第六人民医院，重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：上海,31