Пристрій для вимірювання магнітної сприйнятливості магнітних рідин

Реферат: Пристрій для вимірювання магнітної сприйнятливості магнітних рідин має ваги, зразок із магнітною рідиною та магнітну систему, яка створює неоднорідне магнітне поле. На чаші ваг, які є електронними, розміщено підставку із легкого немагнітного матеріалу, на кінці якої закріплено магнітну систему. Висота підставки перевищує характерний розмір загасання магнітного поля розсіяння цієї магнітної системи. В активній зоні магнітної системи розміщено без механічного контакту з нею зразок із магнітною рідиною, положення якого відносно цієї системи фіксовано за допомогою упора, виконаного із тонколистового немагнітного матеріалу, механічно зв'язаного з основою ваг і розміщеного без механічного контакту з магнітною системою та підставкою. UA 72029 U (12) UA 72029 U UA 72029 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Область застосування корисної моделі - медична техніка, яка розробляється для біології та медицини. Це обладнання може бути застосовано в дослідженнях по створенню та використанню магнітної рідини, що містить магнітні наночастинки, а також - у біомедичних дослідженнях при розробці технології магнітокерованої адресної доставки ліків у задану область організму людини або тварини та при створенні технології магнітної гіпертермії пухлин в онкології. Серед відомих пристроїв для вимірювання магнітної сприйнятливості магнітних рідин слід відзначити пристрій, що описано в книзі - Чечерников В. И. Магнитные измерения. М. изд. МГУ, 1969, с. 138 і який містить аналітичні ваги, зразок у вигляді довгого циліндра, частина якого розташована у магнітному полі електромагніта. Недоліком цього пристрою є невисока точність вимірювання та неможливість його використання для вимірювання магнітних властивостей біологічних систем, які мають, як правило, складну не циліндричну форму. Найбільш близьким технічним рішенням за сукупністю ознак є описаний у книзі - Буравихин В.А., Шелковников В.Н., Караванова В.П. Практикум по магнетизму. М.: Высшая школа, 1979. С 41, який прийнято за прототип. Цей пристрій містить аналітичні ваги, зразок із магнітною рідиною, який підвішений на тонкому дроті на одному із плечей ваг, та магнітну систему, яка створює неоднорідне магнітне поле в зоні розміщення зразка та побудована на основі електромагніта. Недоліком цього пристрою є неможливість точної фіксації зразків різної форми та об'єму відносно електромагніта, що знижує точність вимірювання, а також технологічні складності при вимірюванні магнітної сприйнятливості біологічної системи, яка має складну форму та, як правило, великий об'єм. В основу корисної моделі поставлено задачу створення пристрою з підвищеною точністю вимірювання магнітної сприйнятливості магнітної рідини та розширеними функціональними можливостями, які дозволяють вимірювати магнітні властивості біологічних систем, що містять магнітну рідину, за рахунок введення нових елементів та їх розташування. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для вимірювання магнітної сприйнятливості магнітних рідин, який має ваги, зразок із магнітною рідиною та магнітну систему, яка створює неоднорідне магнітне поле, згідно з корисною моделлю, на чаші ваг, які є електронними, розміщено підставку із легкого немагнітного матеріалу, на кінці якої закріплено магнітну систему, причому висота підставки перевищує характерний розмір загасання магнітного поля розсіяння цієї магнітної системи, в активній зоні магнітної системи розміщено без механічного контакту з нею зразок із магнітною рідиною, положення якого відносно цієї системи фіксовано за допомогою упора, виконаного із тонколистового немагнітного матеріалу, механічно зв'язаного з основою ваг і розміщеного без механічного контакту з магнітною системою та підставкою. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що магнітна система має щонайменше один постійний магніт з магнітопроводом, або без нього, що разом створюють у зоні розміщення зразка магнітне поле, яке різко змінюється у напрямку зразка. Друга додаткова відмінність полягає в тому, що магнітна система має котушку зі струмом, постійним або змінним у часі, яка створює у зоні розміщення зразка неоднорідне магнітне поле. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що упор в зоні розміщення зразка має профільовану форму, що дозволяє розмістити зразок в активній зоні магнітної системи саме в області із найбільшою неоднорідністю магнітного поля. В порівнянні з прототипом, запропонований пристрій відрізняється наявністю таких ознак: - на чаші ваг, які є електронними, розміщено підставку із легкого немагнітного матеріалу, на кінці якої закріплено магнітну систему; - висота підставки перевищує характерний розмір загасання магнітного поля розсіяння цієї магнітної системи; - в активній зоні магнітної системи розміщено без механічного контакту з нею зразок із магнітною рідиною, положення якого відносно цієї системи фіксовано за допомогою упора, виконаного із тонколистового немагнітного матеріалу, механічно зв'язаного з основою ваг і розміщеного без механічного контакту з магнітною системою та підставкою. Усі вищенаведені ознаки пристрою є суттєвими, кожна з яких окремо та в сукупності забезпечують досягнення нового технічного результату - підвищення точності вимірювання магнітної сприйнятливості магнітних рідин та розширення функціональних можливостей способу та пристрою в наслідок його поширення на біологічні системи, які містять магнітну рідину. Поставлена задача вирішена завдяки тому, що на етапі визначення магнітної сили, що діє на зразок з рідиною, визначається вага не цього зразка, як це робиться у прототипі, а вага магнітної системи із підставкою, на якій вона закріплена. Це дозволяє, по-перше, використовувати сучасні електронні ваги високої точності та при кожному вимірюванні 1 UA 72029 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 зафіксовувати зразок на однаковій відстані від магнітної системи і тим самим підвищити точність вимірювання. По-друге, при такому підході зразок може мати будь-яку форму та об'єм, наприклад, це може бути біологічна система - миша. При наявності в такій системі магнітної речовини, магнітні характеристики цієї речовини, а також характер їх змінення у часі можуть бути виміряні за допомогою пропонованого пристрою. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями. На фіг. 1 схематично показана конструкція пристрою для вимірювання магнітної сприйнятливості магнітних рідин, де зображено: електронні ваги 1, основа ваг 2, чаша ваг 3, підставка 4, магнітна система з одним постійним магнітом 5, силові лінії магнітного поля магніту 6, зразок із магнітною рідиною 7, магнітна проникливість якої вимірюється на даній установці, упор 8, механічно зв'язаний із основою ваг 2, персональний комп'ютер 9. На фіг. 2 схематично показана конструкція аналогічного пристрою, де як магнітна система використовується котушка зі струмом і де зображено зразок 7, упор 8, котушка 10, що підключена до джерела живлення 11 за допомогою гнучких провідників 12. На фіг. 3 показано конструкцію аналогічного пристрою, в якому як зразок використовується миша, в кровоносну судину якої введено магнітну рідину і де додатково зображено: магнітопровід 13, два постійних магніти 14, активна зона дії магнітного поля 15, миша 16, що використовується як дослідний зразок, магнітна рідина 17, що знаходиться у потоці крові і рухається зі швидкістю v в активну зону. Пристрій для вимірювання магнітної проникливості містить (фіг. 1) електронні ваги 1, що закріплені на нерухомій основі 2. На чаші ваг 3 розміщено підставку 4, виконану із легкого немагнітного матеріалу, на кінці якої закріплено магнітну систему 5, що створює неоднорідне магнітне поле в активній зоні розташування зразка із магнітною рідиною. Висота підставки Н повинна перевищувати характерний розмір загасання магнітного поля розсіяння цієї магнітної системи h (показано силові лінії 6) для того, щоб це магнітне поле не впливало на роботу електронних ваг. Для того, щоб розмістити зразок із магнітною рідиною 7 на точно фіксованій відстані від магнітної системи 5, в пристрої встановлено упор 8, виконаний із тонколистового немагнітного матеріалу, який механічно зв'язаний з основою ваг 2 та не торкається магнітної системи із підставкою (щоб не впливати на їх вагу). У разі необхідності визначення закону змінення у часі магнітної сприйнятливості матеріалу зразка, в пристрої передбачено використання персонального комп'ютера 9, який має кабельний зв'язок із електронними вагами і записує показники цих ваг в пам'ять комп'ютера в залежності від часу. На фіг. 2 зображено схему пристрою в разі, коли необхідно досліджувати магнітні властивості магнітної рідини у змінному у часі магнітному полі (за гармонійним або пульсуючим законом). При цьому як магнітна система використовується котушка зі струмом 10. Для живлення цієї котушки використовується джерело живлення 11, що створює відповідно гармонійний або пульсуючий струм у її витках. Для електричного з'єднання цього джерела із котушкою необхідно використовувати гнучкі провідники 12, які не будуть впливати на процес зважування цієї котушки із підставкою. Для того, щоб зразок з магнітною рідиною був розміщений саме в зоні магнітного поля із найбільшою неоднорідністю (де на нього буде діяти найбільша магнітна сила), упор 6 в активній зоні повинен бути профільованим. На фіг. 3 показано, що у разі необхідності дослідження магнітних властивостей біологічної системи, яка містить магнітну рідину, наприклад, миші 16, вона може бути розміщена на упорі 8. При цьому магнітна система 13, 14 повинна мати вузьку активну зону, показану пунктирною кривою 15. Для створення магнітної системи із такою зоною необхідно використовувати два або більше постійних магнітів 14, закріплених на магнітопроводі 13, виконаному із феромагнітного матеріалу. Так, після введення, наприклад, за допомогою шприца, магнітної рідини 17 у потік крові миші, можна досліджувати характер руху цієї рідини (яка рухається зі швидкістю v) за показаннями ваг, а саме - при наближенні цієї рідини до активної зони магнітної системи показання ваг будуть збільшуватися, а при віддалені - зменшуватися. При цьому вимірювання максимального значення магнітної сили, що діє на зразок, дозволить визначити кількість магнітної рідини, що надійшла в активну зону. Такі дослідження є важливими при розробці сучасних методів лікування в галузі магнітної наномедицини. При вимірюванні магнітної сприйнятливості матеріалу зразка за допомогою пропонованого пристрою виконують наступні операції: - на чаші електронних ваг 3 встановлюють підставку 4 із магнітною системою 5 та визначають сумарну їх вагу при відсутності зразка з магнітною рідиною; - далі в активній зоні магнітної системи без механічного контакту з нею розміщують зразок із магнітною рідиною 7, положення якого фіксується за допомогою упора 8, та визначають сумарну вагу магнітної системи та підставки при наявності зразка; 2 UA 72029 U 5 10 15 - за різницею двох вагових вимірювань магнітної системи із підставкою знаходять по тарувальних кривих середнє значення магнітної сприйнятливості магнітної рідини. При побудові тарувальних кривих можуть використовуватися як результати експериментальних досліджень, так і результати комп'ютерних розрахунків магнітної сили, що діє на зразок з рідиною; при необхідності визначення характеру змінення магнітної сприйнятливості у часі, фіксують значення ваги магнітної системи та підставки при наявності зразка у різні моменти часу або передають ці дані у комп'ютер 9 по кабелю, що зв'язаний із вагами. Далі за різницею двох вагових вимірювань знаходять по тарувальних кривих середнє значення магнітної сприйнятливості магнітної рідини у кожний момент часу. При вимірюванні магнітної сприйнятливості біологічної системи послідовність всіх операцій залишається такою ж самою, з тією різницею, що закон змінення у часі показань ваг буде більш складним, крім того, використовують спеціальні тарувальні криві, для отримання яких необхідно проводити додаткові дослідження. Дане технічне рішення дозволяє одержати новий технічний результат і на теперішній час реалізоване у двох дослідних зразках, які використовуються в лабораторних умовах для вимірювання магнітної сприйнятливості магнітної рідини, що містить магнітні наночастинки на основі магнетиту та застосовується при проведенні біомедичних досліджень. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Пристрій для вимірювання магнітної сприйнятливості магнітних рідин, що має ваги, зразок із магнітною рідиною та магнітну систему, яка створює неоднорідне магнітне поле, який відрізняється тим, що на чаші ваг, які є електронними, розміщено підставку із легкого немагнітного матеріалу, на кінці якої закріплено магнітну систему, причому висота підставки перевищує характерний розмір загасання магнітного поля розсіяння цієї магнітної системи, в активній зоні магнітної системи розміщено без механічного контакту з нею зразок із магнітною рідиною, положення якого відносно цієї системи фіксовано за допомогою упора, виконаного із тонколистового немагнітного матеріалу, механічно зв'язаного з основою ваг і розміщеного без механічного контакту з магнітною системою та підставкою. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що магнітна система має щонайменше один постійний магніт з магнітопроводом, або без нього, що разом створюють у зоні розміщення зразка магнітне поле, яке різко змінюється у напрямку зразка. 3. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що магнітна система має котушку зі струмом, постійним або змінним у часі, яка створює у зоні розміщення зразка неоднорідне магнітне поле. 4. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що упор в зоні розміщення зразка має профільовану форму, що дозволяє розмістити зразок в активній зоні магнітної системи саме в області із найбільшою неоднорідністю магнітного поля. 3 UA 72029 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4