Пристрій для створення високоградієнтного магнітного поля в лунках біологічного планшету

Реферат: Пристрій для створення високоградієнтного магнітного поля в лунках біологічного планшету містить постійні магніти, розташовані на магнітопроводі. У полі магнітів установлено біологічний планшет. Кількість постійних магнітів дорівнює або перевищує кількість лунок планшета. Магніти мають циліндричну форму, осьове намагнічування та полярність, яка чергується у двох перпендикулярних напрямках, періодично розташовані на плоскій поверхні магнітопроводу. UA 67861 U (12) UA 67861 U UA 67861 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Галузь застосування корисної моделі - медична техніка. Це обладнання може бути використане в експериментальних дослідженнях впливу магнітного поля на нормальні і пухлинні клітини, а також - при фізіотерапевтичному методі впливу на пухлини різної етіології шляхом введення в організм людини керованих магнітним полем магнітних наночастинок як векторів доставки ліків у задану область організму. Рівень техніки. Біологічний планшет - це багатолункова періодична структура, що використовується для дослідження в системі in vitro впливу магнітного поля на біологічні середовища (клітини різного гістогенезу, які можуть також містити магнітні наночастинки). Для формування магнітного поля із необхідними параметрами в цьому біологічному планшеті необхідно використовувати магнітні системи, що дозволяють одержувати високоградієнтне магнітне поле у кожній лунці цієї структури. Відома магнітна система для активації магнітних наночастинок в біологічних середовищах [Jordan A., Wust P., Scholz R. et al. Magnetic Fluids for Hyperthermia. - P. 569-597. / Scientific and Clinical Applications of Magnetic Carriers. / Ed. Halefi U., Schutt W., Teller J., Zborowski M. - Plenum Press, 1997]. При застосуванні такого пристрою не вдається ефективно керувати рухом магнітних ианочастинок у біологічному середовищі через малий градієнт індукції магнітного поля. Відомий також високоградієнтний магнітний фільтр [Патент № 2190453 RU. Высокоградиентный магнитный фільтр / Гусев Б.А. - Опубл. 10.10.2002], який складається з проточної ємності-каністри, розділеної на секції так, що вихід з першої секції співпадає з входом другої, і в які вставляється матриця з пакетів фільтрувальних феромагнітних матеріалів, що формують магнітну систему очищення проточної рідини від парамагнітних домішок. Для збільшення ефективності очищення магнітна система додатково має постійні магніти, які знаходяться в герметичних тонкостінних касетах із корозійно стійкого матеріалу так, що направленість індукції магнітного поля сусідніх магнітів різна і періодично повторюється. Така конструкція забезпечує високу ефективність очищення рідини від домішок. Однак, описана конструкція фільтру не дозволяє досліджувати вплив магнітного поля на біологічні об'єкти в невеликих об'ємах як на самі клітини, так і в присутності магнітних наночастинок. Найбільш близьким технічним рішенням за сукупністю ознак є пристрій для створення високоградієнтного магнітного поля, що описаний в Патенті РФ [Патент № 2370319 RU. Способ формирования высокоградиентного магнитного поля и устройство для разделения веществ на его основе / Глебов В.А., Ильяшенко Е.И., Глебов А.В. - Опубл. 20.10.2009]. Пристрій для розділення речовин у високоградієнтному магнітному полі виконаний на базі магнітної системи типу відкритої доменної структури у вигляді двох постійних магнітів переважно прямокутної форми (магніти виготовлені із сплавів неодим-залізо-бор, самарій-кобальт або залізо-платина) з протилежною направленістю полярності магнітного поля, які закріплені на спільній основі, яка слугує магнітопроводом і виконана із магнітом’якого матеріалу (наприклад, залізо). На верхніх поверхнях магнітів знаходяться дві тонкі пластини з магнітом'якого матеріалу, які під'єднані до пристрою, що забезпечує рух однієї з пластин і утворює зазор між ними регульованої ширини. Безпосередньо над зазором розміщена підложка з немагнітного матеріалу для сепаруючого матеріалу у вигляді сипучого порошку з магнітними домішками. Однак, конструкція вказаного пристрою не дозволяє створювати високоградієнтне магнітне поле по всій площині біологічного планшета і в кожній його лунці, а також не придатна для дослідження біологічних середовищ у вигляді суспензій. Суть корисної моделі. В основу корисної моделі, що заявляється, поставлена задача: створення пристрою на основі постійних магнітів для одержання сильного високоградієнтного магнітного поля в лунках біологічного планшета. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для створення високоградієнтного магнітного поля в лунках біологічного планшета, що містить постійні магніти, розташовані на магнітопроводі, в полі магнітів установлено біологічний планшет, кількість постійних магнітів дорівнює або перевищує кількість лунок планшета, магніти мають циліндричну форму, осьове намагнічування та полярність, яка чергується у двох перпендикулярних напрямках, періодично розташовані на плоскій поверхні магнітопроводу, мають період, який дорівнює періоду розташування лунок в біологічному планшеті, причому діаметр магнітів d пов'язаний з діаметром лунок D співвідношенням d=(0,7÷0,8)D, а висота магнітів h пов'язана з їх діаметром, як h=(0,7÷1,2)d. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що біологічний планшет установлено з мінімальним зазором над періодично розташованими магнітами так, щоб центр лунок планшета співпадав з центром відповідних магнітів. 1 UA 67861 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Друга додаткова відмінність полягає в тому, що періодично розташовані магніти установлено з мінімальним зазором над біологічним планшетом так, щоб центр лунок планшета співпадав з центром відповідних магнітів. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що одна група періодично розташованих магнітів установлена з мінімальним зазором над біологічним планшетом, а інша група магнітів установлена з мінімальним зазором під біологічним планшетом так, щоб центр лунок планшета співпадав з центром відповідних магнітів, причому, полярність магнітів обох груп, які розташовані біля однієї лунки, має однакову або зустрічну направленість. В порівнянні з прототипом, запропонований пристрій відрізняється наявністю таких ознак: - в полі магнітів установлено біологічний планшет; - кількість постійних магнітів дорівнює або перевищує кількість лунок планшета; - магніти мають циліндричну форму, осьове намагнічування та полярність, яка чергується у двох перпендикулярних напрямках; - магніти періодично розташовані на плоскій поверхні магнітопроводу, мають період, який дорівнює періоду розташування лунок в біологічному планшеті; - діаметр магнітів d пов'язаний з діаметром лунок D співвідношенням d=(0,7÷0,8)D, а висота магнітів h пов'язана з їх діаметром, як h=(0,7÷1,2)d. Всі вищенаведені ознаки є суттєвими, кожна окремо і в сукупності забезпечують досягнення поставленої задачі. Найкращі варіанти реалізації корисної моделі. Пристрій, що пропонується, розроблено для одержання сильного високоградієнтного магнітного поля, однакового в усіх лунках біологічного планшета, а звідси і одержання значної магнітної сили, що діє на магнітні наночастинки, які знаходяться в цих лунках. Відомо, що в постійному магнітному полі на магніточутливі наночастинки діє сила, яка залежить як від величини поля (індукції В), так і від просторових похідних компонентів цього поля, тобто - від ступеню неоднорідності поля в зоні розташування магнітної частинки (В × grad/B/). Така складна залежність для величини магнітної сили пояснює необхідність створення спеціальних магнітних систем, які мають максимальні значення для магнітної сили в кожній просторовій точці робочої лунки планшета. Проведені за допомогою комп'ютерного моделювання методом кінцевих елементів обрахунки параметрів (індукції і її градієнта магнітного поля) запропонованої конструкції магнітної системи з постійними магнітами (магніти виготовлені із сплаву неодим-залізо-бор) показали, що для одержання максимально великої магнітної сили у кожній лунці планшета необхідно реалізувати в одному пристрої одночасно такі технічні рішення. - Постійні магніти повинні мати циліндричну форму, яка повторює форму лунок біологічного планшета, що використовується для інкубації клітин. - Магніти повинні бути розташовані на магнітопроводі, що дозволяє збільшити величину індукції магнітного поля в об'ємі лунок, яка змінювалась в межах від 50 до 900 мТл. - Магніти повинні мати періодичне розміщення у двох напрямках, причому період по кожному напрямку повинен дорівнювати періоду розміщення лунок у планшеті по відповідному напрямку. Напрям намагнічування магнітів повинен чергуватися. Лише при такому розміщенні магнітів магнітне поле у кожній лунці буде максимально можливим і поля у всіх лунках будуть рівні за вказаними вище параметрами. Конструкція магнітної системи, в якій реалізовані вказані конструктивні особливості наведена на фіг. 1. - Діаметр постійних магнітів d повинен залежати від діаметра лунок D так, щоб виконувалось співвідношення d=(0,7÷0,8)D. Як показали проведені дослідження за допомогою комп'ютерного моделювання, тільки при такому співвідношенні діаметрів величина градієнта напруженості магнітного поля в області розташування лунок планшета буде максимальною. Це забезпечує одержання максимального значення дії магнітної сили на магнітні наночастинки у біологічному середовищі кожної лунки. - Існує оптимальна висота постійних магнітів h, яка залежить від їх діаметру d згідно співвідношенню h=(0,7÷1,2)d. Проведені дослідження показали, що при h