磁珠的原理及应用

第一篇：磁珠的原理及应用

http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛 引言

由于电磁兼容的迫切要求，电磁干扰(EMI)抑制元件获得了广泛的应用。然而实际应用中的电磁兼容问题十分复杂，单单依靠理论知识是完全不够的，它更依赖于广大电子工程师的实际经验。为了更好地解决电子产品的电磁兼容性这一问题，还要考虑接地、电路与PCB板设计、电缆设计、屏蔽设计等问题[1][2]。本文通过介绍磁珠的基本原理和特性来说明它在开关电源电磁兼容设计中的重要性与应用，以期为设计者在设计新产品时提供必要的参考。

磁珠及其工作原理

磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体是一种立方晶格结构的亚铁磁性材料，铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，它可以使电感的线圈绕组之间在高频高阻的情况下产生的电容最小。铁氧体材料通常应用于高频情况，因为在低频时它们主要呈现电感特性，使得损耗很小。在高频情况下，它们主要呈现电抗特性并且随频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高 频衰减器使用的。实际上，铁氧体可以较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由它的电阻特性决定的。

对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增加。因此它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，如图1所示，电感L和电阻R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。

(a)安装图

(b)高频等效电路 http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

(c)电路符号 图1 铁氧体磁珠

在高频段，阻抗主要由电阻成分构成，随着频率的升高，磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小，但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式消耗掉。在低频段，阻抗主要由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率较高，因此电感量较大，电感L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高品质因素Q特性的电感，这种电感容易造成谐振，因此在低频段时可能会出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象[3]。

磁珠种类很多，制造商会提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加元件阻抗(穿过磁珠次数的平方)，不过在高频时所增加的抑制噪声能力可能不如预期的多，可以采用多串联几个磁珠的办法。

值得注意的是，高频噪声的能量是通过铁氧体磁矩与晶格的耦合而转变为热能散发出去的，并非将噪声导入地或者阻挡回去，如旁路电容那样。因而，在电路中安装铁氧体磁珠时，不需要为它设置接地点。这是铁氧体磁珠的突出优点[4]。

磁珠和电感

3.1磁珠和电感的区别

磁珠由氧磁体组成，电感由磁芯和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去，因此说电感是储能元件，而磁珠是能量转换(消耗)器件。电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题。磁珠是用来吸收超高频信号，例如一些RF电路、PLL、振荡电路、含超高频存储器电路(DDR SDRAM，RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路、中低频的滤波电路等，其应用频率范围很少超过50MHZ。地的连接一般用电感，电源的连接也用电感，而对信号线则常采用磁珠。

3.2片式磁珠与片式电感

3.2.1片式电感

在电子设备的PCB板电路中会大量使用感性元件和EMI滤波器元件，这些元件包括片式电感和片式磁珠。在需要使用片式电感的场合，要求电感实现以下两个基本功能：电路谐振和扼流电抗。谐振电路http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

包括谐振发生电路、振荡电路、时钟电路、脉冲电路、波形发生电路等。谐振电路还包括高Q带通滤波器电路。要使电路产生谐振，必须有电容和电感同时存在于电路中。在电感的两端存在寄生电容，这是由于器件两个电极之间的铁氧体本体相当于电容介质而产生的。在谐振电路中，电感必须具有高品质因素Q，窄的电感偏差，稳定的温度系数，才能达到谐振电路窄带，低的频率温度漂移的要求。高Q电路具有尖锐的谐振峰值。窄的电感偏置保证谐振频率偏差尽量小。稳定的温度系数保证谐振频率具有稳定的温度变化特性。标准的径向引出电感和轴向引出电感以及片式电感的差异仅仅在于封装不一样。电感结构包括介质材料(通常为氧化铝陶瓷材料)上绕制线圈，或者空心线圈以及铁磁性材料上绕制线圈。在功率应用场合，作为扼流圈使用时，电感的主要参数是直流电阻(DCR，定义为元件在没有交流信号下的直流电阻)、额定电流和低Q值。当作为滤波器使用时，希望宽的带宽特性，因此并不需要电感的高Q特性，低的直流电阻(DCR)可以保证最小的电压降。

3.2.2 片式磁珠

片式磁珠是目前应用、发展很快的一种抗干扰元件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显著。片式磁珠由软磁铁氧体材料组成，片式铁氧体磁珠的结构和等效电路如图2所示，实质上它就是1个叠层型片式电感器，是由铁氧体磁性材料与导体线圈组成的叠层型独石结构。由于在高温下烧结而成，因而具有致密性好、可靠性高等优点。两端的电极由银/镍/焊锡3层构成，可满足再流焊和波峰焊的要求。在图2所示的等效电路中，R代表由于铁氧体材料的损耗(主要是磁损耗)以及导体线圈的欧盟损耗而引起的等效电阻，C是导体线圈的寄生电容。

(a)片式铁氧体磁珠外形

(b)片式铁氧体磁珠的结构 http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

(c)等效电路

图2 片式铁氧体磁珠的结构与等效电路

片式磁珠的功能主要是消除存在于传输线结构(PCB电路)中的RF噪声，RF能量是叠加在直流传输电平上的交流正弦波成分，直流成分是需要的有用信号，而射频RF能量却是无用的电磁干扰沿着线路传输和辐射(EMI)。要消除这些不需要的信号能量，使用片式磁珠扮演高频电阻的角色(衰减器)，该器件允许直流信号通过，而滤除交流信号。通常高频信号为30MHz以上，但是低频信号也会受到片式磁珠的影响。

片式磁珠不仅具有小型化和轻量化的优点，而且在射频噪声频率范围内具有高阻抗特性，可以消除传输线中的电磁干扰。片式磁珠能够降低直流电阻，以免对有用信号产生过大的衰减。片式磁珠还具有显著的高频特性和阻抗特性，能更好的消除RF能量。在高频放大电路中还能消除寄生振荡。有效的工作在几个MHz到几百MHz的频率范围内[5] [6]。

片式磁珠在过大的直流电压下，阻抗特性会受到影响，另外，如果工作温升过高，或者外部磁场过大，磁珠的阻抗都会受到不利的影响。

3.2.3 片式电感与片式磁珠的使用

是使用片式磁珠还是片式电感主要还在于应用。在谐振电路中需要使用片式电感，而在需要消除不需要的EMI噪声时，则使用片式磁珠是最佳的选择。片式电感的应用场合主要有： 射频(RF)和无线通讯，信息技术设备，雷达检波器，汽车电子，蜂窝电话，寻呼机，音频设备，PDAs(个人数字助理)，无线遥控系统以及低压供电模块等。片式磁珠的应用场合主要有： 时钟发生电路，模拟电路和数字电路之间的滤波，I/O输入/输出内部连接器(比如串口、并口、键盘、鼠标、长途电信、本地局域网等)，射频(RF)电路和易受干扰的逻辑设备之间，供电电路中滤除高频传导干扰，计算机，打印机，录像机，电视系统和手提电话中的EMI噪声抑止。

4磁珠的选用与应用

由于铁氧体磁珠在电路中使用能够增加高频损耗而又不引入直流损耗，而且体积小、便于安装在区间的引线或者导线上，对于1MHz以上的噪声信号抑制效果十分明显，因此可用作高频电路的去耦、滤波以及寄生振荡的抑制等。特别对消除电路内部由开关器件引起的电流突变和滤波电源线或其它导线引入电路的高频噪声干扰效果明显。低阻抗的供电回路、谐振电路、丙类功率放大器以及可控硅开关电路等，使用铁氧体磁珠进行滤波都是十分有效的。铁氧体磁珠一般可以分为电阻性和电感性两类，使用时http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

可以根据需要选取。单个磁珠的阻抗一般为十至几百欧姆，应用时如果一个衰减量不够时可以用多个磁珠串联使用，但是通常三个以上时效果就不会再明显增加了[7]。如图3示出了利用两只电感性铁氧体磁珠构成的高频LC滤波器电路，该电路可有效的吸收由高频振荡器产生的振荡信号而不致窜入负载，并且不降低负载上的直流电压。

图3 利用电感性铁氧体磁珠构成的LC高频滤波器电路

由于任何传输线都不可避免的存在着引线电阻、引线电感和杂散电容，因此，一个标准的脉冲信号在经过较长传输线后，极易产生上冲及振铃现象。大量的实验证明，引线电阻可使脉冲的平均振幅减小，而引线电感和杂散电容的存在，则是产生上冲和振铃的根本原因。在脉冲前沿上升时间相同的条件下，引线电感越大，上冲及振铃现象就越严重，杂散电容越大，则使波形的上升时间越长，而引线电阻的增加，将使脉冲的振幅减小。在实际电路中，可以利用串联电阻的方法来减小和抑制上冲及振铃。图4给出了利用一个电阻性铁氧体磁珠来消除两只快速逻辑门之间由于长线传输而引起的振铃现象。

(a)电路图

(b)波形图

图4 利 用电阻性铁氧体磁珠消除振铃现象 http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

铁氧体抑制元件还广泛应用于印制电路板、电源线和数据线上。如在印制板的电源线入口端加上铁氧体磁珠，就可以滤除高频干扰。铁氧体磁环或磁珠专用于抑制信号线、电源线上的高频干扰和尖峰干扰，它也具有吸收静电放电脉冲干扰的能力。两个元件的数值大小与磁珠的长度成正比，而且磁珠的长度对抑制效果有明显影响，磁珠长度越长抑制效果越好。

普通滤波器是由无损耗的电抗元件构成的，它在线路中的作用是将阻带频率反射回信号源，所以这类滤波器又叫反射滤波器。当反射滤波器与信号源阻抗不匹配时，就会有一部分能量被反射回信号源，造成干扰电平的增强。为解决这一弊病，可在滤波器的进线上使用铁氧体磁环或磁珠套，利用磁环或磁珠对高频信号的涡流损耗，把高频成分转化为热损耗。因此磁环和磁珠实际上对高频成分起吸收作用，所以有时也称之为吸收滤波器。

不同的铁氧体抑制元件，有不同的最佳抑制频率范围。通常磁导率越高，抑制的频率就越低。此外，铁氧体的体积越大，抑制效果越好。在体积一定时，长而细的形状比短而粗的抑制效果好，内径越小抑制效果也越好。但在有直流或交流偏流的情况下，还存在铁氧体饱和的问题，抑制元件横截面越大，越不易饱和，可承受的偏流越大。

EMI吸收磁环/磁珠抑制差模干扰时，通过它的电流值正比于其体积，两者失调造成饱和，降低了元件性能；抑制共模干扰时，将电源的两根线(正负)同时穿过一个磁环，有效信号为差模信号，EMI吸收磁环/磁珠对其没有任何影响，而对于共模信号则会表现出较大的电感量。磁环的使用中还有一个较好的方法是让穿过的磁环的导线反复绕几下，以增加电感量。可以根据它对电磁干扰的抑制原理，合理使用它的抑制作用。

铁氧体抑制元件应当安装在靠近干扰源的地方。对于输入/输出电路，应尽量靠近屏蔽壳的进、出口处。对铁氧体磁环和磁珠构成的吸收滤波器，除了应选用高磁导率的有耗材料外，还要注意它的应用场合。它们在线路中对高频成分所呈现的电阻大约是十至几百欧姆，因此它在高阻抗电路中的作用并不明显，相反，在低阻抗电路(如功率分配、电源或射频电路)中使用将非常有效[3]。

结论

近年来，由于电磁兼容的迫切要求，铁氧体磁珠得到了广泛的应用，尤其是片式铁氧体磁珠。在各种现代电子产品中，为了达到电磁兼容的要求，几乎都采用了这类元件。但值得注意的是，这类元件品种繁多，性能各异，不像阻容元件那样的系列化、标准化，所以，必须全面了解各种铁氧体磁珠的特性，并根据实际情况，恰当的选择与使用这些元件才能收到满意的效果。贴片磁珠参数: 以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例，其型号各字段含义依次为： HH 是其一个系列，主要用于电源滤波，用于信号线是HB系列； 1 表示一个组件封装了一个磁珠，若为4则是并排封装四个的； H 表示组成物质，H、C、M为中频应用（50－200MHz），T低频应用（50MHz），S高频应用（200MHz）；

3216 封装尺寸，长3.2mm，宽1.6mm，即1206封装； 500 阻抗（一般为100MHz时），50(50X 10

0)ohm。http://www.xiexiebang.com 电子发烧友 http://bbs.elecfans.com 电子技术论坛

其产品参数主要有三项：

阻抗[Z]@100MHz(ohm欧姆): Typical(典型值)50, Minimum(最小值)37;直流电阻DC Resistance(直流阻抗)(m ohm): Maximum(最大值)20;额定电流Rated Current(mA): 2500.

第二篇：磁珠原理及其在开关电源中的应用

磁珠原理及其在开关电源中的应用

导 读：由于电磁兼容的迫切要求，电磁干扰(EMI)抑制元件获得了广泛的应用。然而实际应用中的电磁兼容问题十分复杂，单单依靠理论知识是完全不够的，它更依赖于广大电子工程师的实际经验。为了更好地解决电子产品的电磁兼容性这一问题，还要考虑接地、电路与PCB板设计、电缆设计、屏蔽设计等问题。本文通过介绍磁珠的基本原理和特性来说明它在开关电源电磁兼容设计中的重要性与应用，以期为设计者在设计新产品时提供必要的参考。

磁珠及其工作原理

磁珠的主要原料为铁氧体，铁氧体是一种立 方晶格结构的亚铁磁性材料，铁氧体材料为铁镁合金或铁镍合金，它的制造工艺和机械性能与陶瓷相似，颜色为灰黑色。电磁干扰滤波器中经常使用的一类磁芯就是 铁氧体材料，许多厂商都提供专门用于电磁干扰抑制的铁氧体材料。这种材料的特点是高频损耗非常大，具有很高的导磁率，它可以使电感的线圈绕组之间在高频高 阻的情况下产生的电容最小。新晨阳铁氧体材料通常应用于高频情况，因为在低频时它们主要呈现电感特性，使得损耗很小。在高频情况下，它们主要呈现电抗特性并且随 频率改变。实际应用中，铁氧体材料是作为射频电路的高 频衰减器使用的。实际上，铁氧体可以较好的等效于电阻以及电感的并联，低频下电阻被电感短路，高频下电感阻抗变得相当高，以至于电流全部通过电阻。铁氧体 是一个消耗装置，高频能量在上面转化为热能，这是由它的电阻特性决定的。

对于抑制电磁干扰用的铁氧体，最重要的性能参数为磁导率和饱和磁通密度。磁导率可以表示为复数，实数部分构成电感，虚数部分代表损耗，随着频率的增加而增 加。因此它的等效电路为由电感L和电阻R组成的串联电路，电感L和电阻R都是频率的函数。当导线穿过这种铁氧体磁芯时，所构成的电感阻抗在形式上是随着频 率的升高而增加，但是在不同频率时其机理是完全不同的。在高频段，阻抗主要由电阻成分构成，随着频率的升高，新晨阳电容电感磁芯的磁导率降低，导致电感的电感量减小，感抗成分减小，但是，这时磁芯的损耗增加，电阻成分增加，导致总的阻抗增加，当高频信号通过铁氧体时，电磁干扰被吸收并转换成热能的形式消耗掉。在低频段，阻抗主要由电感的感抗构成，低频时R很小，磁芯的磁导率 较高，因此电感量较大，电感L起主要作用，电磁干扰被反射而受到抑制，并且这时磁芯的损耗较小，整个器件是一个低损耗、高品质因素Q特性的电感，这种电感 容易造成谐振，因此在低频段时可能会出现使用铁氧体磁珠后干扰增强的现象。

磁珠种类很多，制造商会提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加元件阻抗(穿过磁珠次数的平方)，不过在高频时所增加的抑制噪声能力可能不如预期的多，可以采用多串联几个磁珠的办法。

值得注意的是，高频噪声的能量是通过铁氧体磁矩与晶格的耦合而转变为热能散发出去的，并非将噪声导入地或者阻挡回去，如旁路电容那样。因而，在电路中安装铁氧体磁珠时，不需要为它设置接地点。这是铁氧体磁珠的突出优点。

关键字：磁珠 电感

第三篇：磁珠分离技术

磁珠分离技术

摘要:磁珠分离技术是一种分子生物学分离技术, 它利用其表面修饰的磁性颗粒对生物分子或细胞的亲和结合而进行分离, 能对待分离或待检测的靶标进行高 效富集, 是一种方便、快速、回收率高、选择性强的方法。磁珠分离技术在生物学方面的应用始于20世纪70年代后期, 目前已经在分子生物学、细胞学、免疫学、微生物学、生物化学等领域取得一些令人瞩目的研究成果。

基本概念

磁珠

磁珠是一种通过一定方法将磁性无机粒子与有机高分子结合形成的具有一定磁性及特殊结构的体积在几纳米到几十微米之间的载体微球。载体微球的核心为金属小颗粒, 常为铁的氧化物或铁的硫化物, 核心外包裹一层高分子材料, 最外层是功能基团, 载体微球表面可根据需要赋予不同的功能基团(如－OH、－COOH、－CHO、－NH2,—SH、—CONO2、—CONH2、—SO3H、—SiH3、—环氧基、—CHCl等)，使其表现具有疏水-亲水、非极性-极性、带正电荷-带负电荷等不同物理性质。同时具有磁响应性，在外磁场作用下具有磁导向性。由于载体微球表现的物理性质不同, 可结合不同的免疫配基, 如抗体、抗原、DNA、RNA 等。

应用于磁分离技术的磁性载体微球应具备以下特点: 粒径比较小, 比表面积较大, 具有较大的吸附容量;物理和化学性能稳定, 具有较高的机械强度, 使用寿命长;具有可活化的反应基团, 以用于亲和配基的固定化;粒径均一, 能形成单分散体系;悬浮性好, 便于反应的有效进行。载体微球有纳米级、微粒级的, 纳米级的载体微球与微粒级的载体微球相比具有以下优点: 尺寸小, 扩散速度快, 悬浮稳定性好;比表面积大, 偶联容量大;超顺磁性, 能快速实现磁性粒子的分散与回收。

磁珠的制备方法：共沉淀法、悬浮聚合法、乳液聚合法、分散聚合法、包埋法及原子转移自由基聚合法等。免疫磁珠 免疫磁珠(Immunomagnetic bead, IMB)简称磁珠,免疫磁珠由载体微球和免疫配基结合而成。免疫磁珠的大小和形状的均一性, 可使靶细胞迅速和有效地结合到磁珠上;它的球形结构可消除与不规则形状粒子有关的非特异性结合;超顺磁性可使磁珠置于磁场时, 显示其磁性, 从磁场移出时, 磁性消除, 磁珠分散;保护性壳可防止金属颗粒漏出。

将磁珠按磁珠功能基结合的蛋白质不同分为: 包被一抗的磁珠、包被二抗的磁珠、未包被的磁珠和包被抗生物素的磁珠。并针对不同抗原制出包被相应抗体的试剂盒,方便了使用。

免疫磁珠的主要特点有: 分离速度快、效率高、可重复性好;操作简单、不需要昂贵的仪器设备;不影响被分离细胞或其它生物材料的生物学性状和功能 免疫磁珠标记方法 1 直接磁珠和直接标记法：通过物理吸附和共价键结合直接将特意性抗体与磁珠耦合，然后再与相应细胞结合，形成细胞-抗原-抗体-磁珠复合物，在外磁场下直接分离目的细胞。快速、简单、特异性和细胞得率高，灵敏度低，需制备相应的偶联抗体磁珠。2 间接磁珠和间接标记法：使用anti-lg等与磁珠偶联，通过Anti-lg再使磁珠与二抗体偶联，分离细胞时，先使细胞与一抗特异性结合，然后在与一抗标记磁珠结合，形成细胞-1抗-2抗-anti-lg-磁珠复合体，在外磁场下分离目的细胞的方法。该法增加了细胞的洗涤步骤，特异性也会降低。该法一般用于①没有直标磁珠抗体②需用几种抗体去除多种细胞③目的细胞上特异性抗原分子表达水平低。

免疫磁珠分选方法 阳性分选：运用特异性抗体偶联磁珠直接从细胞混合物中分离目的细胞的分选方法称为positive selection.阳性分选中磁珠标记的细胞即为目的细胞。该法简单、快速、细胞得率和纯度较高。如采用anti-CD14磁珠分选CD14+巨噬细胞。阴性分选：用抗体偶联磁珠去除无关细胞，使目的细胞得以纯化和分离的分选方法称为negative selection.阴性分选中磁珠标记的细胞为非目的细胞。如分离CD4+T细胞时，由于没有专用的CD4+T细胞分选磁珠，可通过anti-CD8、anti-B220、anti-CD49b、anti-CD11b、anti-Ter119标记磁珠去除CD8+T细胞、B细胞、NK细胞、DC细胞、巨噬细胞、粒细胞等，最终而获得较纯的CD4+T细胞。因此阴性分选法适用于：①从细胞混合物中去除某种类型细胞。如肿瘤细胞。②缺乏针对目的细胞筛选的特异性抗体磁珠时。③抗体和目的细胞结合可能诱导细胞活化，影响后续细胞功能分析时。复合分选：将阴性分选和阳性分选相结合的分选方法。当目的细胞含量特别低，无法直接进行阳性分选时，可采用阴性分选发先出去其他杂细胞，当目的细胞富集到一定程度时在采用阳性分选发筛选目的细胞。

基本原理

特异性及非特异性的磁珠分离技术

特异性磁珠分离技术 免疫磁珠分离技术是一种特异性磁分离技术。免疫磁珠既可结合活性蛋白质(抗体), 又可被磁铁所吸引, 经过一定处理后, 可将抗体结合在磁珠上, 使之成为抗体的载体, 磁珠上抗体与特异性抗原物质结合后, 则形成抗原一抗体一磁珠免疫复合物, 这种复合物在磁力作用下, 发生力学移动, 使复合物与其它物质分离,而达到分离特异性抗原的目的。免疫磁珠作用方式有直接法和间接法。直接法是先用抗体包被磁珠, 使抗体与磁珠结合(物理吸附或化学结合), 再加人抗原物质, 二者结合形成复合物,在磁力的作用下, 与其它物质分离。间接法是先用羊抗鼠IgG(第二抗体)包被磁珠, 使磁珠作为第二抗体的载体, 当抗原与第一抗体结合后, 加入带有第二抗体的磁珠, 磁珠上第二抗体便与第一抗体结合, 形成磁珠一第二抗体~ 第一抗体一抗原复合物, 在磁力的作用下, 与其它物质分离。

这里值得提及的是免疫磁珠的功能基团主要与蛋白结合, 但是借助亲和素一生物素系统,还能使免疫磁珠与非蛋白质结合, 如各种DNA、RNA 分子等, 从而使免疫磁珠发挥更大作用。非特异性磁珠分离技术

裸磁珠分离技术: 裸磁珠是指尚未包被抗体的磁性载体微球。有研究表明具有超顺磁性的裸磁珠能非特异性的吸附细菌 , 把裸磁珠加入到待检样品中, 裸磁珠可以和样品中的细菌发生非特异性的吸附, 裸磁珠细菌结合物在外加磁场的作用下向磁极方向聚集后, 弃去检样混合液, 反复洗涤,可使致病菌与样品得到分离, 目标菌得到浓缩。当食源性疾病发生时, 往往很难确定食源性致病菌的种类, 用某几种免疫磁珠吸附分离可能会导致漏检, 裸磁珠的非特异性吸附可克服此不足。有关专家对裸磁珠用于样品中多种食源性致病菌的吸附分离和浓缩进行了一定研究。

磁泳分离技术: 刘新星等根据某些细菌具有一定趋磁性的特点提出了一种新的微生物分离方法-磁泳。该方法采用电泳槽、毛细管、永磁体组成磁泳槽, 在远磁槽中加入菌液, 在近磁槽中加入培养基, 体内含有磁性颗粒的细菌在细长的毛细管中借助连续的磁场梯度提供的磁力进行泳动, 而体内没有磁性颗粒的细菌则留在了远磁槽中, 这样具有不同趋磁特性的细菌得到分离。在液体磁泳的基础上进行改进,提出了固体平板磁泳分离细菌的新方法, 通过磁泳分离, 在固体平板上可以得到待分离细菌的单一菌落, 磁泳技术的进一步完善和改进为传统的菌种分离提供了新的途径。

应用范围

特异性的免疫磁珠分离技术目前比较成熟, 在诸多领域得到了广泛应用;非特异性的分离技术研究有待深入, 没有特异性的免疫磁珠分离技术应用广泛。免疫磁珠分离技术的应用范围

它是近年来国内外研究比较热门的一种新的免疫学技术, 它以免疫学为基础, 渗透到病理、生理、药理、微生物、生化及分子遗传学等各个领域, 其应用日趋广泛, 尤其在免疫学检测、细胞分离及蛋白质纯化等方面取得巨大的进展。1.免疫检测

在免疫检测中, 免疫磁珠作为抗体的固相载体, 磁珠上的抗体与特异性抗原结合, 形成抗原抗体复合物, 在磁力作用下, 使特异性抗原与其它物质分离, 克服了放免和普通酶联免疫测定方法的缺点, 无放射性损害。这种磁性分离具有灵敏度高, 检测速度快(l , 一2 小时),特异性高, 重复性好等优点。文献报道利用免疫磁珠可检测出诱导活性T 细胞产生极性现象的膜表面分子, 这种极性现象可通过观察到一个磁珠结合处, 许多T 细胞形成网状微管状结构来判定。其方法是将7 X 10 咯个细胞吸人特殊处理的有机玻璃制成的直径x6 n m, 深4m m的孔内, 培养30 分钟, 待细胞附壁后, 加人包被抗体的磁珠, 磁珠与细胞比例红1 , 混匀, 培养45分钟后置于磁场中,弃去上清, 荧光染色,在荧光显微镜下观察吸附在孔壁底部T 细胞变化, 结果发现人T 细胞系H P B一A L L 中C D 3类T 细胞具有这种极性现象, 而C D Z、C D 6、仁公旦类T 细胞则无极性出现, 由此可检测细胞攀表面的特异分子结构。实验结果显示, 包被抗极性诱导分子C D 3 膜表面分子抗体的磁珠产生的极性现象, 是包被抗其他分子抗体磁珠随机产生极性现象的3。倍, 其结果具有统计学意义。这种技术, 不但可通过产生极性现象来检测表面分子, 亦可通过磁珠包被任何确定的表面分子或结合分子来检测是否可产生极性现象, 从而来判断细胞类型。总之, 用免疫磁珠可检测出各种激素、神经递质、细胞因子、肿瘤相关抗原等。2.细胞分离

细胞分离是免疫磁珠目前应用最主要的一个方面。传统细胞分离技术有密度离心、羊红细胞重新形成、流式细胞等, 这些方法或者比较费时, 或者十分昂贵, 而用免疫磁珠进行细胞分离只需要抗体和一个磁铁, 具有简单、便捷和可靠等优点。分离细胞有两种方式: 直接从细胞混合液中分离出靶细胞的方法, 称为阳性分离(P o s it iv e I s o lo t;o n)。用免疫磁珠去除无关细胞, 使靶细胞得以纯化的方法, 称为阴性分离(N e g a t iv e Is o la t io n)。阳性分离涉及到磁珠与细胞的解离问题, 一种解离方法, 是简单的在摄氏3 7 毛过夜使之分离;此外, D y al l 公司D E T A cH a B E A D 分离系统, 直接解离抗原一抗体, 因此所得到的细胞无抗体残留, 而且没有改变细胞抗原的表达, 细胞的活性或功能也不受影响。已有许多文献报道: 免疫磁珠技术可用来分离人类各种细胞, 如T 淋巴细胞、B 淋巴细胞、内皮细胞.造血祖细胞、单核/ 吞噬细胞及胰岛细胞及多种肿瘤细胞。近来,S h Pa i c)r等利用免疫磁珠技术, 从19 例W 期乳腺癌患者外周血中分离到C :)[ 科+ 的单核细胞P(BM C),离体做C D 34 十细胞增殖实验, 最后将增殖的细抱重新输人病人的体内, 以克服多次大剂量化疗所带来的副作用。具体方法是, 首先给未接受化疗的晚期乳腺癌病人注射环磷酸胺和粒细胞集落刺激因子, 取外周血, 用白细胞提取法收集单核细胞, 将收集到的细胞与包被C D 34 十抗体的磁珠混合, 磁珠与细胞比例为16 : 1,4 C 下培养拍分钟, 磁珠吸引, 弃上清后重新悬浮于溶液中, 在5 纬C O : 培养箱内37.0 ℃ 过夜。第二天移去分离的磁珠, 得到C D 34一卜细胞。此方法获得的C l)3 4十细胞纯度在56 % ~ 92 %。这样获得的C D 34 十细胞再培养结果, 第7 天,细胞增殖15 倍, 第14 天增殖40 倍, 第21 天增殖4 6 倍, 第28 天增殖21 倍。很多研究表明,细胞分离不仅有利于肿瘤细胞的净化, 而且为临床肿瘤治疗提供了新的途径, 使免疫磁珠技术广泛应用于: ① 检测出体液中少量肿瘤细胞,提高肿瘤早期的诊断率, ② 快速、高效分离T、B 细胞, 用于器官移植中的H L A 组织分型, ③骨髓移植物的预处理, 提高移植成功率(自体移植时清除骨髓移植物中残留的肿瘤细胞, 异体移植时清除骨髓移植物中的细胞毒性T 细胞), ④ 为各种医疗与科研目的分离或清除特定的细胞成分。3.生物大分子纯化

免疫磁珠可以看作是亲合层析技术中的微型配基载体, 在基质上固相化抗体或抗原后, 造成特异性吸附, 再进行磁性亲合抽提, 不需离心和过滤, 用于分离和纯化相应的生物大分子,这为受体分子提纯和其它难以提纯的蛋白质纯化提供了希望。此外, 以免疫磁珠作为固相载体, 还可分离纯化D N A 和R N A , D N A 结合蛋白及m R N A 等。用D y n a b e a d s M~ 4 5 0 C D 1 4 和D y n a b e a d s 砚19 0(d T):。可从单核细胞中提取m R N A。具体方法是, 用D y n a b e a d s M一4 5。C D 14从外周血中分离纯的单核细胞, 得到纯的单核细胞, 再将D y n a b e a d s 0 119 0(d T)2 5加到细胞液中杂交, 可分离到纯的m R N A, 实验可在60 分钟内完成。4.分子生物学的应用

由于免疫磁珠借助亲和素一生物素系统可与非蛋白质结合(如各种D N A、R N A 大分子)所以近年来免疫磁珠在分子生物学应用越来越广泛。随着P C R、R T 一P C R 等分子生物学技术突飞猛进, 通过对P C R 产物进行测序分析, 虽可了解基因组的结构特点、D N A 突变和基因多态性等, 但方法比较复杂。文献报道, 用磁珠固相分离单链法, 测定了低密度脂蛋白(L D L)受体基因外显子H 和内含子n 的部分序列, 可直接快速对P C R 双链产物进行分离或对其单链进行测序。方法是将P C R 双链产物与生物素化磁珠混合, 悬浮30 分钟后, 置于磁场中沉淀,去上清, 洗涤后进行碱性变性, 再次磁场沉淀,此时沉淀的磁珠结合了含有生物素的P C R 单核D N A, 而不含生物素的P C R 另一单链DN A则存在于上清中。5.在核酸与基因工程上的应用

免疫磁球可以看作是亲合层析技术中的微型配基裁体，借助亲合素-生物素（Biotin-Avidin）系统免疫磁球可与非蛋白质结合，生物素和亲合素间有着高度的亲和力，两者的结合迅速、专

一、稳定，在分子生物学、医学、免疫组织化学等领域中的应用也越来越广泛，与生物磁珠技术结合后，更是产生了诱人的发展前景，并广泛地应用于分离纯化RNA、mRNA、核酸片段等及相关研究。河南惠尔纳米科技有限公司很早就在从事该方面的研究，并且已经研发出多款磁珠法核酸提取试剂盒，性能相当稳定。

6.用于分型

免疫磁珠法可被应用于临床器官移植供受者的快速选配。在高梯度磁场下,用免疫磁珠法分离静脉或腹腔血中T、B淋巴细胞，并利用分离的淋巴细胞进行HLA-ⅠⅡ类抗原分型。如采用磁珠技术和单抗试剂建立起可在1.5h完成HLA-ⅠⅡ类抗原一类分型的新方法，还可应用免疫磁珠分离技术进行肾移植供受体的HLA分型、探讨血液病患者反复血小板输注的治疗效果与HLA之间的相关性。7.用作靶向释药系统的载体

免疫磁性微球作为靶向释药系统的载体可使免疫磁性微球上的抗癌药物更易与癌细胞接触，服用这种制剂后，在体外适当部位用一适宜强度的磁铁，将磁性微球引导到体内特定靶区，提高了杀伤癌细胞的效果。很多研究者使用不同的方法制成了针对不同癌细胞的免疫磁性微球，作为靶向释药系统的载体并在实验中证实这种释药载体具有良好的功效。免疫磁珠分离技术的应用实例

免疫磁珠分离技术在食品安全检测中的应用

免疫磁珠对病毒具有特异选择性，因此能用于食品有害微生物的检测。免疫磁珠技术与常规检验方法相比具有检测迅速、有选择性分离目的微生物，有效减少背景干扰，提高了精准性。同时还能捕获受损伤靶细菌。目前，免疫磁珠技术已广泛用于食品样品中致病微生物的检测。大肠杆菌O157的检测

传统分离E.coli O157∶H7所采用的直接分离法存在着鉴别力差、抑制杂菌能力弱、耗时长、工作量大等缺点。

采用免疫磁珠技术，能够快速地从各种食品样品中分离富集E.coli O157∶H7，满足流行病学的研究要求和提高控制力度。

现在这种免疫磁珠的方法已经被英国公共健康服务实验室认定为标准的分离方法，我国也已将免疫磁珠法对大肠杆菌O157的检测纳入国家标准（GB/T 4789.36-2008）和出入境检验检疫行业标准(SN/T 1059.5-2006)。已有市售的专用免疫磁珠销售。

具体操作 1增菌

2免疫磁珠捕获与分离

1.将Eppendorff管按样品和质控菌株进行编号，每个样品使用1支Eppendorff管，然后插人到磁板架上。在漩涡混合器上轻轻振荡E.coli O157免疫磁珠溶液后，用开盖器打开每支Eppendo-rff管的盖子，每管加人20 μL E.coli 0157免疫磁珠悬液。

2.取mEC+n肉汤增菌培养物1 mL，加人到Eppendorff管中，盖上盖子，然后轻微振荡10 s。每个样品更换1支加样吸头，质控菌株必须与样品分开进行，避免交叉污染。

3.结合: 在18℃~30℃环境中，将上述Eppendorff管连同磁板架放在Dynal MXl样品混合器上转动或用手轻微转10 min，使E.coli O157与免疫磁珠充分接触。4.捕获:将磁板插人到磁板架中浓缩磁珠。在3 min内不断地倾斜磁板架，确保悬液中与盖子上的免疫磁珠全部被收集起来，此时，在Eppendorff管壁中间明显可见圆形或椭圆形棕色聚集物。

5.吸取上清液:取1支无菌加长吸管，从免疫磁珠聚集物对侧深人液面，轻轻吸走上清液。当吸到液面通过免疫磁珠聚集物时，应放慢速度，以确保免疫磁珠不被吸走。如吸取的上清液内含有磁珠，则应将其放回到Eppendorff管中，并重复4步骤。每个样品换用1支无菌加长吸管。

6.洗涤:洗涤免疫磁珠混合物，重复上述步骤 4~ 6 和4 ~ 5。

7.免疫磁珠悬浮:将免疫磁珠重新悬浮在100 μL

PBS-Tween 20洗液中。8.涂布平板:用漩涡混合器将免疫磁珠混匀，用加样器各取50 μL免疫磁珠悬液分别转移至CT-SMAC平板和改良CHROMagar O157弧菌显色琼脂平板一侧，再用无菌涂布棒将免疫磁珠涂布平板的一半，用接种环划线接种平板的另一半。待琼脂表面水分完全吸收后，翻转平板，于36℃士1 0℃培养18---24 h。菌落识别

在CT-SMAC平板上，典型菌落为不发酵山梨醇的圆形、光滑、较小的无色菌落，中心呈现较暗的灰褐色;发酵山梨醇的菌落为红色;在改CHROMagar O157弧菌显色琼脂平板上为圆形、较小的菌落，中心呈淡紫色一紫红色，边缘无色或浅灰色。初步生化试验: 在CT-SMAC和改良CHROMagar O157弧菌显色琼脂平板上挑取5个~10个典型或可疑菌落，分别接种TSI琼脂，同时接种MUG-LST肉汤，于36℃士1℃培养18 h~24 h。必要时进行氧化酶试验和革兰氏染色。在TSI琼脂中，典型菌株为斜面与底层均呈阳性反应呈黄色，产气或不产气，不产生硫化氢(H2S)。置MUG-LST肉汤管于长波紫外灯下观察，无荧光产生者为阳性结果，有荧光产生者为阴性结果;对分解乳糖且无荧光的菌株，在营养琼脂平板上分纯，于36℃士1℃培养18 h~24 h，并进行鉴定。

Fratamico等将兔抗E.coli O157∶H7多克隆抗体连接到羊抗兔IgG包被的磁珠上，从食物增菌培养液中分离O157∶H7菌株，再将带菌的磁珠接种到培养基上，加入荧光素标记的O157∶H7抗血清，在荧光显微镜下观察，此法敏感性为10cfu/mL增菌培养液。

Decory等建立了免疫磁珠-免疫脂质体（IMB/IL）荧光试验方法，可在8h内快速检测出多种液态样品（水样、苹果汁、苹果酒）中低至1cfu/mL的E.coli O157∶H7，而传统微生物学方法不能从阴性样本中区分出E.coli O157∶H7感染样本。

结论

免疫磁珠分离技术的优点是:分离速度快、效率高、可重复性好、操作简单，不需昂贵仪器设备,不影响被分离细胞或其它生物材料的生物学性状和功能等,从而在微生物检测方面具有很大的优势。缺点：免疫磁珠敏感性不高，易于其他杂菌交叉反应，价格昂贵，应用受到一定限制。

免疫磁珠分离技术的发展方向：高敏感性磁珠的制造技术，降低磁珠生产成本，免疫磁珠与其它检测手段联用技术，免疫磁珠技术应用技术，总的来说，免疫磁珠分离技术未来将在生物医学、食品、农业科研、新药开发等领域具有更加广泛的发展前景。

参考文献 1.免疫磁珠技术一一种新的免疫学技术(北京医科大学人民医院妇科仲痴中心范蓉编译钱和年审阅)2.段旭昌--免疫磁珠分离技术(IMB)及在食品生产中的应用 3.磁分离技术及其在食源性致病菌监测中的应用-熊国权1, 周红雨2 4.在环境病原微生物检测中的应用-杨万,何苗

第四篇：磁刺激应用及机理研究进展

医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

磁刺激应用及机理研究迚展

郭明霞‘，王学民2，王明时夕

(1，天津医科大学，天津 300203;2.天津大学精仪学院，天津 300072)摘要：由干迚刺激技术的有效性和无创性，近年来该技术已被应用干临床治疗及脑科学的研究中。本文综述了磁刺激对各种神经性疾病的治疗作用，幵阐述其主要的作用机理。关键词:磁刺激;治疗;机理

中圈分类号:Q64;R454 文献标识码;A 文童编号:1001-1110(2001)01-0023-04 Advance in the applications and mechanism studies of ma g ne tic s ti mu la ti on GU O M in g-xia;W A N G Xu e-m in, W AN G M in g-sh I(1.T ian jin M e di cal U niversity,T ianjin 300203.China;2.T ianjinU niversity,T ianjin3 00072.Chim)Abstract.Magnetics timulationi sa ne fficienta ndn oninvasivet echnique.re centlyit h asb eenr eporteds omea chievements ofc linicala pplicationa ndh asa lsob eenu sedi nt heb rainr esearches.R ecenta dvacnei nt het reatmento fv ariousn eurologicald iseasesis p resentedi nt hisa rticle.A ndt hep ossiblea ctionm echanismso fm agnetics timulationa reg iven.Key words,magnetic stimulation;therapy;mechanism 1引言

自从 198 5年Baker等人利用磁场对大脑皮层迚行了有效的磁刺激以来，国外学者就磁刺激对神经系统和脑电活动的影响迚行了大量的研究工作，初步形成了一项新的经皮磁刺激技术1，一3〕。磁刺激即利用一定强度的时变磁场刺激可兴奋组织，从而 在组织内产生感应电场的过程。由于磁刺激的安全、无创、无副作用等优点，因而越来越受人们的重视，目前已逐步用于中枢神经传导、疲劳恢复、骨愈合神经疾病治疗及脑功能研究等各个方面，幵取得了较好的效果。研究证明，小场强经颅磁刺激(TMS)可通过对神经系统Ca“活动、神经元兴奋性、神经递质和肚类物质的代谢以及免疫功能等广泛的调节作用治疗抑郁症、老年痴呆、帕金森氏病、偏头痛、多发性硬化症、扁痛等疑难病症.避免了药物或手术治疗的副作用。磁刺激的治疗作用 2.1 磁刺滋对失眠的治疗作用

随着 社 会 的发展、生活节奏的加快，社会压力日益增加，失眠症越来越普遍，严重地影响着人们的生活质量。失眠及由此引起的神经衰弱、焦虑、紧张等导致的药物滥用已成为一个广泛的公共卫生问题，幵得到了各国研究者的普遍重视。王明时等141研制了用于治疗失眠、提高睡眠质量的磁疗睡眠仪，将模拟正常人人睡过程脑电活动的交变磁场藕合入大脑，使其在脑内形成涡流场作用于睡眠中枢，逐渐使患者脑电与之同步。而且，磁场作用还通过影响睡眠中枢的神经元细胞的放电及神经递质的释放活动来调节神经系统的兴奋及抑制水平。以达到治疗失眠的目的。

2.2 破刺傲对抑郁症的治疗作用

研究 表 明，重复经颅磁刺激(rTMS)能改善人的情绪、治疗抑郁症，该研究引起了神经精神科学工作者的极大兴趣。Kolbinger等对15例抗药性、经DSM-I-R诊断标准确诊的重度抑郁症患者迚行重复经颅磁刺激，结果发现使用低强度、短程刺激有抗 郁作用，且安全无惊厥等副作用。研究还表明，左前额叶为重复经颅磁刺激治疗抑郁症的最佳部位。Cohrs等报道重复经颅磁刺激能明显延长抑郁症患者快速眼动睡眠和非REM至REM周期，提示重复经颅磁刺激可能通过影响抑郁症患者睡眠节律及生 物周期而有助于抗抑郁;还有人报告经颅磁刺激治疗抑郁症孕妇获得成功。近年研究结果喜人，为经颅磁刺激治疗抑郁症开辟了广阔的前景。

2.3 磁刺激对外周神经的作用

由 于磁 刺激技术是无创的，它在神经肌肉恢复的临床作用已越来越受到人们的关注。Lin” 等用功能磁刺激帮助脊柱损伤者的训练以及四肢麻木者的咳嗽恢复;Craggsr'〕讨论了隔神经的功能磁刺激对呼吸肌功能的作用;有人已成功地利用外周磁刺激来消除骨骼肌疼痛。Krylov等以1 200mT的脉冲磁场持续作用切断的兔坐骨神经两周，发现磁刺激组兔脚肌肌动图活动强度为空白组两倍，后肢运动功能也较空白组有意义地改善。Rusovan等用不同颇率的交变磁场作用于鼠坐骨神经，均具有显著的神经再生作用。刘鸿宇等181报告，将造模脑损伤的小鼠里于交变磁场中，磁感应强度为9.5 X 1 0-'T，每日接受磁场作用24h,研究表明，交变磁场能促迚DNA的合成，有利于受伤脑组织的修复。

2.4 徽刹滋对帕金森氏病和翻呆症的治疗作用

Ma lly J 等[，〕对10位帕金森氏病(PD)患者迚行经颅磁刺激治疗.结果表明.经颅磁刺激技术是治疗帕金森氏病的有效方法，其治疗机理可能是改变7脑内单胺递质水平。Shimamoto H等对8位PD患者迚行重复经颅磁刺激，采用圆形线圈，脉冲强度700V, 颇医生在线 医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

率 0.5H z，左右前倾叶各 30次，治疗 3个月，结果同样显示重复经颅磁刺激治疗PD的有效性。还有临床研究证明重复经颅磁刺激能够改善PD病人身心反应迟钝等症状。经 颅磁 刺 激对早老性痴呆性(AD)和脑血管性痴呆症的诊断及治疗作用研究也已取得了一定的迚展。Pepin JL等[7u〕用磁场刺激17位AD病人的运动皮质，与正常人相比，AD病人在经颅磁刺激后，动作阔值显著减小，且刺激激发的最大响应动作幅度显著增大。磁刺激对AD患者脑运动皮质作用的研究也有助于解释这种病人急性发作和肌阵挛及对该病作出早期诊断。脑血管性痴呆症是由反复发生的多灶性的脑梗塞所致，伴有局限性神经缺失现象和明显记忆障碍。穴位磁刺激疗法能通过降低血脂、减低血液粘度、增辐脑血流量、增加脑内胆碱脂酶活力、促迚脑电活动来改善患者的精神状态，缓解病情。

2.5 斑倒滋对.痛的治疗作用

众 所 周 知，旅痛病是脑神经生物电活动异常引起的。人类脑组织生物磁活动与生物电活动密切相关，当脑电图出现最高振幅的电活动时，脑磁图也有最高振幅的相应变化。有人测出了人脑在突发放电时神经磁场的空间分布。癫痛发作时，脑细胞过度放电，病灶区必然产生一个迅速变化的电场，由楞次定律可知，如果在此部位加一适当的磁场，它必然对旅痛发作时的放电电场产生抑制作用。此外，一定强度的磁场对中枢神经有调节作用。张颖等人〔‘5;给家兔颅内注射硫酸亚铁溶液，造成稳定的癫痛反复发作模型，头部放置适当强度的磁场，可明显抑制癫痛发作。

2.6 磁刺激对脑功能研究的作用

目前，脑 科学研究已经成为欧洲、美国和日本等发达国家科学家们研究的热点，脑的认知功能是研究任务之一。经颅磁刺激技术已成为脑记忆与学习功能研究的非常有效的工具，使该研究取得了可喜的成绩.Kling JW等P}7人发现小鼠脑磁刺激能阻断鼠短时记忆。Ferbert Ar“〕通过对人脑运动皮质的磁刺激研究，也得到经颅刺激削弱短时记忆的结论。日本有人[rn〕用经颅磁刺激技术刺激人脑后顶皮质(PPC)，观察记忆诱导眼扫视运动，研究结果表明:在记忆诱导眼扫视运动中，后顶皮质控制了记忆目标精确位置的判定。Sandyk W”1 研究了弱磁刺激(pT级)对多发性硬化症患者感知运动功能的影响，结论是长期弱磁刺激治疗能够改善患者的行走、平衡、感觉和膀胧功能，证明pT数量级的磁刺激对多发性硬化症患者的认知缺陷很有疗效。此外，人们年研究了经颅磁刺激对语言等功能的影响。但 目前 所 用的神经磁刺激设备的康复性能与可控制程度尚不理想。当今的磁刺激设备一般用通电的回形或8字形刺激线圈组织[r18]，操作时人工移动线圈，停留在要刺激的目标组织上方，直到诱发所期待的反应。这种线圈易于制造，方便身体多部位使用，但是这种线圈刺激范围大，会造成大面积非靶组织受刺激，减小线圈尺寸能提高聚焦性，但小尺寸的线圈作用深度线，使用中发热问题严重，要解决这一问题在制作工艺上还存在困难，因此在某些方面阻碍了磁刺激应用的迚一步增长。有人 [r 17〕设 想用多信道磁刺激仪，能精确调节磁场焦点轨迹、刺激强度、作用磁场面积等参数，使刺激磁场灵活多样，如果这种磁刺激仪研制幵能投人使用，可以满足更多的临床及研究需要，大大提高磁刺激设备的可控制程度和康复性能，使磁刺激技术得到更加有效和广泛的应用。

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国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期.25 3 磁刺激的作用机理 3.1 陇场对松果体的影响

褪 黑 激 素(MT)是松果体(PG)合成的主要激素，对维持机体神经、内分泌和免疫系统正常生理功能，具有极为重要的调节作用。实验证明，磁场暴露能影响MT的合成和分泌，幵且这一作用是磁场对人和许多动物所产生的各种生物效应的基础Reiterl1e」发现，在磁感应强度0.02 一 0.07 mT均匀磁场或频率为50H:的交变磁场中暴露的大鼠，其血浆MT较空白对照组降低有意义，同时检侧了这两组大鼠PG内的MT，发现磁场作用也能明显降低PG内的MT含蛋。目前，一些学者们认为作用机制是磁场在组织所产生的感应电流，直接或间接作用于PG交感神经。研究证明，MT对神经系统Ca，十活动、活动元兴奋性、神经递质和肤类物质的代谢以及免疫功能均有广泛的调节作用。已证明，PG在帕金森氏病、偏头痛、多发性硬化症的发病机制中具有中枢性作用。磁场能作用PG，抑制MT的合成和分泌。因此，1991年美国神经病学家Sandyk等创新地相继探索出以小场强磁场经颅短时刺激治疗上述疑难病症的有效方法。正常 PG 在交感神经调节下，黑暗期合成分泌MT，光亮期则停止活动.具有明显的节律性，而且M丁随年龄增长而发生相应的变化。随着衰老，褪黑激素分泌的幅度逐渐降低。病理生理学证明，MT水平光亮一黑暗周期节律性波动，对维持机体神经、内分泌和免疫系统正常生理功能，具有极为重要的调节作用。大量证据表明松果体及其褪黑激素在衰老中的作用。许多研究表明褪黑激素可以有效地改善睡眠，幵具有起效快、毒性小等优点.现已被应用于临床。磁刺激睡眠仪作用机理之一就是通过磁刺激调节褪黑激素的合成与分泌来改善睡眠质量。还有 一 些 研究表明，调节MT的合成是通过视网膜一上视交叉核(SCN)一下丘脑前部一神经传递一松果体这一途径，推论磁场对MT的影响可能是一种类似于可见光的刺激因子医生在线 医生在线国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期 的作用。

3.2 神经递质及神经肚的调节作用

神经 递 质 为神经元间的传递物质。人和动物大脑处于不同睡眠的状态时，脑中神经元的放电方式是不同的.细胞的这两种放电方式之间的转换可能是由来自脑干的上行五翔色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NA)、乙酞胆碱(ACh)能系统和来自基底前脑的下行ACh能神经纤维、来自下丘脑的组胺(HA)能系统的活动状态决定的。研究结果显示，通过磁刺激调节这些神经递质水平，可以达到睡眠的目的。神经 递 质 的作用常与中枢神经系统中某些部位在记忆中的作用相联系。研究发现，五经色胺(5-HT)是感觉神经元和运动神经元间的传递物质。吴彦卓等探讨了电磁脉冲对大鼠学习和脑内神经递质的影响，磁场作用三天后发现大鼠学习能力降低。利用高效液相色谱法检测脑不同部位的神经递质含量，结果是5-HT、多巴酸(DOPAC)、下丘脑多巴胺(Dopamine),肾上腺素(Adr)含量均有不同程度变化。作者认为脉冲磁场通过改变大鼠不同脑区神经递质的含量来影响其学习能力。近年来 研 究证明，在磁场作用后神经系统可释放出具有镇痛效果的一些物质，从而起镇痛作用。如实验结果显示，无论交变磁场或恒定磁场都显著地使大鼠体内P-内啡肤样免疫活性物质(ir-f3-Ep)和精氨酸加压素样免疫活性物质(ir-AVP)含量升高。卜Ep和AVP是体内作用广泛的两种神经肤。目前认为两者都参与了体内的镇痛过程。无论是外周，还是中枢给予这两种神经肚都能使基础痛闷升高.出现镇痛效应。两者也都参与心血管功能的调节。

3.3 磁侧滋的免盛学效应

实验 证 明，磁场具有激活免疫机制、抗炎和抑制肿瘤生长的作用。细胞因子是由淋巴细胞、单核细胞及其它细胞产生的包括白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、集落刺激因子及多种细胞生长因子在内的近百种免疫功能调节物质。目前，越来越多的研究表明，各种细胞因子在抗炎症、抗病毒及抗肿瘤反应中起着重要作用。磁场促迚或抑制体内细胞因子的产生，调节免疫细胞活性，从而发挥作用。高美华等通过磁场对荷瘤小鼠IL_IL6,IL。作用的研究发现，旋转磁场促迚IL_IL。产生，抑制IL。及瘤细胞增殖的作用非常显著。提示IL_IL。具有增强T,B,K,NK,LAK细胞活性的作用，由此使抗肿瘤免疫细胞活化，杀伤肿瘤细胞，从而起到抗肿瘤作用。

3.4 磁场的细胞生物学效应

大 量 的 研究表明，电磁场可使细胞形态、DNA,RNA、蛋白质合成，跨膜转运、酶活性以及生物遗传等产生显著变化。一些 蛋 白和酶含有过渡族的金属离子，这些离子所在部位又常常是酶的活动中心。电磁场通过对这些离子的作用影响酶活性，迚而影响这些酶参与的新陈代谢反应。生物膜对Na+,K

十、Caz+离子的主动和被动输运不仅是细胞兴奋的基础，也是迚行一些重要新陈代谢和能量转换过程的条件。电磁场对生物膜的离子转运能力的影响会导致一些生化和生理过程的变化，从而影响与生物电活动相关的各种过程。电磁场促迚组织修复的病理学基础是刺激细胞增殖。目前，细胞膜是低频电磁场作用的靶体已被越来越多的实验研究所证实。多数实验表明，低频电磁场会促迚细胞增殖。其机制可能是，电磁场作用于胞膜受体，引起胞内CAMP水平改变，继而触发一系列磷酸化生物信号放大反应，而调控细胞增殖。另 外，经 络是运行气血、联络脏腑肢节、沟通上下内外通路。经络又是电磁传导的通道，利用电磁刺激人体电磁场的敏感点— 穴位，可以引起穴位局部的能量变化和电子活动，疏通经络、调整机能。如电磁穴位疗法可通过经络穴位调整神经机能，使神经感觉冲动传感抑制，痛阔升高，交感神经兴奋性降低.从而达到良好的解疼和镇痛作用。以上 滋 场 效应在各种疾病治疗中起到直接或间接治疗作用。磁刺激疗法取得一定的效果可能是这些效果或更多效应的综合作用结果，这些不同层次的诸多效应是相互联系、相辅相成的，很少是其中一种效应单独作用的结果。因此，在采用磁刺激疗法时，要考虑到多种因家影响，选择合适的物理参数，取得最好的疗效。医生在线.26.国外医学生物医学工程分册2001年第24卷第1期

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第五篇：压力传感器原理及应用

压力传感器原理及应用

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用

1、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构点击浏览该文件如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示： 式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m）S——导体的截面积（cm2）L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情

2、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥（闭桥），由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。

3、扩散硅压力传感器原理及应用 工作原理 被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。原理图 点击浏览该文件

4、蓝宝石压力传感器原理与应用利用应变电阻式工作原理，采用硅-蓝宝石作为半导体敏感元件，具有无与伦比的计量特性。蓝宝石系由单晶体绝缘体元素组成，不会发生滞后、疲劳和蠕变现象；蓝宝石比硅要坚固，硬度更高，不怕形变；蓝宝石有着非常好的弹性和绝缘特性（1000 OC以内），因此，利用硅-蓝宝石制造的半导体敏感元件，对温度变化不敏感，即使在高温条件下，也有着很好的工作特性；蓝宝石的抗辐射特性极强；另外，硅-蓝宝石半导体敏感元件，无p-n漂移，因此，从根本上简化了制造工艺，提高了重复性，确保了高成品率。用硅-蓝宝石半导体敏感元件制造的压力传感器和变送器，可在最恶劣的工作条件

下正常工作，并且可靠性高、精度好、温度误差极小、性价比

高。表压压力传感器和变送器由双膜片构成：钛合金测量膜片和钛合金接收膜片。印刷有异质外延性应变灵敏电桥电路的蓝宝石薄片，被焊接在钛合金测量膜片上。被测压力传送到接收膜片上（接收膜片与测量膜片之间用拉杆坚固的连接在一起）。在压力的作用下，钛合金接收膜片产生形变，该形变被硅-蓝宝石敏感元件感知后，其电桥输出会发生变化，变化的幅度与被测压力成正比。传感器的电路能够保证应变电桥电路的供电，并将应变电桥的失衡信号转换为统一的电信号输出（0-5，4-20mA或0-5V）。在绝压压力传感器和变送器中，蓝宝石薄片，与陶瓷基极玻璃焊料连接在一起，起到了弹性元件的作用，将被测压力转换为应变片形变，从而达到压力测量的目的。

5、压电压力传感器原理与应用压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛

压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，而我们通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。

我们知道，晶体是各向异性的，非晶体是各向同性的。某些晶体介质，当沿着一定方向受到机械力作用发生变形时，就产生了极化效应；当机械力撤掉之后，又会重新回到不带电的状态，也就是受到压力的时候，某些晶体可能产生出电的效应，这就是所谓的极化效应。科学家就是根据这个效应研制出了压力传感器。

压电传感器中主要使用的压电材料包括有石英、酒石酸钾钠和磷酸二氢胺。其中石英（二氧化硅）是一种天然晶体，压电效应就是在这种晶体中发现的，在一定的温度范围之内，压电性质一直存在，但温度超过这个范围之后，压电性质完全消失（这个高温就是所谓的“居里点”）。由于随着应力的变化电场变化微小（也就说压电系数比较低），所以石英逐渐被其他的压电晶体所替代。而酒石酸钾钠具有很大的压电灵敏度和压电系数，但是它只能在室温和湿度比较低的环境下才能够应用。磷酸二氢胺属于人造晶体，能够承受高温和相当高的湿度，所以已经得到了广泛的应用。

现在压电效应也应用在多晶体上，比如现在的压电陶瓷，包括钛酸钡压电陶瓷、PZT、铌酸盐系压电陶瓷、铌镁酸铅压电陶瓷等等。

压电效应是压电传感器的主要工作原理，压电传感器不能用于静态测量，因为经过外力作用后的电荷，只有在回路具有无限大的输入阻抗时才得到保存。实际的情况不是这样的，所以这决定了压电传感器只能够测量动态的应力。

压电传感器主要应用在加速度、压力和力等的测量中。压电式加速度传感器是一种常用的加速度计。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。压电式加速度传感器在飞机、汽车、船舶、桥梁和建筑的振动和冲击测量中已经得到了广泛的应用，特别是航空和宇航领域中更有它的特殊地位。压电式传感器也可以用来测量发动机内部燃烧压力的测量与真空度的测量。也可以用于军事工业，例如用它来测量枪炮子弹在膛中击发的一瞬间的膛压的变化和炮口的冲击波压力。它既可以用来测量大的压力，也可以用来测量微小的压力。压电式传感器也广泛应用在生物医学测量中，比如说心室导管式微音器就是由压电传感器制成的，因为测量动态压力是如此普遍，所以压电传感器的应用就非常广泛。

除了压电传感器之外，还有利用压阻效应制造出来的压阻传感器，利用应变效应的应变式传感器等，这些不同的压力传感器利用不同的效应和不同的材料，在不同的场合能够发挥它们独特的用途。

这种压力变送器主要利用液体或气体在检测器件上形成的压力来检测液体或者气体的流量或压强。把这种压力信号转变成标准的0～10V或者4～20mA电信号。以便控制使用。压力和电信号的转化主要由各种压力传感器的核心部件完成。核心部件主要由压力检测体和放大电路组成。