專利名稱：用共振聲能和/或共振聲電磁能檢測(cè)和/或影響結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用共振聲能和/或共振聲電磁能檢測(cè)無機(jī)結(jié)構(gòu)和生物結(jié)構(gòu)和/或破壞和/或增強(qiáng)生物結(jié)構(gòu)的功能。
系統(tǒng)的共振聲頻是該系統(tǒng)的本征自由振蕩頻率。共振聲系統(tǒng)可以用微弱的等于或者接近于共振頻率的窄頻帶中機(jī)械的或者聲的驅(qū)動(dòng)力量激勵(lì)，從而在靶目標(biāo)結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)出聲共振。
已經(jīng)用聲共振確定固體物質(zhì)的各種特性。例如，Migliori等在美國(guó)專利4,976,148和5,062,296及5,355,731中揭示了一種為超聲激勵(lì)物體得到的，對(duì)物體測(cè)繪獨(dú)特的共振頻譜特征圖譜的方法，使用共振超聲頻譜測(cè)定軸承的滾珠之類的球形物體的產(chǎn)量，以及使用帶有高消散物質(zhì)的正平行六面體樣品的共振超聲頻譜，使得能夠檢測(cè)低振幅的共振，而用于計(jì)算高消散樣品的彈性常數(shù)。然而，Migliori等的專利針對(duì)的是固體物質(zhì)，沒有選擇性地對(duì)著有機(jī)或者生物材料尤其是涉及液體系統(tǒng)。
除了與無生命結(jié)構(gòu)相互作用之外，聲能還與活的、生物機(jī)體和結(jié)構(gòu)相互作用。聲能已經(jīng)廣泛地用于醫(yī)學(xué)和生物學(xué)中，通過把聲波對(duì)向生物結(jié)構(gòu)然后分析聲波的反射譜式而作出結(jié)構(gòu)的特征圖譜。聲能還用于理療醫(yī)學(xué)而向傷痛目標(biāo)區(qū)發(fā)送熱。然而，上述應(yīng)用依靠于使用對(duì)特定的目標(biāo)生物結(jié)構(gòu)的非選擇的聲能，因此可能影響的不止于目標(biāo)結(jié)構(gòu)。
R.E.Vago的美國(guó)專利5,048,502和5,178,134揭示了超聲處理動(dòng)物用于皮表衛(wèi)生和抗病毒。公開的頻率在15K赫芝到500K赫芝的范圍。他們還報(bào)告說無包殼的病毒對(duì)于超聲波的滅活作用有折射性。對(duì)于其抗微生物作用所引證的機(jī)制只是在皮表的“空化作用”，他們還特別地避免在其裝置中使用共振頻率。
M.Moasser的美國(guó)專利4,646,725公開了使用診斷性超聲機(jī)的探頭治療由包括皰疹病毒在內(nèi)的感染介質(zhì)造成的皮膚和粘膜損傷。治療方法是在每平方厘米用1.5瓦特的功率輸出治療2.0到3.0分鐘，沒有引述特定的頻率。沒有討論或者思考過聲共振。
R.G.Johnston的美國(guó)專利5,426,977公開了在蛋中的聲共振超聲測(cè)量，以提供一種確定沙門氏菌存在的技術(shù)。Johnston描述了蛋的特征并且確定了有和無沙門氏菌的蛋之間的區(qū)別。這樣，該方法沒有檢測(cè)實(shí)際的微生物，而是描繪了蛋殼的振動(dòng)模式，這個(gè)模式由于有細(xì)菌的實(shí)體存在會(huì)受到改變。
在先技術(shù)未能提出一種只影響生物結(jié)構(gòu)而不影響周圍的組織的令人滿意的方法或者系統(tǒng)。而且在先技術(shù)沒有提供一個(gè)能夠用聲共振產(chǎn)生高信號(hào)噪音比特征圖譜，以精確地檢測(cè)生物或者無機(jī)結(jié)構(gòu)，同時(shí)又對(duì)周圍結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生影響的方法。還有，在先技術(shù)中使用非共振的聲能等同地作用于靶結(jié)構(gòu)和非靶結(jié)構(gòu)。
對(duì)本發(fā)明而言，在說明書和權(quán)利要求書中出現(xiàn)的下列術(shù)語(yǔ)和用詞具有下述意義本文中使用的“聲能”定義為物理結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量，并且運(yùn)動(dòng)的振動(dòng)能量傳輸?shù)桨諝?、液體或者固體在內(nèi)的周圍媒介中。
本文中使用的“檢測(cè)”定義為確定一個(gè)結(jié)構(gòu)的存在或不存在，并且如果存在就辨識(shí)此結(jié)構(gòu)。
本文中使用的“電磁(EM)特性和/或場(chǎng)”包括直流和交流電流、電場(chǎng)和磁場(chǎng)、電磁輻射，和包括但是不限于波、電流、磁通量、阻抗、勢(shì)、輻射在內(nèi)的場(chǎng)，或者任何物理現(xiàn)象，包括可以由麥克斯韋爾方程得到或者說推導(dǎo)出的任何物理現(xiàn)象，所述方程在此引為參考。
本文中使用的“電磁(EM)能量式樣”代表由一個(gè)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的、作為與該結(jié)構(gòu)相互作用的能量的電磁能量，并且顯現(xiàn)出電磁特性和/或場(chǎng)。
本文中使用的“生物結(jié)構(gòu)”與有機(jī)結(jié)構(gòu)同義，包括從最小的有機(jī)或者生化離子或者分子至細(xì)胞、器官、及整個(gè)機(jī)體在內(nèi)的任何物體。
本文中使用的“破壞”指對(duì)生物結(jié)構(gòu)的破壞作用。
本文中使用的“聲學(xué)特征圖譜”指結(jié)構(gòu)在聲共振時(shí)產(chǎn)生的獨(dú)特的聲學(xué)譜式，它可采取信號(hào)的幅度形式。
本文中使用的“共振聲頻”包括接近或者在結(jié)構(gòu)的特征共振頻率的頻率，包括特征共振頻率的諧波的和次諧波頻率以在其中誘導(dǎo)聲共振。
本文中使用的“聲-電磁(EM)特征圖譜”定義為一個(gè)聲共振物體的電磁能量譜式和/或在頻率上與共振聲頻相等的電磁能量。
本文中使用的“聲-電磁(EM)頻譜”定義為檢測(cè)一個(gè)聲共振結(jié)構(gòu)的獨(dú)特的電磁特征圖譜，或者說，檢測(cè)由于引入電磁能量而共振的獨(dú)特的聲學(xué)特征圖譜，兩者都可以用于檢測(cè)和/或辨識(shí)共振的結(jié)構(gòu)。
本文中使用的“活的換能器”定義為把電磁能或者場(chǎng)轉(zhuǎn)換成機(jī)械能和/或把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電磁能或者說場(chǎng)的生物壓電結(jié)構(gòu)或者半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
本文中所述的“空化作用”指在液體中形成充以蒸汽的空腔，例如在沸騰時(shí)水中形成汽泡。
本文中所述的“機(jī)械的”包括認(rèn)為發(fā)生在熱與空化區(qū)之間的強(qiáng)度/持續(xù)時(shí)間閾值區(qū)內(nèi)的壓縮和稀疏作用。
本文中使用的“非共振電磁(EM)特征圖譜”定義為一個(gè)由非共振聲場(chǎng)激發(fā)的物體產(chǎn)生的電磁能量譜式。
本文所述的“共振聲-電磁能”指一種可在一結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的電磁特性和/或場(chǎng)。
本發(fā)明針對(duì)在先技術(shù)的缺點(diǎn)，通過以選擇的頻率在靶結(jié)構(gòu)中引起聲共振，它作用于特定的靶結(jié)構(gòu)而幾乎不影響周圍的、非共振的結(jié)構(gòu)。而且，通過引入一個(gè)加強(qiáng)所述聲能的電磁(EM)能源，可以降低聲能的功率強(qiáng)度，從而降低了高功率聲能的破壞性。電磁能與聲共振能量之間的相互作用，得以通過產(chǎn)生一個(gè)高信號(hào)噪音比的特征圖譜，用于精確地檢測(cè)一個(gè)結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)其它結(jié)構(gòu)幾乎不產(chǎn)生影響。
本發(fā)明提供通過使用共振的聲能和/或聲-電磁能選擇性地檢測(cè)、辨識(shí)和/或影響無機(jī)或者生物結(jié)構(gòu)的方法，所述的能量能夠向靶結(jié)構(gòu)傳輸有用能量，同時(shí)使不共振的周圍結(jié)構(gòu)幾乎不改變。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用其共振聲能和/或聲-電磁能辨識(shí)或檢測(cè)無機(jī)結(jié)構(gòu)或者生物結(jié)構(gòu)的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用共振聲能和/或聲-電磁能增強(qiáng)和/或破壞生物結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和/或功能的方法。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種確定生物結(jié)構(gòu)的共振頻率的方法。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種用共振聲能和/或聲-電磁能辨識(shí)和/或檢測(cè)生物結(jié)構(gòu)存在的方法。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明利用共振聲能和/或聲-電磁能來檢測(cè)無機(jī)或者生物結(jié)構(gòu)和/或破壞和/或加強(qiáng)生物結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)和/或功能。
應(yīng)用聲共振的原理，一個(gè)生物系統(tǒng)的共振頻率是該系統(tǒng)的特征自由振蕩頻率，一個(gè)生物系統(tǒng)可以由一個(gè)微弱的機(jī)械的或者聲的窄頻帶內(nèi)的驅(qū)動(dòng)力激勵(lì)。還有，取決于該生物結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和該生物結(jié)構(gòu)的組成，可以有一個(gè)以上的自然發(fā)生的共振聲頻，以及多個(gè)次諧波和高次諧波共振聲頻。
不論是無機(jī)的還是生物的，當(dāng)一個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生共振時(shí)能量迅速地在其中產(chǎn)生和積累。此能量要么保持在結(jié)構(gòu)中，要么釋放到周圍環(huán)境中。保持在結(jié)構(gòu)中的能量可加強(qiáng)此結(jié)構(gòu)的功能也可造成此結(jié)構(gòu)的破壞。共振的系統(tǒng)中的少量能量既可以內(nèi)在地作為電磁能耗散，也可以作為聲能向周圍的媒介傳播。內(nèi)在耗散的能量有特殊的意義，因?yàn)樗墙?jīng)過分子和原子振動(dòng)耗散的，產(chǎn)生電磁能。此電磁能稱為聲-電磁能，因?yàn)樗谟陕暪舱竦慕Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生而某些聲能與結(jié)構(gòu)相互作用并且轉(zhuǎn)化成內(nèi)在地耗散在周圍媒介中的電磁能。產(chǎn)生的電磁能的特性、場(chǎng)和/或頻率取決于相關(guān)結(jié)構(gòu)的獨(dú)特的分子和原子構(gòu)成。在一個(gè)結(jié)構(gòu)中引入聲共振導(dǎo)致產(chǎn)生該結(jié)構(gòu)的獨(dú)特的聲-電磁特征圖譜，可以用于對(duì)之檢測(cè)或者辨識(shí)，如本發(fā)明所公開。反之，如果把一個(gè)等效于一個(gè)結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜的電磁能量以此結(jié)構(gòu)為靶，能量耗散的途徑逆轉(zhuǎn)，并且可以誘導(dǎo)出聲共振的狀態(tài)。用聲-電磁能特征圖譜逆轉(zhuǎn)能量耗散途徑可以用于產(chǎn)生與源原共振聲能場(chǎng)產(chǎn)生的同樣的加強(qiáng)、檢測(cè)和破壞效果。共振聲-電磁特征圖譜既可以獨(dú)自使用，也可以與共振的聲能結(jié)合使用。把共振聲-電磁和聲能一起使用，使得能夠用兩者的低能量度，減少了電磁能和/或聲能對(duì)周圍或者鄰接的非目標(biāo)結(jié)構(gòu)潛在的有害作用。
電磁能可以用至少四個(gè)方式在一個(gè)系統(tǒng)中與聲能波相互作用和補(bǔ)償聲能經(jīng)壓電效應(yīng)、電磁能的內(nèi)在耗散和經(jīng)聲電效應(yīng)或者磁聲效應(yīng)。
在壓電效應(yīng)方面，聲振動(dòng)能由換能器可互換地與電磁能轉(zhuǎn)換。生物壓電結(jié)構(gòu)可以調(diào)制同樣的能量轉(zhuǎn)換，從而起活的換能器作用。當(dāng)電磁場(chǎng)施加在一個(gè)生物壓電結(jié)構(gòu)上時(shí)，則產(chǎn)生聲波。類似地，聲波施加在生物壓電結(jié)構(gòu)上時(shí)產(chǎn)生電磁能。生物結(jié)構(gòu)中的壓電效應(yīng)有許多實(shí)際應(yīng)用(見下文)。這個(gè)效應(yīng)在應(yīng)用聲共振原理時(shí)變得更加有用。本發(fā)明中可以用聲波或者電磁能以可以對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的劇烈影響而對(duì)相鄰的非共振結(jié)構(gòu)幾乎不起作用的能級(jí)對(duì)著特定的生物結(jié)構(gòu)。盡管以前沒有人提出過，生物結(jié)構(gòu)起活的、共振壓電換能器的作用，調(diào)制機(jī)械和電磁能的轉(zhuǎn)換無疑是電磁場(chǎng)與生物結(jié)構(gòu)之間相互作用的一個(gè)重要機(jī)制。
在聲電效應(yīng)方面，聲波通過一個(gè)半導(dǎo)體誘導(dǎo)出電流。人們認(rèn)為，聲波通過該物質(zhì)引起電荷載流子勢(shì)能的周期性空間變化。只要聲波穿越半導(dǎo)體，上述作用就產(chǎn)生跨半導(dǎo)體的末端的電場(chǎng)。自由電子載流子在勢(shì)疊槽中聚束，并且當(dāng)具有特定頻率的聲波傳播時(shí)拖帶所聚集的束，產(chǎn)生電場(chǎng)，諸如以特定的聲頻脈動(dòng)的直流電場(chǎng)或者具有與特定的聲頻相等頻率的交流電場(chǎng)。在既有正載流子也有負(fù)載流子時(shí)，及有生物系統(tǒng)中常見的許多不同載流子狀況群時(shí)，所述效應(yīng)還會(huì)加強(qiáng)。產(chǎn)生的電流的特征取決于所述結(jié)構(gòu)的獨(dú)特的分子和原子成分。僅這個(gè)方面就提供了對(duì)生物體進(jìn)行聲電頻譜測(cè)量的手段，而許多生物體是半導(dǎo)體，并且根據(jù)選擇的頻率，聲電效應(yīng)在生物結(jié)構(gòu)中有許多潛在的實(shí)際應(yīng)用。這樣可以了解，目標(biāo)結(jié)構(gòu)可以受照射于或者說暴露于具有非共振頻率的聲能，然后可以檢測(cè)該結(jié)構(gòu)中的聲電效應(yīng)的電磁能譜式。檢測(cè)出的電磁能譜式可以用作檢測(cè)和辨識(shí)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的特征圖譜。
然而，當(dāng)應(yīng)用聲共振的原理時(shí)聲電效應(yīng)就會(huì)更加有用?？梢詫?duì)特定的結(jié)構(gòu)用可以劇烈地影響目標(biāo)結(jié)構(gòu)而對(duì)周圍的、非共振的結(jié)構(gòu)幾乎不起作用的能級(jí)達(dá)到加強(qiáng)、檢測(cè)、和/或破壞生物體。由聲電效應(yīng)在共振結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的電流要比在鄰近的非共振結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的任何電流都要強(qiáng)得多，并且可以有交變特性。從共振結(jié)構(gòu)得到的大信號(hào)噪音比改進(jìn)了聲和電磁譜式辨識(shí)和檢測(cè)的準(zhǔn)確性。類似于壓電效應(yīng)和聲共振內(nèi)在能量耗散途徑的逆變(見前)，對(duì)目標(biāo)結(jié)構(gòu)應(yīng)用共振聲電電磁譜式會(huì)放大聲波(聲電增益峰值所在頻率的聲波波長(zhǎng)是德拜波長(zhǎng)，在此波長(zhǎng)聚束作用最佳)。因此聯(lián)合使用共振聲和聲電電磁場(chǎng)使高頻聲能可有較大的組織穿透，不這樣，高頻聲波就會(huì)受到高度衰減從而組織穿透性差。一起使用共振聲頻和聲電電磁場(chǎng)還能夠使用兩類能的功率級(jí)較低，減少對(duì)非目標(biāo)及非共振結(jié)構(gòu)的影響。
以單調(diào)、振蕩或者共振方式，磁聲效應(yīng)是聲場(chǎng)的磁場(chǎng)依賴性衰減，取決于涉及的物質(zhì)的電特性。取決于結(jié)構(gòu)的組成，得到的這個(gè)可變性經(jīng)過附加磁場(chǎng)在生物體和其他結(jié)構(gòu)方面提供了聲-電磁頻譜的進(jìn)一步加強(qiáng)。還有，附加磁場(chǎng)也為放大或者衰減聲場(chǎng)提供了手段，從而改進(jìn)或者調(diào)制聲場(chǎng)在生物組織中的穿透。
類似地，共振聲與聲回旋共振結(jié)合(即共振聲回旋加速共振)以及多普勒漂移共振聲回旋加速共振提供一種強(qiáng)力的、精確的手段，由此選擇性地加強(qiáng)、檢測(cè)和/或破壞結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明提供一種把聲共振的原理應(yīng)用于生物結(jié)構(gòu)的方法，以達(dá)到破壞和/或加強(qiáng)特定的目標(biāo)生物結(jié)構(gòu)功能的目的。生物結(jié)構(gòu)的共振聲頻可以由本領(lǐng)域內(nèi)公知的方法和系統(tǒng)通過形成共振聲頻譜確定。特別是，生物結(jié)構(gòu)的共振聲頻可以由以下步驟測(cè)定a)向生物結(jié)構(gòu)施加聲能并且經(jīng)一個(gè)聲能頻率范圍掃描；和b)檢測(cè)至少一個(gè)從生物結(jié)構(gòu)引起最大輸出的特定頻率，最大的輸出表示此生物結(jié)構(gòu)由此至少的特定頻率誘導(dǎo)成聲共振。
引起最大信號(hào)的特定頻是此生物結(jié)構(gòu)的共振聲頻，它在本發(fā)明中定義且用作為此生物結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜。一旦確定，至少可以把一個(gè)共振聲頻施加在此生物結(jié)構(gòu)上，用以產(chǎn)生本文所述的功能和/或測(cè)定其聲-電磁特征圖譜。
包括共振聲頻的聲能用足以影響此生物結(jié)構(gòu)功能的功率級(jí)施加。取決于聲能的功率強(qiáng)度和導(dǎo)入共振的目標(biāo)結(jié)構(gòu)的類型，所述結(jié)構(gòu)的功能受到影響，例如破壞和/或加強(qiáng)。
在低的功率級(jí)可以加強(qiáng)生物結(jié)構(gòu)的功能，而在高的功率級(jí)可以破壞此結(jié)構(gòu)。本文所用的加強(qiáng)包含了對(duì)生物結(jié)構(gòu)的有益作用。這種功能加強(qiáng)或者加強(qiáng)作用包括但是不限于增加發(fā)育、繁殖、再生、坯胎發(fā)生、代謝、發(fā)酵等等。這種加強(qiáng)的結(jié)果包括，但是不限于骨質(zhì)或者骨密度的增加、卵的數(shù)量和成熟性的增加、白細(xì)胞數(shù)量和/或功能的增長(zhǎng)、啤酒和酒及乳酪制造業(yè)中發(fā)酵產(chǎn)物的增加、植物發(fā)芽和生長(zhǎng)的增加等。
如本發(fā)明所公開，有一些情況下用共振聲能選擇性的破壞某些結(jié)構(gòu)是非常有用的。如前文所述，本文所用的破壞是指對(duì)生物結(jié)構(gòu)的破壞作用。這種破壞作用包括，但是不限于，導(dǎo)致生物體或者此生物體結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)組成的分解、粉碎、破裂的生物結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)失效。本文所用的破壞還包括在其范圍內(nèi)抑制發(fā)育、繁殖、代謝、感染等所需要的生命過程?？梢宰鳛槠茐哪繕?biāo)的組成包括但是不限于，DNA、RNA、蛋白、炭水化合物、脂、脂多糖、糖脂、糖蛋白、蛋白多糖、葉綠體、線粒體、內(nèi)漿網(wǎng)、細(xì)胞、器官等。在毒性有機(jī)物的情況下，可以特別地針對(duì)毒性因素來破壞以防止或者抑制此有機(jī)物生長(zhǎng)、感染或者致毒。這種毒性因素包括但是不限于內(nèi)毒素、外毒素、菌毛、鞭毛、蛋白酶、宿主細(xì)胞受體的配位子、莢膜、細(xì)胞壁、孢子、殼質(zhì)等。
適于用本發(fā)明的方法破壞的有機(jī)體、生物體或者其一或多個(gè)靶蛋白包括但是不限于，病毒、細(xì)菌、原蟲、寄生蟲、真菌、蠕蟲、軟體動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物、組織團(tuán)塊等等。要受破壞的有機(jī)體或者生物體可以是分離的、存在于多細(xì)胞機(jī)體或其部分中的、或者其它的復(fù)雜環(huán)境中的。
我們認(rèn)為，因僅在目標(biāo)結(jié)構(gòu)中引起的聲共振發(fā)生的而不影響鄰近的組織或者結(jié)構(gòu)的，對(duì)目標(biāo)生物結(jié)構(gòu)的破壞，直到現(xiàn)在才考慮為一種作用于生物結(jié)構(gòu)的機(jī)制。這與在先技術(shù)的揭示有很大的區(qū)別，在先技術(shù)只著眼于三個(gè)作用于生物結(jié)構(gòu)的機(jī)制，即空化、熱和機(jī)械作用。
在特定的功率級(jí)，諸如在低功率級(jí)，不引起結(jié)構(gòu)的實(shí)際破壞，共振聲能可以內(nèi)在地在結(jié)構(gòu)內(nèi)向相鄰的媒介中耗散。這種內(nèi)在地耗散的能量可以由此結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成電磁能，轉(zhuǎn)化的電磁能具有特定的性質(zhì)和/或場(chǎng)可以表現(xiàn)為直流和交流電流、磁場(chǎng)、電磁輻射等等。這種電磁能的譜式代表此結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜。
本發(fā)明提供一種測(cè)定結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜的方法，含有用頻率為或者接近以前測(cè)定的結(jié)構(gòu)共振聲頻的聲能輻射此結(jié)構(gòu)，以在其中引起共振并且檢測(cè)由內(nèi)在能量耗散引起的電磁能譜式。
一旦測(cè)定了特定結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜后，這個(gè)結(jié)構(gòu)就可以通過施加等效于此結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜，諸如等效于此結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜、直流和交流電流、電磁場(chǎng)、及電磁輻射等等的電磁能來引起聲共振。
這樣，本發(fā)明通過施加等效于目標(biāo)結(jié)構(gòu)預(yù)定的聲-電磁特征圖譜的共振聲頻和電磁能，應(yīng)用聲共振的原理，個(gè)別地或者聯(lián)合地作用于目標(biāo)結(jié)構(gòu)，此方法包括下列步驟a)施加目標(biāo)結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)共振聲頻率和/或引入等效于目標(biāo)結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜的部分或者全部的電磁能；及c)各以一個(gè)功率強(qiáng)度施加(a)和/或(b)，以在目標(biāo)結(jié)構(gòu)內(nèi)引起聲共振并且影響此結(jié)構(gòu)的功能。
如以上所述，不論是目標(biāo)結(jié)構(gòu)的共振聲頻率還是聲-電磁特征圖譜都要預(yù)定，以提供可以用在結(jié)構(gòu)中引起聲共振的能量。電磁能可以用直流或者有等效于當(dāng)把此結(jié)構(gòu)引導(dǎo)進(jìn)共振時(shí)檢測(cè)的電磁能譜式的特定頻率交流電的形式引入目標(biāo)結(jié)構(gòu)中。而且各種形式的能量可以以低于個(gè)別使用的能量級(jí)施加，從而使得能在結(jié)構(gòu)內(nèi)引起共振同時(shí)可以減少對(duì)結(jié)構(gòu)的損害。
本發(fā)明提供一種用共振聲和/或聲-電磁能檢測(cè)和辨識(shí)無機(jī)物或者生物結(jié)構(gòu)的方法。此方法包括通過用一個(gè)范圍的頻率輻射一結(jié)構(gòu)來測(cè)定在其內(nèi)引起聲共振的特征頻率，以產(chǎn)生此結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜而測(cè)定此聲特征圖譜。這個(gè)聲特征圖譜可以與參考特征圖譜比較，以檢測(cè)和/或辨識(shí)此結(jié)構(gòu)。
而且，結(jié)構(gòu)的辨識(shí)和/或檢測(cè)也可以通過檢測(cè)目標(biāo)結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜達(dá)到，此方法包含步驟a)在目標(biāo)結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振；和b)從聲共振中的目標(biāo)結(jié)構(gòu)中檢測(cè)電磁能譜式即代表結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜。
可以把聲-電磁特征圖譜與參考特征圖譜比較以檢測(cè)和/或辨識(shí)此結(jié)構(gòu)。
可以通過引入包括至少一個(gè)聲頻、等效于此共振聲頻的電磁能、和/或等效于此聲-電磁特征圖譜的電磁能譜式把目標(biāo)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)成聲共振。
表現(xiàn)為電磁特性和場(chǎng)的電磁能譜式可以通過本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的檢測(cè)手段檢測(cè)，如由Erik V.Bohn著而由Addison-WesleyPublishing Co.1968出版的Introduction to Electromagnetic Fields andWaves所公開的，其內(nèi)容本文引作參考。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，可以通過向一結(jié)構(gòu)施加此結(jié)構(gòu)的部分或者全部聲-電磁特征圖譜以把此結(jié)構(gòu)導(dǎo)入聲共振來把此結(jié)構(gòu)導(dǎo)入聲共振。如果將該結(jié)構(gòu)導(dǎo)入聲共振，這個(gè)事實(shí)可以用作檢測(cè)和/或辨識(shí)此結(jié)構(gòu)。這代表本發(fā)明的另一個(gè)可以用于辨識(shí)或者檢測(cè)特定結(jié)構(gòu)的方法，因?yàn)槊糠N結(jié)構(gòu)不僅有一個(gè)其獨(dú)特聲特征圖譜，而且還有一個(gè)通過聲共振對(duì)之響應(yīng)的獨(dú)特聲-電磁特征圖譜。還有，取決于電磁特性和/或場(chǎng)以及導(dǎo)入聲共振的目標(biāo)結(jié)構(gòu)類型，此結(jié)構(gòu)可以使其功能受到影響，如破壞和/或加強(qiáng)。
在以上所有實(shí)施例中，引入聲和/或電磁能包括一個(gè)按所需效果連續(xù)和/或周期地施加的共振聲頻。
聲和/或電磁場(chǎng)可以個(gè)別地也可以聯(lián)合地施加。類似地，聲和/或電磁場(chǎng)可以個(gè)別地也可以聯(lián)合地檢測(cè)。
許多生化成分和生物結(jié)構(gòu)自然地發(fā)生結(jié)晶，從而特別在這方面易于受到共振聲能的影響。許多生物物質(zhì)是壓電材料，例如，骨是一種壓電材料，并且骨的壓電特性在其生物學(xué)的功能中起重要的作用。因此，本發(fā)明人進(jìn)一步設(shè)想，具有壓電特性的生物結(jié)構(gòu)可以通過施加足量的聲能和/或電磁能以把此結(jié)構(gòu)導(dǎo)入共振而影響，從而既可正面也可負(fù)面地影響結(jié)構(gòu)的功能。因此可以理解，起活的壓電換能器作用的生物結(jié)構(gòu)可以通過引入等效于該生物結(jié)構(gòu)的共振聲頻的電磁能誘導(dǎo)成聲共振，電磁能由此活的換能器轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而在此結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是一種通過檢測(cè)一結(jié)構(gòu)的共振聲和/或聲-電磁特征圖譜來檢測(cè)生物或者無機(jī)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，含有a)在生物或者無機(jī)結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的裝置；b)檢測(cè)生物或者無機(jī)結(jié)構(gòu)中的聲特征圖譜的裝置；和c)把生物或者無機(jī)結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜與該結(jié)構(gòu)的參考聲特征圖譜進(jìn)行比較的裝置；還有，上述系統(tǒng)還可以含有或者取代以檢測(cè)共振的結(jié)構(gòu)的共振聲-電磁能特征圖譜的裝置，所述聲共振產(chǎn)生一種如以上所述的電磁能譜式?？梢酝ㄟ^在檢測(cè)或者辨識(shí)系統(tǒng)中提供比較裝置把聲-電磁能特征圖譜與以前測(cè)定的參考特征圖譜進(jìn)行比較。電磁能譜式表現(xiàn)為電磁特性和/或場(chǎng)，包括但是不限于，直流和交流電形式的能、電場(chǎng)和磁場(chǎng)、及電磁輻射?？梢酝ㄟ^引入包括至少一個(gè)共振聲頻的聲能、等效于共振聲頻的電磁性能和/或等效于聲-電磁特征圖譜的電磁能譜式把目標(biāo)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)成共振。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，一種加強(qiáng)和/或破壞目標(biāo)生物結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)包含施加包括一個(gè)預(yù)定共振聲頻的聲能以在此生物結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的裝置，此聲能以足夠的功率輸入施加來影響此生物結(jié)構(gòu)的功能。變通地，可以通過提供等效于以前測(cè)定的、諸如直流和交流電流、電場(chǎng)和磁場(chǎng)、及電磁能等類的共振聲頻或聲-電磁特征圖譜的電磁能，把目標(biāo)結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)成聲共振。
在又一個(gè)實(shí)施例中提供一種引入頻率是或接近目標(biāo)結(jié)構(gòu)的聲共振頻率的聲能來加強(qiáng)此共振聲頻的系統(tǒng)，含有引入一個(gè)是或接近目標(biāo)結(jié)構(gòu)的共振聲頻的頻率的裝置；和引入電磁能的裝置，引入的電磁能等效于以前作為此結(jié)構(gòu)的聲-電磁能特征圖譜測(cè)定的、諸如直流和交流電流、電場(chǎng)和磁場(chǎng)、及電磁輻射等類的電磁能特征譜式。
等效于聲-電磁特征圖譜的聲能和電磁能通過一個(gè)可施加兩種能量的單一裝置施加和/或檢測(cè)。
本發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和新穎特征在下面的說明中給出，并且部分地為本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員通過檢閱下文或者學(xué)習(xí)本發(fā)明的實(shí)踐來了解。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可以借助于所附權(quán)利要求和其具體組合實(shí)現(xiàn)和得到。
參照附圖閱讀以下的詳細(xì)說明會(huì)更加理解本發(fā)明的其它目的、特點(diǎn)和許多優(yōu)點(diǎn)


圖1是一個(gè)基本聲能發(fā)生系統(tǒng)的方框圖。
圖2是一個(gè)基本的聲能檢測(cè)系統(tǒng)的方框圖。
圖3是一個(gè)施加于生物結(jié)構(gòu)的靜磁場(chǎng)的方框圖。
圖4是一個(gè)施加于生物結(jié)構(gòu)的振蕩磁場(chǎng)的方框圖。
圖5是一個(gè)施加于生物結(jié)構(gòu)直流或者交流電流的方框圖。
圖6是一個(gè)施加于生物結(jié)構(gòu)的靜電荷的方框圖。
圖7是一個(gè)向生物結(jié)構(gòu)發(fā)放電磁輻射的方框圖。
圖8是一個(gè)檢測(cè)生物結(jié)構(gòu)中靜或振蕩磁場(chǎng)的方框圖。
圖9是一個(gè)檢測(cè)生物結(jié)構(gòu)中靜電荷的方框圖。
圖10是一個(gè)檢測(cè)從生物結(jié)構(gòu)發(fā)射的電磁輻射的方框圖。
圖11是一個(gè)檢測(cè)生物結(jié)構(gòu)中直流或交流電流的方框圖。
圖12是表示一種測(cè)定病毒的共振聲頻方法的方框圖。
圖13是表示一種分析共振聲場(chǎng)對(duì)病毒的作用方法的方框圖。
圖14是表示一種用共振聲場(chǎng)體外破壞病毒的方法的方框圖。
圖15是表示一種用共振聲場(chǎng)經(jīng)血管體內(nèi)破壞病毒的方法的方框圖。
圖16是表示一種用共振聲場(chǎng)體內(nèi)在多細(xì)胞器官內(nèi)破壞病毒的方法的方框圖。
圖17是表示一種用共振聲場(chǎng)探頭在多細(xì)胞器官的一部分中破壞病毒的方法的方框圖。
圖18是表示一種用共振聲場(chǎng)片在多細(xì)胞器官的一部分中破壞病毒的方法的方框圖。
圖19A和B是表示一種測(cè)定病毒的共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)頻率的方法的方框圖。
圖20是表示一種分析共振聲和/或聲-電磁碣對(duì)病毒的作用的方法的方框圖。
圖21是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)體外破壞病毒的方法的方框圖。
圖22是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)體內(nèi)經(jīng)血管破壞病毒的方法的方框圖。
圖23是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)在多細(xì)胞器官的一部分中破壞病毒的方法的方框圖。
圖24A和B是表示一種測(cè)定微生物的共振聲和/或聲-電磁的方法的方框圖。
圖25是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)加強(qiáng)微生物方法的方框圖。
圖26是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)破壞微生物方法的方框圖。
圖27是表示一種測(cè)定節(jié)肢動(dòng)物的共振聲和/或聲-電磁頻率的方框圖。
圖28是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)能破壞節(jié)肢動(dòng)物的方法的方框圖。
圖29是表示一種加強(qiáng)和維護(hù)骨質(zhì)疏松患者正常骨結(jié)構(gòu)的方法的方框圖。
圖30是表示一種維持正常減肥個(gè)體的正常骨結(jié)構(gòu)的方法的方框圖。
圖31是表示一種用共振聲和/或聲-電磁能檢測(cè)良性或惡性組織類型的方法的方框圖。
圖32是表示一種用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)能刺激和/或破壞細(xì)胞間的蛋白多糖粘連單元的方法的方框圖。
圖33是表示一種用共振聲和/或聲-電磁能加強(qiáng)、辨識(shí)、檢測(cè)、和/或破壞多細(xì)胞機(jī)體結(jié)構(gòu)的方法的方框圖。
圖34是表示一種用共振聲和/或聲-電磁能增加多細(xì)胞機(jī)體發(fā)育速率的方法的方框圖。
圖35A和B是表示一種測(cè)定無機(jī)物或結(jié)構(gòu)的共振聲和/或聲-電磁頻率的方法和系統(tǒng)的方框圖。
本發(fā)明的方法含有向無機(jī)結(jié)構(gòu)或生物結(jié)構(gòu)發(fā)送共振頻率的聲能，如
圖1所示。使用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的方法，任何能夠產(chǎn)生和經(jīng)任何媒介傳輸聲能的裝置都可以用于發(fā)生本發(fā)明使用的共振聲頻。這包括但是不限于，使用傳統(tǒng)的電磁激勵(lì)壓電換能器、(人造或者天然的)、純機(jī)械裝置(諸如高頻氣笛)、和萊塞裝置來產(chǎn)生聲能。聲能系統(tǒng)的各種部件可以在市場(chǎng)上從廣泛的制造廠家處購(gòu)得，它們可以構(gòu)形為特殊應(yīng)用和特殊頻率范圍，(參見Thomas Directory ofAmerican Manufactures,Photonics Buyer′s Guide,1996,Microwave andRF,and Engineer′s Master Catalogue)。
任何振蕩器，也稱信號(hào)發(fā)生器或者說函數(shù)發(fā)生器，只要產(chǎn)生具有預(yù)定頻率、模式、脈沖寬度、波形、和重復(fù)率的信號(hào)的，都可以用于產(chǎn)生本發(fā)明所用的共振聲頻。市場(chǎng)上可以購(gòu)到頻率范圍從幾赫芝到幾吉赫芝的各種振蕩器或者信號(hào)發(fā)生器，諸如MicroLambda LMOS系列(500MHz-18GHz)、BK Precision 2005A(100KHz-450MHz)(B&KPrecision,Chicago,IL)、Tektronic SMEO2(5KHz-5GHz)，和Tektronic 25SME4040(0.5Hz-20MHz)(Tektronic,Inc.位于Beaverton,OR)，及Matec700系列(1-1100MHz)等等。
共振發(fā)生的頻率取決于結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和組成。例如，一個(gè)球體的共振頻率是聲的波長(zhǎng)等于球的半徑的頻率。更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)-圓柱體一有兩個(gè)基于兩個(gè)方向軸的共振頻率，一個(gè)共振頻率的波長(zhǎng)等于此長(zhǎng)度的1.5倍。結(jié)構(gòu)的形狀越復(fù)雜，共振聲頻的譜式就越復(fù)雜，但是，發(fā)生共振的波長(zhǎng)大致地與結(jié)構(gòu)的尺寸相當(dāng)。
與特定波長(zhǎng)匹配的頻率取決于結(jié)構(gòu)的組成，根據(jù)公式速度=頻率×波長(zhǎng)(1)
式中速度指聲波在構(gòu)成此結(jié)構(gòu)的媒介中傳播的速度(聲速)。盡管聲在各種生物結(jié)構(gòu)中的速度各不相同，但是大致相當(dāng)于聲在水中傳播的速度(1500米/秒)，因?yàn)槎鄶?shù)生物機(jī)體主要是由水組成的。使用聲在水中的速度作為聲波的速度并且用結(jié)構(gòu)的尺寸大致等于波長(zhǎng)，在有機(jī)或者生物結(jié)構(gòu)中的共振聲頻率由下式給出頻率=速度/波長(zhǎng)=速度/尺寸=1500米/秒/尺寸(2)(請(qǐng)見下面的列表)其它已知的聲在生物組織中的速度各不相同，包括(1)肝(1550米/秒；(2)肌肉(1580米/秒)；(3)脂肪(1459米/秒)；(4)腦(1560米/秒)；(5)腎(1560米/秒)；(6)脾(1570米/秋)；(7)血液(1575米/秒)；(8)骨(4080米/秒)；(9)肺(650米/秒)；(10)眼的晶狀體(1620米/秒)；(11)房水(1500米/秒)及(12)玻璃體(1520米/秒)。含有聲速與水中聲速不同的組織的目標(biāo)有機(jī)或者說生物結(jié)構(gòu)的共振聲頻范圍用同樣的公式(速度/波長(zhǎng))得出，并且與下面列出的表相關(guān)，按聲在目標(biāo)組織中的速度有所加減。
盡管聲能在特定媒介中的速度大部分是恒定的，速度對(duì)于頻率稍有依從性，-這是一種稱為頻散的效應(yīng)。例如，在1到20MHz的頻率范圍上，聲速變化為1％。因此，在本發(fā)明中，共振頻率或者至少目標(biāo)結(jié)構(gòu)的共振頻率可于其內(nèi)發(fā)現(xiàn)的頻率范圍，取決于結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀和組成、和受檢的特定頻率范圍。生物結(jié)構(gòu)一些近似聲共振頻率包括在下面的表1中。
表1生物結(jié)構(gòu)的近似聲共振頻率范圍(聲速=1,500m/s)
為得到聲能從一個(gè)媒介到另一個(gè)媒介的最大傳輸，應(yīng)當(dāng)使其特征聲阻抗盡可能地彼此相等。這個(gè)阻抗匹配的問題，如其名稱，發(fā)生在物理學(xué)的許多分支中，并且用在聲學(xué)技術(shù)中，作為匹配兩個(gè)分別為R1和R2的不同聲阻抗的方法。匹配的媒介夾在其它兩個(gè)媒介之間并且厚度應(yīng)當(dāng)大致與傳播的聲波長(zhǎng)相當(dāng)，其聲阻抗R應(yīng)當(dāng)近似等于 市場(chǎng)上可購(gòu)得的可以用于本發(fā)明的阻抗匹配裝置包括MatecInstruments,Inc.生產(chǎn)的Model 60型。
聲能可以由把接收的電磁能轉(zhuǎn)換成快速的、物理的振動(dòng)從而轉(zhuǎn)換成聲能的換能器產(chǎn)生。早期的聲換能器使用天然晶體的壓電特性產(chǎn)生聲能波。
電磁能→壓電換能器→聲能波新型的換能器使用諸如鐵電陶瓷(鈦酸鋇、鈦酸鉛，或鋯酸鉛)和氧化鋅之類的材料。材料工程中的新進(jìn)展也產(chǎn)生了可以做成片和線形的壓電聚合物，使之應(yīng)用多樣化。
換能器也可以在市場(chǎng)上從廣泛的廠家購(gòu)買，構(gòu)形多樣可以為特定應(yīng)用和頻率構(gòu)形。本發(fā)明可用并可從市場(chǎng)購(gòu)買的從赫芝到吉赫芝頻率范圍的聲換能器例子包括Matec寬帶浸入式換能器MIA系列(10-196MHz)、Matec寬帶換能器MIBO系列(5-10MHz)、Matec寬帶換能器MICO系列(3.5MHz)、Matec寬帶換能器MIDO系列(2.25MHz)、Matec寬帶換能器MWO系列(50KHz-1MHz)、MatecGPUT系列(500KHz-20MHz)、Matec血管內(nèi)血流換能器VP-A50系列(5-30MHz),Teledyne Electronic Technologies公司的相內(nèi)或相外寬帶MHz/GHz(達(dá)17.5GHz)在藍(lán)寶石上涂氧化鋅和可帶有反射涂層的陣列換能器，和Channel Industries生產(chǎn)的Kilohertz換能器。在超高聲頻(達(dá)GHz和THz)可以使用脈塞和萊塞系統(tǒng)。
換能器可以產(chǎn)生頻率范圍內(nèi)(寬帶)或一個(gè)特定頻率(窄帶)的聲波。
市售的聲放大器包括但是不限于Matec門選放大器系統(tǒng)(100KHz-200MHz)，和Model 607L型EM寬帶放大器(0.8-1000MHz)。
完整的聲系統(tǒng)包括電源、計(jì)算機(jī)接口、脈沖寬度發(fā)生器、門選放大器、寬帶接收器和相位檢測(cè)器(100KHz-100MHz)，可以從Matec等廠家購(gòu)買。
聲發(fā)送系統(tǒng)按應(yīng)用而不同。聲能波既可以通過直接使換能器與目標(biāo)結(jié)構(gòu)媒介直接接觸傳輸?shù)綒?、液或者固體的媒介中，也可以經(jīng)其它的結(jié)構(gòu)或者媒介耦合傳輸聲波，所述結(jié)構(gòu)或者媒介之一與目標(biāo)結(jié)構(gòu)直接接觸。在生物結(jié)構(gòu)的情況下，經(jīng)多重結(jié)構(gòu)或者媒介的耦合傳輸在聲波經(jīng)多層生物組織到達(dá)其目標(biāo)結(jié)構(gòu)時(shí)就是經(jīng)常出現(xiàn)的。如果目標(biāo)結(jié)構(gòu)是液體，換能器可以放進(jìn)液體與之直接接觸，也可以把換能器放進(jìn)一個(gè)其壁本身就是換能器的容器中而與液體直接地接觸。還有，換能器可以放在其內(nèi)放置液體的容器的壁外。
如果目標(biāo)結(jié)構(gòu)是固體，也可以把換能器放置得與之直接接觸。固體可以放置在用作耦合劑的氣體或者液體中。換能器放在固體表面上時(shí)，液體或者凝膠型耦合劑也可以在耦合一個(gè)在分立固體和一個(gè)換能器之間。
本發(fā)明還涉及接收和分析從無機(jī)或者生物結(jié)構(gòu)得到的聲能，如圖2所示。使用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的方法，任何能夠經(jīng)任何媒介接收和分析聲能的裝置都可以用于檢測(cè)本發(fā)明使用的共振聲和/或聲-電磁頻率。
聲能波的檢測(cè)基本上是產(chǎn)生聲能波的逆過程。沖擊換能器的聲能波施加機(jī)械應(yīng)力，經(jīng)壓電效應(yīng)產(chǎn)生與機(jī)械應(yīng)力成比例的電極化。得到的電磁能經(jīng)示波器之類的裝置電子地轉(zhuǎn)換成可讀的形式。
電磁能←壓電換能器←聲能波。
這樣，使用可逆的壓電效應(yīng)，壓電換能器可以用于產(chǎn)生也可以用于檢測(cè)聲能。
誘導(dǎo)進(jìn)聲共振狀態(tài)后的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)出振動(dòng)波，振動(dòng)波會(huì)在換能器中引起機(jī)械應(yīng)力。轉(zhuǎn)而，與聲波同頻率的電勢(shì)差表現(xiàn)為跨連接到換能器電極的電壓。
可以用于本發(fā)明的示波器包括但是不限于，諸如BK Precision21-60A(0-60MHz)、Tektronix TDS784A(0-1 GHz)、Tektronix TDS 820(6-8GHz)、Tektronix 1180aB(0-50GHz)；和頻譜分析儀，諸如Hewlett-Packard 8577A(100Hz-40GHz)、HP 8555A(10MHz-40GHz)、Tektronix 492(50KHz-21 GHz)、Anritsu MS62C(50Hz-1.7GHz)和Polarad640B(3MHz-40GHz)，它們均有市售。
完整的聲檢測(cè)分析系統(tǒng)(50KHz-100MHz)包括電源架、計(jì)算機(jī)接口、脈沖寬度發(fā)生器、門選放大器、寬帶接收器、相位檢測(cè)器、控制軟件、前置放大器、二極管擴(kuò)展器、倍頻器、濾波器和衰減器，可以從Matec Instruments Inc.等廠家購(gòu)買。
可以反射也可以傳輸受檢查的聲能。例如，用傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)超聲波方法，聲波從單個(gè)換能器產(chǎn)生。聲波沖擊各種結(jié)構(gòu)。一些聲波從結(jié)構(gòu)反射回并且由同樣的單個(gè)換能器檢測(cè)。一些聲波還可以經(jīng)此結(jié)構(gòu)傳輸。許多工業(yè)的聲能應(yīng)用利用傳輸波而不是反射波。
本發(fā)明還包含以共振聲和/或共振聲-電磁頻率向目標(biāo)結(jié)構(gòu)發(fā)送電磁能，如圖3-7所示。
如果共振系統(tǒng)沉入液體環(huán)境(如多數(shù)生物結(jié)構(gòu)的情況)，能量的耗散經(jīng)系統(tǒng)中的內(nèi)在源發(fā)生(即經(jīng)置換成電磁能)，或者經(jīng)向鄰近的媒介中的損失發(fā)生(即經(jīng)耦合和傳輸聲能)。使用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的方法，任何能夠經(jīng)任何媒介發(fā)生和傳輸能的裝置都可以用于發(fā)生本發(fā)明所用的共振聲和/或聲-電磁能，包括但是不限于，靜磁場(chǎng)和振蕩磁場(chǎng)(圖3和4)、直流和交流電流(圖5)、靜電荷(圖6)、電場(chǎng)和電磁輻射(圖7)。
用于發(fā)送直流和交流電流的電極可以在市場(chǎng)上從許多各種廠家購(gòu)買。
磁場(chǎng)發(fā)生器市售可得，包括Radio Shack Rareearth生產(chǎn)的Magnets 64-1895、GMW Model 5403 AC型等。
圖1和2中所用的上述振蕩器和信號(hào)發(fā)生器均有市售的。類似地，還可買到許多電磁發(fā)送系統(tǒng)，包括Waveline Model 99系列、Standard Gain Horns(1.7-40GHz)和JEMA JA-150-MS。
本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的把生物結(jié)構(gòu)暴露于電磁能的系統(tǒng)包括消聲室、橫向電磁場(chǎng)池(TEM)、共振腔、近場(chǎng)合成器、波導(dǎo)細(xì)胞培養(yǎng)暴露系統(tǒng)和同軸傳輸線暴露池。
本發(fā)明還涉及接收和分析從目標(biāo)結(jié)構(gòu)發(fā)出的電磁能，如圖8-11所示。使用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的方法，任何能夠經(jīng)任何媒介檢測(cè)和分析電磁能的裝置都可以檢測(cè)用于本發(fā)明的共振聲和/或聲-電磁頻率。直流和交流電流可以通過用下列15和電壓表，如BK Precision2831A(0-1200V,0.1mV分辨率或者BK Precision 3910-1000V,10μV分辨率)測(cè)量電壓改變分析，靜電荷檢測(cè)(圖9)通過用諸如Honeywell生產(chǎn)的HET Micro Switch 5594A1F換能器和Analog Devices公司的精密放大器集成塊AD524測(cè)量靜態(tài)的和振蕩的磁場(chǎng)改變(圖8)進(jìn)行。電磁場(chǎng)兼容并且無擾動(dòng)的監(jiān)測(cè)電極是用Technical 20 Fluorocarbons andEngineering Polymer Corp生產(chǎn)的載炭聚四氟乙烯制造的。
寬帶測(cè)量計(jì)有市售的，如Aeritalia RV and 307(1-1000MHz)、General Microwave Raham 12(10MHz-18GHz)、Holaday Industries 3000系列(5-300MHz和500MHz-6GHz)、Narda Microwave 8608(10MHz-26GHz)、Instrunents for Industry RHM-1(10KHz-220MHz)等等。
電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)有市售的，來源包括但是不限于，Rohde & SchwarzMSU(25-1000MHz)、Rohde & Schwarz MSU(0.1-30MHz)、ScientificAtlanta 1640APZ(20MHz-32GHz)、Electro-Metrics EMS-25(20KHz-1GHz)、Anritsu M的NM系列(500KHz-1GHz)等等。
磁場(chǎng)可以用Bartington Fluxgate Nanoteslameter,Mag-01等來分析。
頻譜分析儀有市售的，來源包括但是不限于，HP 8566A(100Hz-40GHz)、HP 8555A(10Hz-40GHz)、Tektronix 492(50KHz-21GHz)、Anritsu M562C(50Hz-1.7GHz)、及Polarad 640B(3MHz-40GHz)等等。
熱耦電場(chǎng)探頭由Narda生產(chǎn)，而可以組織植入的電場(chǎng)探頭包括例如，Narda 26088、EIT 979和Holady IME-O1。場(chǎng)探頭可以通過光纖遙測(cè)與外電路連接。這限制了檢測(cè)場(chǎng)的擾動(dòng)并消除了射頻干擾，從而提高了信號(hào)噪音比。配有傳輸器和接收器的光纖接頭可以在上從Hewlett-Packard和Burr-Brown公司購(gòu)買。
電磁發(fā)射器包括但是不限于，JEMA,Model JA-150-MS型(139-174MHz)等等。
盡管相對(duì)于某些特定實(shí)施例和某些系統(tǒng)說明了本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解可以有許多改變，并且可以使用其它設(shè)備和/或部件安排而不偏離本發(fā)明。在某些情況下這類改變和代替可能需要一些試驗(yàn)，但是僅涉及常規(guī)的檢測(cè)。
后文中的例子和特定實(shí)施例的說明將充分地揭示本發(fā)明的一般性質(zhì)，從而使其它人通過應(yīng)用現(xiàn)有的知識(shí)對(duì)于不同的應(yīng)用可以方便地修改和/或改進(jìn)這些實(shí)施例，而不偏離所述一般概念，因此應(yīng)把這些修改和改進(jìn)包含在公開的實(shí)施例和系統(tǒng)組成的等效范圍內(nèi)。
例1破壞、加強(qiáng)、檢測(cè)和/或辨識(shí)病毒因?yàn)樵谝粋€(gè)結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)共振可以由于該結(jié)構(gòu)的一或多個(gè)組分破裂導(dǎo)致突然的和不可逆的結(jié)構(gòu)失效，所以可用共振能選擇性地破壞生物結(jié)構(gòu)。本發(fā)明使用對(duì)每種特定病毒獨(dú)特的共振頻率下的聲能和/或聲-電磁能，利用病毒的剛性的、晶體結(jié)構(gòu)來檢測(cè)、加強(qiáng)、辨識(shí)和/或物理破壞病毒結(jié)構(gòu)。病毒可以認(rèn)為是壓電晶體，因此可以起活的換能器的作用。
由病毒引起的人類疾病包括肝炎、流感、水痘、腮腺炎、麻疹、天花、獲得性免疫缺損綜合癥(愛滋病)、埃博拉病、脊髓灰質(zhì)炎、出血熱、皰疹和毛細(xì)胞白血病。
由病毒引起的動(dòng)物疾病包括但是不限于，狗的微小病毒感染、貓白血病、牛水痘、狂犬病和雞瘟。
植物生命的病毒疾病的一個(gè)最著名的例子是發(fā)生在愛爾蘭的、由感染土豆植株的病毒引起的歷史性土豆荒。
有兩種主要類型的病毒對(duì)稱-二十面的和螺旋的對(duì)稱。二十面形大致相當(dāng)于足球，而螺旋形樣似玩具圈線。病毒大多數(shù)歸為這兩類，其余的是復(fù)雜的或者未知的。二十面形大致上是由二十個(gè)相同的等邊三角形組成的球形，有五重三軸對(duì)稱。螺旋形中，從核酸中盤旋出衣殼單元，它們起源于病毒的中心，并且只有一個(gè)螺旋的對(duì)稱軸。
在每個(gè)對(duì)稱群中，病毒可以進(jìn)一步分開為DNA群和RNA群。病毒具有中心核酸質(zhì)的核，不論是DNA還是RNA。這個(gè)核酸的核由一個(gè)對(duì)稱的蛋白殼包圍，稱為衣殼或者蛋白殼。衣殼由單個(gè)的衣殼體形態(tài)單元(衣蛋白亞單元)構(gòu)成，這些單元又由各個(gè)結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成。結(jié)構(gòu)單元也稱作晶體單元，因?yàn)樗鼈冃纬芍貜?fù)的格式并且可以用X光晶體衍射技術(shù)顯示。結(jié)構(gòu)單元是病毒結(jié)構(gòu)的基本組元件并且常常是相同的蛋白。
有些病毒中，一種脂蛋白膜或稱被膜包圍著衣殼。被膜從宿主細(xì)胞膜衍生，并且由病毒在其脫離宿主細(xì)胞時(shí)而個(gè)性化。被膜可攜帶具體的病毒蛋白，諸如血凝素或神經(jīng)氨酸苷酶，后者對(duì)病毒的未來功能和存活是重要的。一些病毒的被膜密布著突起或稱為膜粒，形似于圍繞邊緣的叉指。叉指可能對(duì)病毒的功能和生存是重要的。
經(jīng)典地，當(dāng)對(duì)某些介電(不導(dǎo)電)晶體施加機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生與機(jī)械應(yīng)力成比例的電極化(單位立方米的電偶極矩)時(shí)，就說是存在壓電現(xiàn)象。反之，對(duì)晶體加電磁場(chǎng)產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力和形變，并且從而產(chǎn)生聲能。
晶體中壓電現(xiàn)象的必要條件是沒有對(duì)稱中心。32種經(jīng)典明確的晶體類別中有二十種沒有對(duì)稱中心和壓電的。病毒是晶體結(jié)構(gòu)的并且從而是對(duì)使用共振頻率下的聲和/或聲-電磁能引起的振動(dòng)作用敏感的。二十面形病毒有五重對(duì)稱，從而其晶體結(jié)構(gòu)中沒有經(jīng)典的對(duì)稱中心，這是壓電物質(zhì)的必要條件。螺旋形病毒同樣沒有經(jīng)典的對(duì)稱中心，因?yàn)槁菪囊職てx中心軸90度。除了病毒的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)聲能的振動(dòng)共振作用敏感之外，如本發(fā)明中所用的病毒，還可以起壓電的、聲共振結(jié)構(gòu)的作用。
無機(jī)化學(xué)中定義的經(jīng)典32群天然晶體沒有包括五重對(duì)稱，也沒有包括偏離的螺旋對(duì)稱。本發(fā)明人認(rèn)為病毒可以代表第33和第34群天然晶體。
本發(fā)明有可能顯著地減少全球人口遭受的病毒感染的數(shù)量和嚴(yán)重性。本發(fā)明有潛力增加疫苗或病毒基因轉(zhuǎn)移物產(chǎn)量。還有，本發(fā)明有獸醫(yī)學(xué)的應(yīng)用，即，治療牲畜和家禽的病毒感染，以及農(nóng)業(yè)應(yīng)用。與在先技術(shù)使用超聲范圍的非共振頻度率不同，本發(fā)明使用在特定病毒中引起共振而不在相鄰組織中引起共振的特定頻率。本發(fā)明的方法還使用與病毒在聲共振狀態(tài)下產(chǎn)生的聲-電磁特征圖譜等效的電磁能，并且利用病毒壓電的、內(nèi)在的能量耗散、聲電的、和/或磁聲特性，或單獨(dú)地、或相互結(jié)合地或者與共振聲場(chǎng)結(jié)合地使用。
病毒的破壞對(duì)于治療多細(xì)胞機(jī)體是有用的，尤其是治療對(duì)病毒感染敏感的動(dòng)物，包括哺乳動(dòng)物、鳥類、植物、果品、昆蟲、節(jié)肢動(dòng)物等，或者其中易受病毒感染的部分?？梢杂闷茐牟《局委煹亩嗉?xì)胞機(jī)體的部分包括但是不限于，整體、肢體、器官，如腎、脾、肝、胰、心臟、肺、胃腸道等等，和組織，如角膜、骨、骨髓、血液、軟骨等等。多細(xì)胞機(jī)體衍生的產(chǎn)品如血液也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在一個(gè)用于破壞病毒的本發(fā)明實(shí)施例中，受治療的身體或者身體部分可以浸入在傳導(dǎo)媒介中，然后聲波以共振頻率經(jīng)此媒介施加在身體或者其部分上，以引起感染該身體或其部分的病毒共振和破壞。治療的時(shí)間長(zhǎng)度要足以破壞現(xiàn)有病毒的至少約25％，優(yōu)選至少約50％。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，治療的時(shí)間長(zhǎng)度為足以破壞病毒的至少約50％至約100％，同時(shí)對(duì)宿主多細(xì)胞機(jī)體幾乎沒有或者根本沒有有害的副作用。功率強(qiáng)度取決于組織或者機(jī)體，可以在1×10-11W/平方米到1×1011W/平方米，并且優(yōu)選100至10,000W/平方米。
當(dāng)多細(xì)胞機(jī)體受一種以上病毒屬或者種的感染時(shí)，最好用特定于破壞感染該機(jī)體的每一型病毒的共振頻率治療該機(jī)體。在人感染HIV-1病毒時(shí)，可以發(fā)生巨細(xì)胞病毒、腺病毒、帶狀皰疹病毒等等引起的機(jī)會(huì)感染。這種情況下可以對(duì)感染人的每種有機(jī)物各施加獨(dú)特的共振頻率。
本方法有益于器官或者組織移植。移植前對(duì)施主器官或組織的治療防止或者抑制致病病毒傳播給受主。這種方法有用于異種移植、異屬移植和同屬移植等等。為破壞病毒要處理的施主器官或組織包括但是不限于角膜、心臟、肝、肺、皮、骨、骨髓細(xì)胞、血和血制品、腎、胰等等。
可以使用本文所述破壞方法抑制或者處理的反轉(zhuǎn)病毒引起的疾病例子包括但是不限于，愛滋病、白血病、鼠乳腺瘤、肉瘤等等。
由肝炎DNA病毒引起的疾病例子包括但是不限于，乙型肝炎、丙型肝炎、肝癌、土撥鼠肝炎、地面松鼠肝炎、鴨肝炎等等。
可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的由肝炎病毒引起的疾病例子包括但是不限于，生殖器及口腔皰疹、水痘、帶狀皰疹、巨細(xì)胞病毒病(出生缺陷和肺炎)、單核細(xì)胞癥、布基特氏淋巴肉瘤、鼻咽癌、牛乳腺炎、類狂犬病等等。
可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的由痘病毒引起的疾病例子包括但是不限于，天花、牛痘、類牛痘、傳染性軟疣、傳染性膿瘡皮炎、水牛痘、駱駝痘、猴痘、家兔痘、鼠痘、牛丘疹、家禽痘、火雞痘、綿羊痘、山羊痘、野免痘、松鼠痘、鵝痘等等。
可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的由乳多泡病毒引起的疾病例子包括但是不限于，人疣病毒、生殖器疣、宮頸癌、進(jìn)行性多灶性腦白質(zhì)病、鼠、猴、家免中的疣和腫瘤。
可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的由腺病毒引起的疾病例子包括但是不限于，上呼吸道感染、胃腸炎、結(jié)膜炎和腫瘤。
可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的由微小病毒引起的疾病例子包括但是不限于，傳染性紅斑、骨髓障礙、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、致命低出生重量、貓白血病等等。
可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的微小RNA病毒相關(guān)疾病例子包括但是不限于，脊髓灰質(zhì)炎、甲型肝炎、普通感冒、口蹄疫、腦炎、心肌炎、腸炎、鵝血管病、傳染性血管疾病等等。
可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的由呼吸道腸道孤兒病毒引起的疾病例子包括但是不限于，上呼吸感染、科羅拉多蜱傳熱、腸胃炎等等可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的正粘病毒相關(guān)疾病例子包括但是不限于，人流感、豬、馬、海豹、鳥類流感等等。
其它可以使用本文所述破壞方法預(yù)防、抑制或者處理的由病毒引起的疾病例子包括但是不限于，病毒腹瀉、嬰兒腸胃炎、鵝水皰疹、海獅病腦炎、登革熱、黃熱病、風(fēng)疹、馬腦脊髓炎、豬霍亂、布氏熱、奧氏熱、裂谷熱、剛果出血熱、尼羅比綿羊病、非洲鵝熱等。
本發(fā)明破壞病毒的方法還可以用于農(nóng)作。例如植物、果實(shí)、蔬菜等等，懷疑由病毒引起的疾病可以用共振聲和/或聲-電磁能處理來破壞病毒。為破壞病毒要處理的植物部分包括但是不限于，種子、苗、果肉、葉、蔬菜、果實(shí)等等。
本發(fā)明的方法包含向病毒以共振頻率發(fā)送聲能。例如，共振頻率的定性和定量可以用
圖12所示的裝置試管內(nèi)測(cè)定。一滴有已知的共振聲特性并且其中還含有由標(biāo)準(zhǔn)病毒學(xué)方法測(cè)定的已知病毒的液體(全血、血清、培養(yǎng)液或者宿主細(xì)胞等)放置在一個(gè)已知共振聲特性的吸收媒介(紙、賽酪酪、綿、聚合物等)薄盤上。可以使用載病毒組織或者材料的薄層切片(包埋或者切片材料，如市售的有Polysciences,Inc.JB-4包埋、蠟、免疫床箱、LR Gold,Osteo-Bed骨箱、PolyfeezePEG4000樹脂、PolyFin蠟等等)。病毒盤放置在上文公開的兩個(gè)低GHz或高M(jìn)Hz換能器之間并且夾持在位。
為病毒的共振特征圖譜定性作檢查的目標(biāo)頻率范圍用聲在生物組織中的速度1500米/秒除以基于病毒尺度的所需波長(zhǎng)得到。如果病毒的尺度未知，可以使用領(lǐng)域內(nèi)公知的技術(shù)由電子顯微鏡測(cè)定。
一個(gè)換能器產(chǎn)生聲信號(hào)并且可以掃過一個(gè)寬帶的目標(biāo)頻率，并且其它的換能器檢測(cè)傳輸?shù)穆曅盘?hào)。從病毒檢測(cè)盤/切片傳出的聲信號(hào)饋入信號(hào)分析器的正端。從檢測(cè)液和盤或者檢測(cè)包埋材料發(fā)出的已知信號(hào)用作對(duì)照，并且饋入信號(hào)分析器的負(fù)端。抵消對(duì)照的特征圖譜后剩下的顯示的共振聲特征圖譜是樣品中的病毒發(fā)出的，從而得出定性的結(jié)果。
通過改變分析的頻率范圍和在每個(gè)頻率下比較幅度，人們可以辨識(shí)主共振頻率，和相關(guān)的諧波共振頻率。主共振頻率將有最高的幅度。每個(gè)病毒會(huì)有多重主頻，這取決于病毒的尺度，包括但是不限于，直徑、長(zhǎng)度(圓柱形或者螺旋形)、間距、和單元距離。見表2計(jì)算出的各個(gè)病毒主頻率的范圍，計(jì)算用聲速為1500米/秒，病毒的尺度為近來由標(biāo)準(zhǔn)的病毒學(xué)方法測(cè)定的。該結(jié)果可能會(huì)有變化，這取決于特定的病毒因素，如體積模數(shù)、頻散、病毒物質(zhì)中的聲速、活體比試管內(nèi)尺度等，因此頻率絕不限于表2所計(jì)算的頻率。
表2Ⅰ．二十面形對(duì)稱A．DNA病毒病毒 直徑 頂端長(zhǎng)度 頻率(#衣膜體) (nm)58％平均(nm) 單位距離(nm) (Hz)微小病毒 21 7.143×1010(32) 23 6.522×1010(腺相關(guān)病毒) 22 6.818×101012.76 1.176×10106.63 2.26×1011多瘤病毒 40 3.75×1010(JC病毒，BK病毒50 3.00×1010SA病毒40， 45 3.33×1010牛，狒狒) 26.15.75×1010(72) 137非對(duì)稱乳頭狀瘤病毒 45 (skewed) 3.33×1010(72) 55 2.72×101050 3.00×101029 5.17×1010皰疹病毒 ？非對(duì)稱95 1.57×1010(162) 105 1.42×1010(口，生殖器100 1.50×1010水痘，帶狀皰疹 58 2.58×1010Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ) 256.00×10109 1.66×1010牛皰疹病毒 95 1.57×1010(162) 105 1.42×1010100 1.50×101058 2.58×1010256.00×1010皰疹Ⅳ病毒9 1.66×101195 1.57×1011(162) 105 1.42×1010EB病毒 100 1.50×101058 2.58×1011256.00×10109 1.66×1011皰疹Ⅴ病毒 95 1.57×1010(162) 105 1.42×1010(巨細(xì)胞病毒) 100 1.50×101058 2.58×1010256.00×10109 1.66×101150nm核 3.00×1010腺病毒 70 2.14×1010(252) 75 2.00×101072.5 2.07×101042.05 3.57×10108.41 1.78×1011牛痘疫苗 200 7.5×109250 6.0×109天花 200 7.5×109(天花病毒) 250 6.0×109牛痘病毒 200 7.5×109250 6.0×109200 7.5×109傳染性軟疣病毒 250 6.0×109ORFV病毒 150 1.0×1010250 6.0×109副牛痘病毒 150 1.0×1010250 (戴恩顆粒) 6.0×109乙肝病毒 40 3.75×101045 3.33×101042.528nm核 3.53×1010(球和桿形非傳染性) 5.36×1010
B．RNA 病毒病毒 直徑 三角長(zhǎng)度(#衣膜體) (nm)(nm)單位距離 頻率(nm)(Hz)杯狀病毒 314.84×101032 354.28×1010334.54×101019.147.84×10109.96 1.51×1011微小RNA病毒256.00×101032 305.00×101027.5 5.45×101015.959.40×10108.29 1.81×1011輪狀病毒 702.14×1010(92) 752.00×101172.5 2.07×101042.053.57×101014.021.07×1010HIV851.76×1010150 1.00×1010100 1.76×1010表面棘突12nm1.25×101018nm8.33×10101/4直徑的圓錐寬度Ⅱ．螺旋形對(duì)稱RNA病毒 三角長(zhǎng)度直徑 (nm) 單位距離頻率(#衣膜體)(nm) (nm) (Hz)流感病毒 80 1.88×1011人A,B和C， 120 1.25×1010禽病毒膜粒10nm(A&B) 1.5×1010膜粒8nm(C) 1.88×1011A-6nm寬螺旋核 6.66×1011C-9nm寬螺旋核 1.66×1011副流感病毒 90 1.66×1010(腮腺炎類) 300 5.00×109螺旋15nm1.00×1011螺旋19nm7.89×10107.5nm× 2.00×10113nm 5.00×1011中心孔道5nm 3.00×1011副粘病毒 90 1.66×1010(紐卡斯?fàn)柕貐^(qū)， 300 5.00×109鳥，猴，麻疹) 螺旋15nm1.00×1011蝶旋19nm7.89×1010中心孔道5nm 3.00×1011呼吸道 120 1.25×1010合皰病毒 螺旋15nm1.00×1011螺旋19nm7.89×1010中心孔道5nm 3.00×1011馬堡病毒和 80nm寬螺旋形 1.88×1010埃博拉病毒 50nm內(nèi)孔道 3.00×101020nm中心孔道 7.50×1010
一旦測(cè)定了定性的病毒共振聲特征圖譜，就通過用比較已知濃度的特定病毒樣品的共振聲特征圖譜幅度來測(cè)定定量性結(jié)果。高病毒載荷(濃度)會(huì)有高的共振聲特征圖譜幅度。從而得到主共振頻率的幅度對(duì)病毒濃度之比，能夠分析未知濃度樣品中的病毒載荷。
另一個(gè)實(shí)施例中，產(chǎn)生盤/切片的共振特征圖譜，可以通過首先把對(duì)照盤/切片夾持進(jìn)換能器室并且在微處理器中存儲(chǔ)此共振特征圖譜以接著處理檢測(cè)盤/切片特征圖譜，也可以通過首先把對(duì)照盤/切片夾持進(jìn)第二換能器室并且同時(shí)地掃過檢測(cè)盤/切片病毒掃描的寬帶頻率。還有，可以把檢測(cè)盤/切片夾持在換能器和一個(gè)反射面之間，并且由同一個(gè)換能器產(chǎn)生和接收聲波，從而分析反射的而不是傳輸?shù)穆暡?。而且可以把一個(gè)或多個(gè)分析反射或者傳輸聲能的換能器浸入到一種含有病毒的液體或者媒介中。
在另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)分析反射或者傳輸聲能的換能器構(gòu)成一個(gè)容器的壁，向其中放置一種含有病毒的液體或者媒介。
本發(fā)明還能夠通過
圖13所示的裝置在體外測(cè)定共振頻率的影響。使用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)病毒學(xué)培養(yǎng)方法，病毒培養(yǎng)液可以置于一個(gè)可重復(fù)用/可高溫高壓消毒的檢測(cè)筒中。檢測(cè)筒的底面是換能器，其結(jié)構(gòu)為適宜于適當(dāng)頻率，諸如在藍(lán)寶石底物上的氧化鋅薄膜。這樣放在檢測(cè)筒中的宿主媒介單層地分布在筒底并且與換能器直接接觸。所需共振頻率的聲能然后經(jīng)培養(yǎng)液和宿主媒介發(fā)向病毒，并且用標(biāo)準(zhǔn)的病毒學(xué)方法分析對(duì)生長(zhǎng)和功能的影響。通過改變聲波特性，諸如幅度、模式(連續(xù)還是脈沖)、波形(正弦、方波)、強(qiáng)度等，可以測(cè)定為得到特定的效果所需要的理想頻率和波形。
例如，在檢測(cè)共振聲頻對(duì)HIV的加強(qiáng)和/或破壞作用時(shí)，首先以共振聲干涉(以不同的強(qiáng)度在不同時(shí)間長(zhǎng)度上用不同波形格式的共振頻率)在檢測(cè)筒中使用臺(tái)盼藍(lán)染料排除試驗(yàn)來分析未感染的T淋巴宿主細(xì)胞，臺(tái)盼藍(lán)染料排除試驗(yàn)通過分析聲干涉對(duì)宿主細(xì)胞的作用而排除不正常的病毒結(jié)果。步驟2包括把計(jì)算數(shù)量的HIV感染宿主細(xì)胞放進(jìn)檢測(cè)筒。宿主細(xì)胞在發(fā)出聲干涉的檢測(cè)筒的換能器/底形成單層。然后使用標(biāo)準(zhǔn)的試管內(nèi)方法分析結(jié)果，諸如Coulter HIV-1 p24抗原試劑盒、HIV培養(yǎng)液、PCR檢測(cè)HIV-1DNA、病毒載荷測(cè)量、定量測(cè)量、時(shí)間-陽(yáng)性、和生長(zhǎng)抑制。
本發(fā)明的方法還提供了在動(dòng)物體內(nèi)和體外破壞病毒的裝置，如
圖14所示。例如，在感染HIV的人中，使用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的技術(shù)建立一個(gè)體外血液循環(huán)系統(tǒng)。體外的血通過一系列以主或諧波共振頻率發(fā)送聲能的可重復(fù)用/可高壓消毒的換能器。聲換能器系列在效果上起聲過濾器的作用，破壞血液流中的病毒。在體外治療的前后，用病毒載荷研究方法來分析治療的效果，如本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員所公知。
在另一個(gè)實(shí)施例中，上述的聲換能器還裝有一個(gè)接收換能器用于分析血樣。開始通過的血液中含有大量的未破壞病毒，共振幅度會(huì)高。長(zhǎng)時(shí)間把血液暴露于破壞性的共振頻率下之后，會(huì)隨未受損的病毒數(shù)量下降而共振幅度下降，這給出的病毒載荷的讀數(shù)和一種確定何時(shí)停止體外治療的方法。
在另一個(gè)實(shí)施例中，把一壓電材料片做成一個(gè)封殼式或網(wǎng)狀換能器，體外血液經(jīng)之通過。在又一個(gè)實(shí)施例中，把一壓電材料管做成一個(gè)螺圈狀換能器，體外血液經(jīng)之通過。在再一個(gè)實(shí)施例中，把體外血液分離成紅和白血球部分，并且只有白血球通過聲過濾器，從而減少治療所需要的時(shí)間并且減少對(duì)紅血球部分的損傷。
在另又一個(gè)實(shí)施例中，在血液制品收集和輸血過程的多個(gè)點(diǎn)(即從施主采集、分離成組分、或者向受主輸血)中任何一個(gè)把血庫(kù)存的血通過一個(gè)聲過濾器。
在另一個(gè)實(shí)施例中，采用納米技術(shù)(見Nanosystem，由EricDrechsler所著，Publications of CJ Kim,Berkly University；Publications ofRalph Merck,Xerox Co.,Palo Alto,CA)制造多個(gè)封閉在過濾材料中的小型聲振蕩器，過濾材料不讓振蕩器通過，但是允許血球和血成分通過。納米技術(shù)的病毒聲過濾器消毒后順序附著一個(gè)在體外系統(tǒng)或者血液制品系統(tǒng)中。
在另一個(gè)實(shí)施例中，共振的和/或諧波聲頻用聲萊塞或者脈塞系統(tǒng)發(fā)生。以同樣的形式，全血或者部分血體外地跨或經(jīng)萊塞或者脈塞過濾器通過。
此方法還提供一種使用血管內(nèi)裝置在動(dòng)物體內(nèi)破壞病毒的手段，如
圖15所示。采用納米技術(shù)制造多個(gè)封閉在過濾材料中的小型聲振蕩器，過濾材料不讓振蕩器通過，但是允許血球和血成分通過。納米技術(shù)的病毒聲過濾器順序附著在CVP型導(dǎo)管中，或者附著在Greenfield型導(dǎo)管中。
在又一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的中央靜脈導(dǎo)管(由Arrow、Baxter等公司生產(chǎn)銷售)在尖端設(shè)計(jì)和裝配一個(gè)適當(dāng)頻率的換能器。用標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)把此導(dǎo)管插入大的靜脈，諸如鎖骨下靜脈、頸靜脈、或者股動(dòng)脈。然后向循環(huán)著的血液發(fā)送共振聲能，從而在體內(nèi)破壞病毒。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在一個(gè)諸如用于下腔靜脈的Greenfield過濾器型之類的大型血管內(nèi)裝置上裝配換能器作為一種聲過濾器。該裝置配有可以經(jīng)皮充電的電池，如當(dāng)前的可充電心臟起搏器所實(shí)際使用的那樣。插入后，聲過濾器降低腔靜脈中血液中的病毒載荷，而患者不必受導(dǎo)管的限制。
另一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)含的接收聲換能器也可以檢測(cè)多細(xì)胞機(jī)體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時(shí)間長(zhǎng)度。
此方法還提供一種使用共振聲場(chǎng)在多細(xì)胞機(jī)體活體內(nèi)加強(qiáng)和/或破壞病毒的手段，如
圖16所示。所述機(jī)體放置在一個(gè)形狀適當(dāng)?shù)墓拗?，此管充以水，或諸如蓖麻油(反射系數(shù)0.0043)或者礦物油之類的耦合媒介，或其它市售的聲音傳導(dǎo)凝膠。聲換能器或裝配進(jìn)罐的壁和底，或本身是罐的壁或者底(即，壓電聚合物片或者陶瓷)。從換能器罐經(jīng)耦合媒介向所述機(jī)體發(fā)送一個(gè)預(yù)定的聲場(chǎng)(頻率、諧波、幅度、模式、波形等，以特定的強(qiáng)度)。
另一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)接收的聲換能器模式還檢測(cè)多細(xì)胞機(jī)體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時(shí)間長(zhǎng)度。
本發(fā)明還提供一種使用共振聲場(chǎng)探頭在多細(xì)胞機(jī)體的部分中活體內(nèi)加強(qiáng)和/或破壞病毒的方法，如
圖17所示。所需頻率的聲換能器裝進(jìn)手持探頭裝置的末端，如當(dāng)前本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員所公知的那樣。從手持式換能器探頭向所述機(jī)體發(fā)送一個(gè)預(yù)定的聲場(chǎng)(頻率、諧波、幅度、模式、波形等，以需要的強(qiáng)度用于影響此有機(jī)體)。在空氣中的衰減通過使用市售的諸如蓖麻油之類的耦合媒介消除。例如，在患肝炎的患者中，經(jīng)肝表的皮膚發(fā)送治療。共振聲頻的次諧波可以用來使更高頻的聲衰減達(dá)到最小。
另一個(gè)實(shí)施例中，接收的聲換能器模式還檢測(cè)多細(xì)胞機(jī)體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時(shí)間長(zhǎng)度。
本發(fā)明還提供一種使用一共振聲場(chǎng)片在多細(xì)胞機(jī)體的一部分中活體內(nèi)破壞病毒的方法，如
圖18所示。將所需頻率的壓電聚合物材料做成一個(gè)撓性的聲換能器片裝置。從換能器片裝置向所述機(jī)體的預(yù)定部分發(fā)送一個(gè)預(yù)定的聲場(chǎng)(頻率、諧波、幅度、模式、波形等，以需要的強(qiáng)度用于影響此有機(jī)體)。在空氣中的衰減通過使用市售的諸如蓖麻油之類的耦合媒介消除。例如，在患肝炎的患者中，通過放置換能器片與肝表的皮膚接觸來發(fā)送治療。共振聲頻的次諧波可以用來使更高頻的聲衰減達(dá)到最小。
另一個(gè)實(shí)施例中，接收的聲換能器模式還檢測(cè)多細(xì)胞機(jī)體中病毒的定性和定量的共振聲頻，以確定治療的效率和時(shí)間長(zhǎng)度。
本發(fā)明還提供一種在試管內(nèi)測(cè)定定性和定量共振聲和/或聲-電磁頻率的手段，如
圖19A和B所示。一種如
圖12所示的、以任何和全部實(shí)施的檢測(cè)裝置裝配發(fā)射器和接收器，以發(fā)出、檢測(cè)、測(cè)量和分析電磁能。當(dāng)共振聲頻施加在病毒檢測(cè)盤上時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的電磁能譜式，取決于所研究的病毒和檢測(cè)盤的結(jié)構(gòu)和組成，本文中稱作共振聲-電磁特征圖譜。產(chǎn)生此聲-電磁特征圖譜的機(jī)理包括但是不限于，壓電、聲電、磁聲和/或內(nèi)在能量耗散。共振聲-電磁特征圖譜代表一或幾個(gè)電磁特性和/或場(chǎng)，包括但是不限于直流、交流電、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、電磁輻射和/或聲回旋加速共振(標(biāo)準(zhǔn)的或多普勒漂移的)。
上述所有形式的電磁能都用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的裝置和方法檢測(cè)、測(cè)量和分析。(應(yīng)當(dāng)注意有用的信息還可以從施加非共振的頻率，例如，經(jīng)聲電效應(yīng)從半導(dǎo)體生物學(xué)電流特性得到。)此數(shù)據(jù)結(jié)合共振特征圖譜使本方法更加靈敏和更有特異性。例如單純皰疹病毒(HSV)Ⅰ和Ⅱ型會(huì)具有近乎相同的共振聲頻率，因?yàn)樗鼈冊(cè)诔叽绾托螤钌蠋缀跸嗤?。它們?cè)诘鞍讟?gòu)形上卻不同，可以由其聲-電磁特征圖譜區(qū)分。這包括但是不限于聲電流、由內(nèi)在能量耗散產(chǎn)生的聲-電磁特征圖譜、由磁聲效應(yīng)產(chǎn)生的聲調(diào)制或者衰減及任何上述過程產(chǎn)生的電或磁場(chǎng)在非共振和共振頻率下的特征。
另一個(gè)實(shí)施例中，檢測(cè)裝置還裝配任何或者所有共振聲和聲-電磁產(chǎn)生裝置的結(jié)合。一個(gè)未知組份的樣品暴露在包括在特定結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜中的頻率能量譜式下。檢測(cè)出發(fā)自此樣品的相關(guān)共振聲波證實(shí)樣品中該結(jié)構(gòu)的存在。進(jìn)一步分析幅度會(huì)指示這此特定結(jié)構(gòu)在樣品中相對(duì)量。例如，結(jié)合使用共振聲和聲-電磁特征圖譜可以用于搜索一組織切片，首先尋找HSV然后鑒定是不是HSVⅠ、HSVⅡ，或者是前所不知且未定性的HSV。另外，樣品中的病毒載荷也可以基于相對(duì)幅度進(jìn)行定量分析。這樣，對(duì)于有機(jī)或生物機(jī)體及結(jié)構(gòu)應(yīng)用共振聲和/或聲-電磁能場(chǎng)而產(chǎn)生一種共振聲-電磁譜的形式，以三個(gè)基本的激發(fā)和檢測(cè)模式(1.聲的、2.電磁的、3.聲-電磁的)而產(chǎn)生九個(gè)基本結(jié)合1.聲激發(fā)，聲檢測(cè)；2.聲激發(fā)，電磁檢測(cè)；3.聲激發(fā)，聲和電磁檢測(cè)；4.電磁激發(fā)，聲檢測(cè)；5.電磁激發(fā)，電磁檢測(cè)；6.電磁激發(fā)，聲和電磁檢測(cè)；7.聲和電磁激發(fā)，聲檢測(cè)；8.聲和電磁激發(fā)，電磁檢測(cè)；和9.聲和電磁激發(fā)，聲和電磁檢測(cè)。
激發(fā)和檢測(cè)/分析模式越是復(fù)雜，頻譜的測(cè)量裝置越要靈敏和明確。應(yīng)當(dāng)注意，在本發(fā)明中單獨(dú)使用共振聲-電磁頻譜或者結(jié)合使用共振聲頻譜不限于生物材料，而是可以用于檢測(cè)和辨識(shí)無機(jī)物或者結(jié)構(gòu)，如后文所述。
本發(fā)明也提供一種使用任何及所有產(chǎn)生聲和/或電磁能的裝置分析共振聲和/或聲-電磁能對(duì)病毒的作用的方法，所述裝置包括但是不限于，前文所述的所有裝置和實(shí)施例。例如如圖20所示，為分析電磁輻射對(duì)病毒的晶體結(jié)構(gòu)的壓電效應(yīng)，使用一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)，它采用一個(gè)與病毒的共振聲頻率至少之一相同的頻率。在HIV的情況下，此頻率約為15GHz。一個(gè)由電磁吸收材料制成的檢測(cè)盒裝配到一個(gè)15GHz電磁發(fā)射器上，電磁輻射朝向盒底。首先使用太藍(lán)染料排除試驗(yàn)在盒中分析未感染的T淋巴宿主細(xì)胞，用15GHz干涉并改變暴露模式(不同波形式樣、不同時(shí)間長(zhǎng)度、不同強(qiáng)度的共振頻率)，該試驗(yàn)通過分析聲-電磁干涉單獨(dú)對(duì)宿主細(xì)胞的作用而排除不正常的病毒結(jié)果。步驟2包括將感染HIV的T淋巴細(xì)胞放置在發(fā)出聲-電磁干涉的檢測(cè)盒中。然后用標(biāo)準(zhǔn)的試管內(nèi)檢測(cè)抗HIV方法進(jìn)行分析，諸如Couter HIV-1 p24抗原試劑盒、HIV培養(yǎng)、由PCR進(jìn)行的HIV-1DNA分析及病毒載荷測(cè)量。
本發(fā)明還提供一種使用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)在動(dòng)物體外和/或血管內(nèi)破壞病毒的方法，如圖21所示。例如，在感染HIV的患者中，用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的技術(shù)建立一種體外血液循環(huán)系統(tǒng)。體外的血液通過
圖14所述的換能器，包括任何和所有的實(shí)施例。聲對(duì)血液的透射可以通過并行于聲波向血液通直流電而用聲電增益得到增強(qiáng)。
本發(fā)明還提供一種使用共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)在多細(xì)胞機(jī)體中加強(qiáng)和/或破壞病毒的方法，如圖22所示。例如，如
圖16所示，包括任何和所有的實(shí)施例，用于移植的人尸體角膜放進(jìn)一個(gè)適當(dāng)形狀的杯中，杯中充以水或其它無毒的市售聲傳導(dǎo)凝膠。從一個(gè)換能器罐經(jīng)此耦合媒介向角膜發(fā)送預(yù)定的聲場(chǎng)(頻率、諧波、幅度、模式、波形等等)。把磁場(chǎng)垂直于聲波傳播方向放置，以聲頻倍數(shù)的場(chǎng)強(qiáng)使用磁聲效應(yīng)，從而在聲能中產(chǎn)生正弦或尖峰形的共振峰，并且改進(jìn)對(duì)角膜共振聲穿透而不損壞角膜組織本身。
本發(fā)明又提供一種使用一個(gè)共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)探頭在多細(xì)胞機(jī)體的一部分中活體地破壞病毒的方法。例如，如圖23所示，一種手持探頭裝配一種電磁輻射發(fā)生裝置，如當(dāng)前本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員所公知的那樣。從手持探頭向所述機(jī)體的一個(gè)預(yù)定部分發(fā)送一個(gè)預(yù)定的電磁輻射場(chǎng)(頻率、諧波、幅度、模式、波形等)，復(fù)制代表一個(gè)特定病毒的內(nèi)在耗散式樣的聲電磁特征圖譜。例如在患有上呼吸道感染的患者(“感冒”)中，經(jīng)鼻、喉、鼻竇表皮膚發(fā)送治療，逆轉(zhuǎn)了鼻病毒的內(nèi)在能量耗散途徑并且誘導(dǎo)破壞鼻病毒的共振聲振蕩。
例2破壞、檢測(cè)和/或辨識(shí)微生物任何微生物，諸如細(xì)菌及其所含或者相關(guān)的結(jié)構(gòu)和分子都可以在體內(nèi)或體外用本發(fā)明的方法加強(qiáng)、破壞、檢測(cè)和/或破壞。細(xì)菌包括但是不限于，與動(dòng)物、人類、鳥類、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、昆蟲、水生物、植物、果實(shí)、土壤、水、油、食品發(fā)酵過程等等相關(guān)的細(xì)菌。在一個(gè)實(shí)施例中，細(xì)菌包括但是不限于，敗血性鏈球菌、腐生性鏈球菌、嗜血性桿菌、奈瑟氏菌、密螺旋體、沙門氏菌、志賀氏菌、大腸桿菌、棒狀桿菌、博代氏菌、氯紋菌、立克多體、衣原體、布氏桿菌、分支桿菌、包氏螺旋體、支原體、乳酸菌、及其株落等。由細(xì)菌引起的人類疾病包括但是不限于，肺炎、皮膚感染和創(chuàng)傷感染、心瓣膜感染、腸胃炎、霉毒、淋病、鼠疫、尿路感染、萊姆病、結(jié)核、霍亂、傷寒、炭疽、破傷風(fēng)及壞疽。
真菌感染包括腳癬、癬、陰道真菌感染、真菌口炎、胞漿炎，和隱球菌病。
細(xì)菌、真菌、原蟲和蠕蟲引起的動(dòng)物疾病與人類相似。同樣，大范圍的微生物可感染植物，甚至其它的看來是有益的微生物(如發(fā)面酵母)。
細(xì)菌首先通過染色特征分類，如革蘭氏陽(yáng)性、或革蘭氏陰性。細(xì)菌對(duì)染色的反應(yīng)是由菌壁的結(jié)構(gòu)決定的。其次，細(xì)菌進(jìn)一步由形態(tài)分為球菌(球形)或桿菌(桿狀)。此外，分類方法一般地涉及各種生化反應(yīng)。
菌細(xì)胞壁由剛性的肽聚糖(粘肽)、和已糖的混合聚合物(N乙酰葡萄糖和N乙酰胞壁酸)及氨基酸(蛋白的結(jié)構(gòu)單元，見下文)構(gòu)成。如此來說，菌細(xì)胞壁是晶體結(jié)構(gòu)的，從而可以由使用共振聲能受振動(dòng)的影響。因此細(xì)菌可以通過與其形態(tài)(球或桿)、尺寸、和組成相匹配的共振聲頻加強(qiáng)、辨識(shí)和檢測(cè)或者破壞。另外含于細(xì)菌結(jié)構(gòu)內(nèi)的各種胞器也對(duì)特定的共振聲頻敏感(例如，纖毛、漿膜、鞭毛、胞漿包涵體、基體、外囊、孢子等等)。最后，包含結(jié)構(gòu)本身(晶體蛋白等等)的組合物也有獨(dú)特的共振頻率。
真菌、原蟲、寄生蟲和蠕蟲與細(xì)菌類似于，有機(jī)體對(duì)特定的共振頻率敏感，此共振頻率是基于整個(gè)有機(jī)體的尺寸和形狀、和構(gòu)成機(jī)體的組成部分的小體的尺寸和形狀，以及組成機(jī)體的特定生化成分的共振特性。
任何真菌，包括酵母、霉菌和菇類、原蟲、寄生蟲或蠕蟲，及其所含或相關(guān)的結(jié)構(gòu)和分子，都可以用本發(fā)明的方法在體外或體內(nèi)加強(qiáng)、破壞和/或檢測(cè)。這些微生物包括但是不限于，與動(dòng)物、人類、鳥類、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物、昆蟲、水生物、植物、果實(shí)、土壤、水、油、食品發(fā)酵過程等等相關(guān)的微生物。在一個(gè)實(shí)施例中，這此機(jī)體包括但是不限于，隱孢子、曲霉素、發(fā)癬、酵母、芽發(fā)菌、球孢子菌、副球孢子菌、青霉菌、酒霉菌、毛霉菌、鏈孢菌、小孢子菌、鏈霉菌、麥皮癬菌、毒黃霉米菌、蛔蟲、棘球?qū)?、賈第蟲、合胞體、錐蟲、血吸蟲、馬來絲蟲，其群落等等。
在如低達(dá)10×10-5W/平方米的功率下輸入聲和/或聲-電磁能，微生物機(jī)體功能增強(qiáng)并且會(huì)發(fā)出可以用于檢測(cè)和診斷該微生物機(jī)體存在的特征聲和/或聲-電磁特征圖譜。在高功率輸入下，破壞和殺死該微生物。除了對(duì)聲和/或聲-電磁能的振動(dòng)共振作用敏感的細(xì)菌、真菌、原蟲和蠕蟲結(jié)構(gòu)之外，它們還可以起壓電結(jié)構(gòu)、內(nèi)在耗散、聲電和磁聲結(jié)構(gòu)的作用。
本發(fā)明利用細(xì)菌、真菌、原蟲和蠕蟲的結(jié)構(gòu)組成部分或者整個(gè)機(jī)體來，通過特定共振頻率下的聲和/或聲-電磁能以及涉及的任何及全部結(jié)構(gòu)的壓電、內(nèi)在耗散、聲電和/或磁聲特性要么單獨(dú)要么結(jié)合一個(gè)共振聲場(chǎng)，來辨識(shí)、增強(qiáng)和/或物理地破壞微生物機(jī)體。
與在先技術(shù)使用超聲治療不同，本發(fā)明使用特定的共振頻度，可以用于處理多層有機(jī)體。本發(fā)明還可加強(qiáng)看來有益的微生物的功能活性，如發(fā)面酵母、釀酒酵母、乳酸菌(酒及乳酪)、石油酵母、及產(chǎn)生特殊氨基酸、抗生素、酶或者其它藥品的微生物等等。功能活性可以包括生長(zhǎng)、代謝、氧化或者還原等等。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明使微生物的共振聲和/或聲-電磁頻率可以通過
圖12和24A及B所示裝置在試管內(nèi)測(cè)定，這包括任何及所有實(shí)施例，利用設(shè)計(jì)在MHz范圍的低頻換能器(如Matec Instrument上市的)。例如在一個(gè)涉及牛肉受細(xì)菌，特別是大腸桿菌污染的肉類包裝廠中，一個(gè)類似裝置可以用于篩除污染細(xì)菌的肉，與常規(guī)的培養(yǎng)方法相比用的時(shí)間相對(duì)短。首先取肉表面的拭子，然后把拭子置于一個(gè)含有生理pH的消毒鹽液消毒的無菌試管中。把預(yù)定量的溶滴定在一個(gè)夾持在兩個(gè)換能器之間的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)盤上。共振或者共振諧波聲頻在試樣中掃描，從而篩選出潛在的有害大腸桿菌的存在與否。肉的檢查比現(xiàn)行的方法更有效而且可靠。
本發(fā)明還使微生物的共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)能夠用于加強(qiáng)這些生物機(jī)體或者其結(jié)構(gòu)。例如，如圖25所示，啤酒發(fā)酵罐的底上裝配適當(dāng)頻率和功率輸出的聲換能器以加強(qiáng)啤酒酵母特定菌落的功能。這種酵母當(dāng)前用于在5至10天內(nèi)發(fā)酵啤酒，但是，通過共振聲加強(qiáng)，發(fā)酵的時(shí)間縮短了。最有效的功率輸出可以通過定量地檢測(cè)酵母的濃度和淀粉及/或糖分子向酒精成分的轉(zhuǎn)換率確定。
本發(fā)明還使微生物的共振聲和/或聲-電磁場(chǎng)能夠用于破壞這些生物機(jī)體或者其結(jié)構(gòu)。例如，如圖26所示，一個(gè)市售微波爐裝配兩個(gè)輻射管一個(gè)用于炊用而一個(gè)用于共振聲和/或聲-電磁頻率輻射常見的食品病菌如大腸桿菌和沙門氏菌。在燒、烤或者其它所需的制做食品方法之前，廚師可能會(huì)通過使用微波爐上的去污染環(huán)節(jié)來清理或消毒肉或者其它食品制品。
對(duì)幾種細(xì)菌進(jìn)行聲共振測(cè)量以測(cè)定該種細(xì)菌的共振聲頻。用一個(gè)Matec高頻7000脈沖調(diào)制器和接收器，并且結(jié)合使用一個(gè)Matec自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和一個(gè)示波器。肺炎克雷白桿菌(American Type CultureCollection#13883)在標(biāo)準(zhǔn)培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。用酒精清潔Matec90MHz3/8英寸直徑的換能器的表面。把活的肺炎克雷白桿菌放在此換能器的表面上。用100-200MHz的聲譜進(jìn)行共振聲譜掃描。檢測(cè)出克雷白桿菌的共振聲頻在125至130MHz，中心頻率在127.5MHz。這被認(rèn)為是共振次諧波頻率。
用同樣的裝置對(duì)大腸桿菌(American Type Culture Collection#25922)進(jìn)行同樣的測(cè)量。檢測(cè)出大腸桿菌的共振聲頻為中心頻率在113MHz。這也應(yīng)是共振次諧波頻率。
例3檢測(cè)和破壞傳染性節(jié)肢動(dòng)物節(jié)肢動(dòng)物包括感染和吸食人及動(dòng)物血液的多種多樣的昆蟲類。例子包括虱、跳蚤、蜱、蚊子、螨、白蛉及舌蠅。除了它們?cè)诙Ｒ嘶蛘邉?dòng)物時(shí)這些節(jié)肢動(dòng)物產(chǎn)生的不適和煩惱之外，這些叮咬的真正危險(xiǎn)在于由此傳播的疾病。這些疾病，一般地說，每年為全世界造成數(shù)十億美元計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失。受害者的總體健康狀況受到損害，他們損失大量的時(shí)間、生活質(zhì)量，有時(shí)還會(huì)喪命。
蚊子傳播登革熱、黃熱病、腦炎、出血熱、瘧疾、淋巴絲蟲病。蜱傳播腦炎、萊姆病、回歸熱和洛基山斑熱病。跳蚤傳播鼠疫和斑疹傷寒。虱傳播斑疹傷寒。螨傳播立克氏病。蠅傳播非洲昏睡病、利什曼病和恰加斯病。
節(jié)肢動(dòng)物的顯著特征是其覆蓋全身和肢體的幾丁質(zhì)外骨。幾丁質(zhì)是長(zhǎng)的不分支分子，由重復(fù)的N乙酰-D-葡萄糖氨構(gòu)成。它在自然界大量存在并且形成昆蟲、節(jié)肢動(dòng)物的甲殼和甲、軟體動(dòng)物的硬殼，甚至于某些真菌的胞。如此，幾丁質(zhì)是晶體結(jié)構(gòu)，并且可以受聲和/或聲-電磁能的影響。可以用與其形狀(圓或圓柱形)和尺寸匹配的共振聲頻檢測(cè)和破壞節(jié)肢動(dòng)物。另外，節(jié)肢動(dòng)物結(jié)構(gòu)內(nèi)含的各種器官或者附器也敏感于特定的共振聲頻。最后，構(gòu)成該結(jié)構(gòu)本身的化合物(幾丁質(zhì)、晶體蛋白等等)也有獨(dú)特的共振頻率。
在低聲功率輸入下，傳染性節(jié)肢動(dòng)物會(huì)發(fā)出特征聲和/或聲-電磁特征圖譜以用于檢測(cè)和診斷該微生物機(jī)體是否存在。在更高功率輸入下，節(jié)肢動(dòng)物會(huì)受破壞和死亡。用于檢測(cè)或者破壞的特定強(qiáng)度范圍取決于其結(jié)構(gòu)，并且此強(qiáng)度可以使用本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的標(biāo)準(zhǔn)方法來測(cè)定，如前文所述。節(jié)肢動(dòng)物的結(jié)構(gòu)除了對(duì)聲和/或聲-電磁能敏感之外，它們還可以起壓電結(jié)構(gòu)的作用。
本發(fā)明利用節(jié)肢動(dòng)物結(jié)構(gòu)組成部分或其整個(gè)機(jī)體，通過特定共振頻率和譜式的聲和/或聲-電磁能以及將其用作壓電、內(nèi)在耗散、聲電和/或磁聲結(jié)構(gòu)，不論是單獨(dú)還是結(jié)合一個(gè)共振聲場(chǎng)，來辨識(shí)和/或物理地破壞節(jié)肢動(dòng)物結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的方法使用類似于前述有適當(dāng)頻率的裝置，來測(cè)定和利用節(jié)肢動(dòng)物的共振聲頻。例如研究人員捕捉到成千上萬種昆蟲和其它節(jié)肢動(dòng)物并將其分類，可以使用如圖27所示的裝置來辨識(shí)埃博拉病、出血熱、或者腦炎的傳染媒介的來源。掃描聲頻譜中包含可疑傳染媒介共振頻率的部分。把已知節(jié)肢動(dòng)物材料的共振頻率饋入頻譜分析儀的負(fù)導(dǎo)聯(lián)并抵消其正導(dǎo)聯(lián)樣品掃描中的合成共振頻率。分析其余的頻率以得到這些有害微生物的共振特征圖譜。這提供了一種裝置易于辨識(shí)傳染媒介的宿主庫(kù)，而不需高成本并且費(fèi)時(shí)間的研究。
本發(fā)明還提供了一種殺死在的機(jī)體上的傳染性節(jié)肢動(dòng)物的手段，例如殺死狗或者人身上的跳蚤，如圖28所示。高KHz到低MHz范圍的換能器裝在一個(gè)浴盆型的裝置上。經(jīng)水向動(dòng)物的表面發(fā)送跳蚤的共振聲頻。不需要深組織穿透的高功率輸出，因?yàn)閭魅拘怨?jié)肢動(dòng)物局限在狗或者人的最外表面。同樣的方法可以用于在洗衣機(jī)中對(duì)被褥和衣物除虱及除蚤。
例4加強(qiáng)骨生長(zhǎng)人類的骨脫礦物質(zhì)是一種重要的保健問題。成千上萬的老年人由于這種骨脫礦物質(zhì)(骨質(zhì)疏松)患髖、腿或臂的骨折。這類損傷為美國(guó)的醫(yī)務(wù)系統(tǒng)造成每年數(shù)十億計(jì)美元的花費(fèi)，用于在損傷后治療、做手術(shù)、和康復(fù)。另外受傷者的全身健康狀況受到了損害，他們因骨折而損失大量的時(shí)間和生活質(zhì)量。其它由于骨質(zhì)丟失引起的問題是失重(如在太空)和長(zhǎng)時(shí)間臥病在床。從事某些職業(yè)的人員可以由于增加其正常的骨密度而受益。例子包括職業(yè)運(yùn)動(dòng)員、軍人、和需要在較高氣壓下的工作(如潛海)。
活骨是以基于羥磷灰石晶體結(jié)構(gòu)的鈣組成的，含有銅并且包以膠原纖維。經(jīng)機(jī)械壓力或者重力場(chǎng)對(duì)骨基質(zhì)中的膠原纖維施力，激發(fā)出壓電效應(yīng)，并且使離子經(jīng)液體通道流入骨內(nèi)。這個(gè)微電荷轉(zhuǎn)而起信號(hào)的作用，使身體的成骨細(xì)胞沉積更多的羥磷灰石。隨著羥磷灰石密度的增加，骨更加強(qiáng)健。這樣骨響應(yīng)日常生活中遇到的壓力和力，經(jīng)壓電效應(yīng)來保持其正常的結(jié)構(gòu)。
隨著老化，正常的銅含量丟失，壓電效應(yīng)消失。結(jié)果是羥磷灰石密度不能保持，從而老年人患骨質(zhì)疏松和骨折。缺乏正常活動(dòng)也發(fā)生同樣的現(xiàn)象(失重和臥床)，因?yàn)槿鄙僬５膲弘娦?yīng)和離子電流。
骨是晶體壓電結(jié)構(gòu)，如此可受聲能的振動(dòng)影響。支持正常生理骨密度的運(yùn)作過程是在膠原纖維內(nèi)由宏觀壓力壓迫產(chǎn)生羥磷灰石分子運(yùn)動(dòng)。這由日?；顒?dòng)發(fā)生并且激發(fā)壓電并且從而激發(fā)長(zhǎng)骨的成骨作用。
分子運(yùn)動(dòng)和膠原纖維受壓也可以在半導(dǎo)體骨基質(zhì)內(nèi)由微觀壓力產(chǎn)生。這理解為，微觀壓力可以由聲能波產(chǎn)生。
除了壓電效應(yīng)，因?yàn)楣鞘菈弘姷暮桶雽?dǎo)體結(jié)構(gòu)的，它會(huì)顯示聲電、內(nèi)在耗散和磁聲效應(yīng)?？梢酝ㄟ^施加產(chǎn)生生物壓電的聲微壓力，和/或也經(jīng)聲共振、內(nèi)在耗散、聲電和磁聲效應(yīng)，有效地治療骨半導(dǎo)體功能下降(骨質(zhì)疏松)和/或宏觀壓力下降(失重和臥床)造成的病癥。
在先文獻(xiàn)描述過使用非共振超聲加速骨折的愈合速度，然而，此機(jī)制引起骨組織的大量破壞，轉(zhuǎn)而損壞骨中的毛細(xì)血管床，血清和血細(xì)胞泄流進(jìn)骨基質(zhì)，續(xù)而骨礦物質(zhì)化。此類文獻(xiàn)還描述過檢測(cè)整個(gè)骨(股骨和尺骨)結(jié)構(gòu)的共振聲頻以診斷骨是否正常。然而，沒有說明用聲和/或聲電磁共振頻率激活壓電效應(yīng)。在先技術(shù)根本沒有考慮把骨用作活的換能器用于壓電、內(nèi)在耗散、聲電、和磁聲效應(yīng)，不論是單獨(dú)還是結(jié)合一個(gè)共振聲場(chǎng)。
本發(fā)明利用骨的晶體壓電結(jié)構(gòu)去加強(qiáng)骨生長(zhǎng)和鈣化。本發(fā)明可以顯著地降低由于患骨質(zhì)疏松而骨折的數(shù)量和嚴(yán)重程度。本發(fā)明有可能加速骨折的愈合過程。由骨基質(zhì)丟失產(chǎn)生的其它情況，如失重(如，在太空)，或者長(zhǎng)時(shí)間臥床，會(huì)得益于本發(fā)明。本發(fā)明有可能幫助從事得益于增加其骨密度的職業(yè)的人員(運(yùn)動(dòng)員、軍人、和要受到較大的大氣壓諸如潛海的工作)。本發(fā)明還有可用于獸醫(yī)。與使用超聲不同，本發(fā)明使用骨的共振聲和/或聲-電磁頻率以激發(fā)至少壓電效應(yīng)以加強(qiáng)骨生長(zhǎng)而不影響附近的組織。
本發(fā)明的方法提供一種用共振聲和/或共振聲-電磁能加強(qiáng)骨生長(zhǎng)和保養(yǎng)骨的手段。例如，如圖29所示，一個(gè)壓電材料片裝配進(jìn)一個(gè)淋浴器墊裝置中。當(dāng)易患骨質(zhì)疏松的老年人洗澡時(shí)，墊子啟動(dòng)。淋浴器中的水起傳導(dǎo)媒介的作用，主或諧波共振頻率經(jīng)足底沿力作用線向上發(fā)送到腿和髖。骨中的壓電效應(yīng)受到激發(fā)，從而骨密度增加。
本發(fā)明提供一種用共振聲和/或共振聲-電磁能加強(qiáng)和保持骨生長(zhǎng)的方法，例如，一如圖30所示。宇航員在失重條件下所用的睡眠/系繩袋在袋腳裝配有電磁輻射發(fā)射器。袋由電磁吸收材料制造。
把睡袋固著在太空船上的系繩包括連接通到信號(hào)發(fā)生器的天線的電纜。在睡眠時(shí)，啟動(dòng)睡袋中的骨保持裝置，向宇航員以激發(fā)骨中的壓電效應(yīng)的共振頻率發(fā)送電磁輻射，并且從而保持其正常的體密度?？赡軙?huì)干擾艙內(nèi)其它裝備的電磁輻射受睡袋中的電磁吸收材料阻斷。
例5破壞和檢測(cè)良性或惡性組織或者團(tuán)塊有各種各樣的困擾人和動(dòng)物的組織團(tuán)塊，既有良性的也有惡性的。許多組織團(tuán)塊包在或者含于體內(nèi)受限的區(qū)域之內(nèi)。近乎所有的良性腫瘤生長(zhǎng)擴(kuò)張緩慢，發(fā)展成纖維的囊，并且產(chǎn)生稀散的、易捫及的和易于活動(dòng)團(tuán)塊。良性腫瘤的例子包括纖維瘤、脂瘤、軟骨瘤、骨瘤、血管瘤、淋巴管瘤、腦膜瘤、平滑肌瘤、腺瘤、刺瘤、息肉、濕疣、纖維腺瘤和橫紋肌瘤。多數(shù)惡性腫瘤是侵潤(rùn)性的和轉(zhuǎn)移性的，然而神經(jīng)膠質(zhì)瘤和基底細(xì)胞癌是顯著例外。其它致病組織團(tuán)塊包括栓子、血栓、膿腫、結(jié)石和異物。
由于具有確定的稀散的結(jié)構(gòu)，許多組織團(tuán)塊敏感于與其尺寸和形狀匹配的共振能的破壞作用。在先技術(shù)含有許多使用非共振頻率來檢測(cè)甚至破壞組織團(tuán)塊的應(yīng)用，但是乞今還沒有公開以共振頻率經(jīng)共振聲能檢測(cè)和經(jīng)共振聲能破壞組織團(tuán)塊。
除了組織團(tuán)塊可受與其尺寸和形狀匹配的共振能的檢測(cè)和破壞之外，構(gòu)成組織團(tuán)塊本身的化合物(細(xì)胞型、蛋白等等)也有獨(dú)特的共振頻率可用于檢測(cè)和破壞。以低的功率輸入，某些組織或者團(tuán)塊可以加強(qiáng)生長(zhǎng)或者代謝，提供了一種組織培養(yǎng)、再生和/或生長(zhǎng)的輔助技術(shù)。
依其結(jié)構(gòu)，某些組織團(tuán)塊或者類型也可以顯示共振聲-電磁效應(yīng)，以及起壓電、內(nèi)在耗散、聲電、和/或磁聲結(jié)構(gòu)的作用。
本發(fā)明利用許多良性和惡性組織和團(tuán)塊的稀散形狀、尺寸和組成來通過特定共振頻率的聲和/或聲-電磁能來辨識(shí)、加強(qiáng)、檢測(cè)和/或破壞這些結(jié)構(gòu)。與在先技術(shù)用超聲治療不同，本發(fā)明使用特定的共振聲和/或電磁頻率通過對(duì)準(zhǔn)其中的特定結(jié)構(gòu)來處理多層有機(jī)體。它將已知的聲能腫瘤/團(tuán)塊檢測(cè)能力(診斷超聲)結(jié)合共振頻率的聲和/或電磁能的破壞能力。希望時(shí)，本發(fā)明還有可能加強(qiáng)各種組織和團(tuán)塊的生長(zhǎng)和功能。
本發(fā)明提供一種使用共振聲和/或聲-電磁能檢測(cè)和破壞良性或惡性組織和/或組織團(tuán)塊的手段。例如，如圖31所示，一個(gè)設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn)的回聲反射能力的聲換能器用于測(cè)定一個(gè)組織團(tuán)塊的尺度。基于計(jì)算出的共振頻率，掃描一個(gè)范圍以測(cè)定精確的共振頻率。把這些頻率的一或多個(gè)發(fā)送給團(tuán)塊而破壞其結(jié)構(gòu)，并且能夠接著由身體吸收這團(tuán)塊。
還有，本發(fā)明還涉及一種使用共振聲和/或聲-電磁能檢測(cè)良性或惡性組織類型的手段，它使用
圖12和
圖19A及B中所述的裝置，包括任何及所有的實(shí)施例，檢測(cè)盤或組織制備放置在兩個(gè)換能器之間并且掃頻以搜尋共振峰和電磁譜式。共振峰和電磁譜式之中的差將區(qū)分組織類型，例如區(qū)分正常上皮細(xì)胞和癌性上皮細(xì)胞。
例6加強(qiáng)、檢測(cè)和/或破壞生化成分或組織生物機(jī)體含有許多生化成分，包括核酸、碳水化合物、脂質(zhì)、氨基酸以及類固醇。許多生化成分以規(guī)則重復(fù)的圖形排列；換言之，它們呈晶體形式。生化晶體的例子包括胰島素、已糖激酸、醛縮酶、血紅蛋白、肌蛋白及影細(xì)胞蛋白。另外，某些組織或細(xì)胞結(jié)構(gòu)采取晶體的形式，如骨肌纖維、及構(gòu)形的結(jié)締組織纖維、及細(xì)胞膜、及鈉/鉀膜泵、及視網(wǎng)膜的視桿細(xì)胞受體。
構(gòu)成生物機(jī)體的生化成分基于其內(nèi)在的晶體結(jié)構(gòu)而有其自身的獨(dú)特共振頻率。許多生化成分也是壓電、內(nèi)在能量耗散、聲電和磁聲結(jié)構(gòu)的。如此，生化成分可受共振聲和/或聲電磁能的加強(qiáng)、破壞、和/或檢測(cè)其特性。本發(fā)明使用特定共振聲和/或聲電磁頻率來處理多層有機(jī)體。本發(fā)明還有可能利用壓電、內(nèi)在能量耗散、聲電和/或磁聲效應(yīng)達(dá)到所希望的結(jié)果，不論是單獨(dú)使用，還是結(jié)合一個(gè)共振聲場(chǎng)。
例7激發(fā)或破壞細(xì)胞間粘蛋白膠性單元而產(chǎn)生皮膚貼合手術(shù)刀本發(fā)明提供一種用共振聲和/或聲-電磁能激發(fā)和/或破壞細(xì)胞間粘蛋白膠性單元的方法。每年對(duì)患者施行成百萬計(jì)的手術(shù)，使用金屬手術(shù)刀開創(chuàng)口。使用這樣的手術(shù)刀需要縫合切口、一段愈合時(shí)間、并且不可避免地形成瘢痕產(chǎn)生。另外成百萬患者受切開、牽拉、或破裂皮膚，然后再需要縫合創(chuàng)口、一段愈合時(shí)間、及瘢痕形成的痛苦。
在多細(xì)胞機(jī)體中，細(xì)胞由粘蛋白單元保持在一起，每個(gè)細(xì)胞約有1,600個(gè)粘蛋白單元。這些單元約僅有200微米長(zhǎng)，但在種屬之間有所不同。
當(dāng)切口或者在細(xì)胞層中有創(chuàng)傷發(fā)生時(shí)，這各細(xì)胞膠被撕撕開，一些細(xì)胞破裂，并且血管被撕開。白血球、血小板和纖維細(xì)胞聚集在細(xì)胞外空間，并且最終導(dǎo)致重新粘合組織的瘢痕。在此愈合時(shí)期很容易受到外來機(jī)體的侵襲，并且創(chuàng)口感染還是一個(gè)要不斷地防止的綜合癥。
即使沒有出現(xiàn)感染而創(chuàng)口就愈合了，還是會(huì)留下瘢痕。現(xiàn)代成形外科力圖使瘢痕最小或掩蓋瘢痕，但是瘢痕形成是不可避免的。
一個(gè)以高功率即高幅度的達(dá)到與粘蛋白單元共振的能量場(chǎng)會(huì)使細(xì)胞間的膠接分離，從而產(chǎn)生組織層的分離，并且在性質(zhì)上是無痛苦的切口。低功率的同樣能量場(chǎng)會(huì)引起膠接重新接合，重新接合是近乎即刻的和無瘢痕的愈合。
本發(fā)明使用共振聲頻通過無痛苦地分離組織中細(xì)胞層，并且通過即刻地以最小或者無瘢痕地重新粘合細(xì)胞層，極大地改進(jìn)了外科手術(shù)。由于有許多粘蛋白單元可以展現(xiàn)壓電、內(nèi)在能量耗散、聲電和/或磁聲效應(yīng)，本發(fā)明有可能利用聲-電磁特征圖譜的電磁能譜式產(chǎn)生上述結(jié)果，不論是單獨(dú)地還是結(jié)合一個(gè)共振聲場(chǎng)。本發(fā)明還有獸醫(yī)和農(nóng)業(yè)上的意義，例如在牲畜或者家禽中治療創(chuàng)傷或者進(jìn)行手術(shù)，并且稼接各種植物組織或者枝權(quán)形成這樣那樣的植物。
例如，如圖33所示，一個(gè)尖端裝有換能器的手術(shù)刀用適當(dāng)頻率的聲/聲-電磁波破壞細(xì)胞間的粘蛋白膠性單元，從而產(chǎn)生一個(gè)手術(shù)切口。在手術(shù)結(jié)束時(shí)把切口拉在一起，另一個(gè)適當(dāng)頻率的換能器掃射在切口上而重新粘合組織。
例8加強(qiáng)、檢測(cè)、和/或破壞多細(xì)胞機(jī)體的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)、辨識(shí)、檢測(cè)、和/或破壞多細(xì)胞有機(jī)體的結(jié)構(gòu)有許多用途。世界人民受到各種有害動(dòng)物的災(zāi)害，如昆蟲、嚙齒動(dòng)物、軟體動(dòng)物等。另一個(gè)方面，探測(cè)特定棲息地中的特定種屬對(duì)人類活動(dòng)是重要的。最后，有許多多細(xì)胞有機(jī)體的發(fā)生和增強(qiáng)對(duì)于收獲糧食、藥品、珍珠等等是所企盼的。有害動(dòng)物可以使用與其身體、其身體的部分、或者其身體中所含的特定生化成分的尺寸和形狀相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率來消滅。例如與頭、喉或腹的尺寸相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率可對(duì)蜜蜂、胡蜂、螞蟻或白蟻是致命的。類似地，與鼠的內(nèi)臟器官(腦、腎、性腺、主動(dòng)脈等等)的尺寸相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率可對(duì)該動(dòng)物是致命的。斑殼貝和藤壺之類的有害軟體動(dòng)物可以用與其卵、內(nèi)臟器官、幾丁質(zhì)殼或者牙骨質(zhì)/牙骨質(zhì)吸盤等等尺寸和形狀相匹配的共振聲和/或聲-電磁頻率來控制或者消滅。
檢測(cè)各種有害的有機(jī)體如白蟻，或者有益的有機(jī)體如瀕危種屬可以通過利用和檢測(cè)這些機(jī)體所特有的共振聲和/或聲-電磁頻率得到幫助。利用共振聲和/或聲-電磁頻率有可以有助于辨識(shí)和鑒別動(dòng)物、植物、和微生物王國(guó)的種屬和亞屬。
其生長(zhǎng)和加強(qiáng)對(duì)于收獲有益的多細(xì)胞機(jī)體包括植物和魚、蛤、蝦、雞、和其它牲畜之類的蛋白源。由各種植物和動(dòng)物來源的醫(yī)藥和化學(xué)制品包括激素、香料、染料和維生素等。其它收自各種植物和動(dòng)物來源的物資是人類自身活動(dòng)中一個(gè)不可或缺的部分，簡(jiǎn)直是數(shù)不勝數(shù)(例如珍珠、紡織纖維、建筑材料，皮革等等)。以低功率的共振聲和/或聲-電磁頻率輸入，可以選擇性的加強(qiáng)這些機(jī)體及其結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明利用多種機(jī)體的稀散形狀、尺寸和組成來通過特定共振頻率的聲和/或聲-電磁能，用于辨識(shí)，加強(qiáng)、檢測(cè)和/或破壞。利用壓電、內(nèi)在能量耗散、聲電和/或磁聲效應(yīng)，本發(fā)明使用特定的聲-電磁特征圖譜的電磁能譜式達(dá)到上述結(jié)果，不論是單獨(dú)使用，還是結(jié)合一個(gè)共振聲能場(chǎng)。本發(fā)明有可能不必用化學(xué)藥品就能控制許多種害蟲。本發(fā)明還有可能提供許多種機(jī)體種屬的檢測(cè)和辨識(shí)。最后，本發(fā)明有可以加強(qiáng)看來有益的各種種屬中結(jié)構(gòu)的發(fā)育和代謝。
本發(fā)明提供一種使用共振聲和/或聲-電磁能增強(qiáng)、檢測(cè)和/或破壞多細(xì)胞機(jī)體的結(jié)構(gòu)的手段。例如，如圖33所示，一個(gè)有藤壺的牙骨質(zhì)吸盤共振頻率的換能器裝置(這里藤壺附著在船體上)裝配在水下的“刮除器”上，它經(jīng)電纜從船甲板上遙控操作，或者經(jīng)射頻在船艙內(nèi)操作。隨著刮除器沿船體外側(cè)移動(dòng)時(shí)，聲波破壞藤壺的牙骨質(zhì)吸盤，使它們放松對(duì)船的吸附而落入大海中。
例9加強(qiáng)或者破壞魚的生長(zhǎng)速度本發(fā)明可在商業(yè)漁場(chǎng)中加強(qiáng)或者破壞魚的生長(zhǎng)速度，如圖34所示。
把兩個(gè)小型育種魚對(duì)養(yǎng)在10加侖的80華氏溫度下的魚缸中。此對(duì)魚產(chǎn)出要孵化3-5天的卵。從魚缸中撈出孵化了三天的小魚秧，然后測(cè)量其聲共振頻率圖譜。在一個(gè)時(shí)間，小魚秧放在2.25MHz的Matec換能器頂上的一滴水中，以測(cè)量和確定小魚秧的共振頻率。檢測(cè)的所有小魚秧都產(chǎn)生相近的共振聲頻率圖譜，只有微小的個(gè)體差異。最強(qiáng)的初始信號(hào)之一的2.4MHz。
試驗(yàn)A，第一個(gè)試驗(yàn)在兩個(gè)不同的小魚秧組中進(jìn)行，一組暴露于聲共振場(chǎng)，另一個(gè)組用作對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)魚缸在整個(gè)缸底平行于缸底裝配經(jīng)防水密封的2.25MHz的Matec換能器。一半小魚秧放在連接換能器，但是換能器不啟動(dòng)的對(duì)照魚缸中。另一半小魚秧放在裝有施加聲場(chǎng)的換能器的魚池中。連續(xù)地以10伏特/秒的功率和2.4MHz發(fā)送聲場(chǎng)。對(duì)照魚缸中的小魚秧都興旺生長(zhǎng)，而在聲場(chǎng)中的小魚秧都在兩周之內(nèi)死亡了。
試驗(yàn)B，另一個(gè)試驗(yàn)方法是針對(duì)分成三組的小魚秧中對(duì)小魚秧。
第一天，組的三分之一留在繁殖缸中與親魚在一起作為對(duì)照。一組放進(jìn)另一個(gè)小對(duì)照缸中，連接著換能器，但是不啟動(dòng)。第三組放進(jìn)一個(gè)連接著工作的換能器的魚缸中，并且小魚秧暴露于2.4MHz的聲場(chǎng)，使用10毫秒重復(fù)率、20毫秒脈寬的脈沖功率源。電壓強(qiáng)度經(jīng)MatecTB1000調(diào)節(jié)在300伏特/秒。
第七天，在一周內(nèi)不同組的小魚秧的尺寸有顯著的區(qū)別，暴露于聲共振場(chǎng)的小魚秧大于兩個(gè)對(duì)照組。
第十天，在實(shí)驗(yàn)的第十天，所有小魚秧都重新測(cè)量，并且把加在聲輻射的缸中的小魚秧上的頻率下降到2.0MHz，但是所有其它的參數(shù)都保持不變。聲輻射的小魚秧生長(zhǎng)旺盛。
第十四天，小缸對(duì)照組中有五條小魚秧死亡。
第十六天，至此，小缸對(duì)照組中的十八條小魚秧死亡。繁殖缸組未受影響。所有組中存活的小魚秧都用厘米尺和雙目顯微鏡進(jìn)行測(cè)量聲輻射組7毫米長(zhǎng)繁殖缸對(duì)照組6毫米長(zhǎng)小缸對(duì)照組 5毫米長(zhǎng)第十八天，小缸對(duì)照組中除一條外，其余小魚秧全部死亡。繁殖缸中的對(duì)照組還活著，受聲共振輻射的魚秧生長(zhǎng)旺盛。
第十九天，重新測(cè)量聲輻射中的生長(zhǎng)的小魚秧的共振聲頻率。聲場(chǎng)改變到1.55MHz，除了把每次重復(fù)的脈寬降低到2毫秒外，其余的參數(shù)保持不變。降低脈寬對(duì)于小魚秧的發(fā)育有顯著的影響，顯示20毫秒是在這些頻率加強(qiáng)用的功率范圍上限。
第二十一天，在小對(duì)照缸中僅存的這條小魚秧移入到繁殖缸對(duì)照組中。此僅存的小魚秧比另一個(gè)對(duì)照組小得多，然而所有對(duì)照組小魚秧都比聲輻射組中的小得多。
第四十一天，聲輻射組中，聲場(chǎng)改變到0.830MHz，其余的參數(shù)保持不變。
第六十五天，加在聲輻射組缸中的小魚秧上的聲場(chǎng)終止。在約兩個(gè)月大，受聲共振輻射的魚與較早對(duì)照組中四個(gè)月大的對(duì)照魚大致尺寸相當(dāng)，并且比繁殖對(duì)照組中同期者大得多。
結(jié)果試驗(yàn)A和B之間在功率輸入或者說強(qiáng)度上有顯著區(qū)別。在試驗(yàn)A中，功率連續(xù)地為10伏特/秒。在試驗(yàn)B中，功率是脈沖的，而且聲場(chǎng)頂多只在0.2％的時(shí)間上啟動(dòng)。因此即使功率是300伏特/秒，總的輸出只有(300伏特/秒×0.002)，或者說0.6伏特/秒的總功率。
隨著小魚秧生長(zhǎng)，誘導(dǎo)功能改變的聲共振頻率也因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)尺寸和形狀的區(qū)別改變了。
在聲場(chǎng)終止了以后，讓小魚秧生長(zhǎng)成熟和繁殖。暴露于共振頻率聲能的魚成熟產(chǎn)卵顯著早于對(duì)照魚。不論是聲暴露的還是對(duì)照的魚，其子代都沒有發(fā)現(xiàn)第二代效應(yīng)。
例10加強(qiáng)植物特長(zhǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)以確定共振聲能對(duì)甜豌豆(sugar snap peas)的發(fā)芽和生長(zhǎng)樣式的影響。甜豌豆的種子從Lake Valley Seed Co.公司獲得，包裝批號(hào)lot 1997 lot A2B，該公司地址為5717,Arapahoe,Boulder,Colorado,80303。
初始通過測(cè)定在A-掃描上顯示的最大幅度的頻率，確定了此種豌豆芽的共振聲頻率。通過改變聲發(fā)生器的頻率，豌豆芽的大小在共振頻率下最大。七個(gè)甜豌豆放在廣口玻璃容器中用室溫的水淹至一半并且放在臺(tái)上以發(fā)芽。六天以后，檢測(cè)豆芽如下使用Matec Ultrasonic Inspection System，其帶有TB1000和A-D數(shù)據(jù)采集卡。TB1000的設(shè)定是增益0-20分貝觸發(fā)內(nèi)+電壓高矯正無LP濾波器變了的HP濾波器變了的輸出電平100％重復(fù)頻度10.000毫秒脈寬2.00微秒頻率0.5-20MHz模式透射A-D的設(shè)定為數(shù)據(jù)ON延遲無范圍12微秒信號(hào)途徑射頻電壓范圍1伏特通道A/AC觸發(fā)外+閾值1采樣速率100MHzVid濾波器 1.7微秒DAC偏移 1945
實(shí)驗(yàn)中所用的換能器包括Matec 1.0MHz,2.25MHz,5.0MHz和10.0MHz，直徑都是0.5英寸。這些頻率初始選擇是因?yàn)橛?jì)算表明，基于聲在水中的速度(1500米/秒)和芽的直徑(1-2毫米即0.001-0.002米)，跨越芽直徑的共振頻率應(yīng)當(dāng)在低MHz范圍速度=頻率×波長(zhǎng)頻率=速度/波長(zhǎng)=1500米/秒/0.00米=1.5MHz芽#1從豆瓣中發(fā)出，并且放置在兩個(gè)2.25MHz換能器之間，以一薄層心電圖凝膠耦合。TB1000設(shè)在0.005MHz的掃描遞增量，芽用系統(tǒng)上可達(dá)到的最低頻率(50KHz)到最高頻率(20MHz)掃描。在此頻率掃描過程中觀察幅度的變化，并且很快辨識(shí)出低MHz范圍位于最高幅度范圍。進(jìn)一步的頻率掃描揭示最高幅度在1.7MHz。
然后對(duì)試驗(yàn)芽#2和#3進(jìn)行同樣的過程。芽#2還附于豆瓣上，從整個(gè)結(jié)構(gòu)上檢測(cè)到1.64MHz的共振頻率，盡管因?yàn)槎拱暝斐傻穆晥?chǎng)衰減必須把增益提高。芽#3如芽#1那樣是孤立芽，并且揭示1.78MHz的共振頻率。
用1.0MHz的換能器進(jìn)行同樣的過程，并且得到類似的結(jié)果。這樣，計(jì)算出4-5天大的甜豌豆的聲共振頻率是1.7MHz±0.1MHz。成功地辨識(shí)了多細(xì)胞生物體的共振聲頻后，下一個(gè)步驟就是顯示把此頻率的聲場(chǎng)加上去得到的破壞和/或加強(qiáng)作用。
數(shù)個(gè)發(fā)芽試驗(yàn)在聲共振頻率下使用不同功率級(jí)或電壓和輻射長(zhǎng)度進(jìn)行。發(fā)芽試驗(yàn)#1使用了一個(gè)Matec1.5MHz的換能器，TB1000系統(tǒng)的設(shè)定除了以下外與測(cè)定共振頻率的上述設(shè)定相同頻率1.7MHz
電壓高重復(fù)頻度10毫秒脈寬2微米穿過模式準(zhǔn)備兩個(gè)小塑料盤，用消毒綿球單層放在盤底，帶有七個(gè)甜豌豆種子，并且充蒸餾水淹至種子一半深。一個(gè)盤子中的豌豆種用作對(duì)照。1.0MHz換能器緊卡在環(huán)形支卡中，把換能器的面下放到盤的中心。換能器的聲場(chǎng)向下發(fā)至盤的中心。聲場(chǎng)在第一天發(fā)起，在接著的72小時(shí)因?yàn)樵诖说貐^(qū)頻發(fā)暴風(fēng)雨而數(shù)次中斷。在試驗(yàn)的頭48小時(shí)換能器大約只工作了18小時(shí)。
實(shí)驗(yàn)在第五天結(jié)束。受聲輻射的七個(gè)豌豆種全部發(fā)芽，對(duì)照豌豆種只有5個(gè)發(fā)芽。在對(duì)照盤中注意到有幾個(gè)黑的霉點(diǎn)。根芽的對(duì)比揭示受聲輻射的芽長(zhǎng)是對(duì)照芽長(zhǎng)的兩倍(2.9厘米對(duì)1.6厘米)。這些結(jié)果的解釋是不清楚的，因?yàn)榇嬖诰o夾換能器、聲場(chǎng)頻繁和反復(fù)的中斷及在對(duì)照盤中污染性霉菌。因此，試驗(yàn)盤構(gòu)造得使換能器從盤底向上。發(fā)芽試驗(yàn)#2在此發(fā)芽試驗(yàn)中所用的聲裝置和設(shè)置與發(fā)芽試驗(yàn)#1中所用的相同。1.0MHz換能器松夾在環(huán)形支卡中，把換能器的面向下放到一個(gè)大塑料盤中。一個(gè)不連接信號(hào)發(fā)生器的第二1.0MHz換能器，向下放進(jìn)一個(gè)大的對(duì)照盤中。中斷不頻繁。
研究在第七天終止。在對(duì)照盤中，79％抽芽，平均根芽長(zhǎng)度是3.95厘米(N=81)。在受聲輻射的盤中，僅69％發(fā)芽，平均根芽長(zhǎng)度是3.12厘米(N=80)。其結(jié)論是，這個(gè)高功率電壓輸出的頻率顯示對(duì)豌豆發(fā)芽和生長(zhǎng)有破壞作用。發(fā)芽試驗(yàn)#3
進(jìn)行新的設(shè)置，其中1MHz換能器裝進(jìn)兩個(gè)盤的底中，盤底通過鉆孔用橡膠密封來容納一個(gè)0.5英寸直徑的換能器。換能器放置得穿過盤的底而面向上。每個(gè)盤用消毒綿單層放在底部進(jìn)行準(zhǔn)備。盤中放五十個(gè)甜豌豆種子，并且用水淹至一半。對(duì)照盤的準(zhǔn)備與發(fā)聲盤完全相同，只是不連接到信號(hào)發(fā)生器。聲場(chǎng)在第一天發(fā)起，采用上述用于發(fā)芽試驗(yàn)#1中的設(shè)置，只是脈沖寬度增加至19.98微米，這是發(fā)芽試驗(yàn)#1所用脈寬的約10倍。它的功率輸出還是發(fā)芽試驗(yàn)#2的10倍。間斷不頻繁。
研究在第七天終止。在對(duì)照盤中，82％抽芽，平均根芽長(zhǎng)度與發(fā)芽試驗(yàn)#2的相近。在發(fā)聲的盤中，僅72％發(fā)芽，平均根芽長(zhǎng)度與發(fā)芽試驗(yàn)#2的相近。這個(gè)試驗(yàn)確定這個(gè)高功率電平的1.7MHz頻率顯示對(duì)豌豆發(fā)芽和生長(zhǎng)有破壞作用。發(fā)芽試驗(yàn)#4設(shè)置與發(fā)芽試驗(yàn)#3揭示的除以下之外相同電壓低重復(fù)頻度2微秒脈寬0.3微秒(這調(diào)節(jié)到每次重復(fù)只有一個(gè)聲波長(zhǎng))此發(fā)芽試驗(yàn)的結(jié)果表明對(duì)照盤僅84％中發(fā)芽，而發(fā)聲盤中則90％發(fā)芽。受聲輻射的豌豆的平均根芽長(zhǎng)度比對(duì)照豌豆長(zhǎng)24％。由此推斷這個(gè)頻率和低功率聲場(chǎng)對(duì)豌豆發(fā)芽和生長(zhǎng)有加強(qiáng)作用。發(fā)芽試驗(yàn)#5重復(fù)發(fā)芽試驗(yàn)#4揭示的同樣設(shè)置和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果也相近。對(duì)照盤中84％發(fā)芽，而發(fā)聲盤中96％發(fā)芽。受聲輻射的豌豆的平均根芽長(zhǎng)度比對(duì)照豌豆長(zhǎng)30％(3.26厘米對(duì)2.49厘米)。這確證低功率的聲共振頻率對(duì)豌豆的生長(zhǎng)有加強(qiáng)作用。
示于表3中的上述五個(gè)發(fā)芽試驗(yàn)的結(jié)果證實(shí)，聲共振能既可以有破壞作用也可以有加強(qiáng)作用，這取決于輻射的長(zhǎng)度及輻射的功率強(qiáng)度。還可推斷在發(fā)芽試驗(yàn)#1中緊夾換能器必定是緩沖和衰減了換能器的功率輸出，從而模擬了低功率的效果。
表3
*A和C定義為聲照(A)和對(duì)照(C)豌豆存活和生長(zhǎng)的百分比。發(fā)芽試驗(yàn)#6發(fā)芽盤通過在圓塑料碗的底上擺放消毒棉準(zhǔn)備，在底上裝有聲換能器。每個(gè)盤中放七十五個(gè)豌豆(甜豌豆，Lake Vally公司的生產(chǎn)批號(hào)為lot A2B,1997)。并按需加入蒸餾水。用Matec1.0換能器以脈沖寬度2微秒、重復(fù)頻度10毫秒向一組豌豆發(fā)送三天聲場(chǎng)。然后把豌豆移到充有植物生長(zhǎng)媒質(zhì)的、直徑6英寸的錐形黑塑料盆中，盆底有滲水用的孔。每個(gè)容器種植三個(gè)豌豆。
豌豆在1000瓦燈光照培養(yǎng)下在室內(nèi)生長(zhǎng)。豌豆生長(zhǎng)成熟并且結(jié)出豆莢，把這時(shí)的植株進(jìn)行測(cè)量稱重。表4提供關(guān)于成熟豌豆植株總體成長(zhǎng)樣式的信息。
表4聲照豌豆對(duì)照豌豆成熟植株數(shù)64 54
植株百分比119％ 100％成熟植株的莢數(shù)307 287豆莢百分?jǐn)?shù)107％ 100％平均比株長(zhǎng)度 81英寸80英寸豌豆重量 3.7盎司 3.1盎司重量百分比119％ 100％每株重量 0.058盎司 0.057盎司豌豆體積 160毫升 130毫升體積百分比123％ 100％結(jié)論是，聲處理過的豌豆重量和體積約高出20％。兩組之間每株豌豆重相同，因此聲處理通過增加發(fā)芽而間接地影響作物的產(chǎn)量。頭三天的聲處理只影響發(fā)芽，沒有影響停止聲場(chǎng)以后的生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量。發(fā)芽試驗(yàn)#7第一天，發(fā)芽盤(2)準(zhǔn)備如以上發(fā)芽試驗(yàn)#6，每盤115個(gè)豌豆。各盤都不裝備聲換能器。在此實(shí)驗(yàn)中，在一個(gè)準(zhǔn)備好的盤中所含的豌豆由一個(gè)聲-電磁場(chǎng)誘導(dǎo)聲共振，此聲-電磁場(chǎng)通過使用20英尺的天線和一個(gè)電場(chǎng)發(fā)生器在一個(gè)屏蔽間中通過輻射方法發(fā)送。以8.5伏特/米的功率連續(xù)施加頻率為1.7MHz的電磁能。含對(duì)照豌豆的盤放在一個(gè)第二屏蔽間中但是不暴露于聲-電磁場(chǎng)中。
第三天，受聲-電磁場(chǎng)輻射的豌豆中有11個(gè)發(fā)芽，而對(duì)照豌豆中僅有5個(gè)發(fā)芽。受聲-電磁輻射的豌豆長(zhǎng)度幾乎是對(duì)照豌豆長(zhǎng)度的兩倍。
第六天，受聲-電磁場(chǎng)輻射的豌豆中有45個(gè)發(fā)芽，而對(duì)照豌豆中僅有35個(gè)發(fā)芽。
第十天，受聲-電磁場(chǎng)輻射的豌豆中有61個(gè)發(fā)芽，而對(duì)照豌豆中僅有45個(gè)發(fā)芽。聲-電磁輻射的豌豆葉苗的平均長(zhǎng)度是3.3厘米，而對(duì)照豌豆平均長(zhǎng)度僅為2.7厘米。
結(jié)果使用共振聲頻下的聲-電磁能加強(qiáng)了豌豆的發(fā)芽和生長(zhǎng)率。
例11檢測(cè)和辨識(shí)無機(jī)結(jié)構(gòu)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)有廣泛的應(yīng)用，如現(xiàn)場(chǎng)定性又定量地辨識(shí)各種無機(jī)物或者無機(jī)結(jié)構(gòu)，找出金屬合金中的雜質(zhì)，探查武器彈藥，如塑料炸彈等等。
檢測(cè)和辨識(shí)可以通過施加一個(gè)與目標(biāo)或者說結(jié)構(gòu)的共振頻率緊密匹配的頻率的聲能，以在其中誘導(dǎo)聲共振而檢測(cè)獨(dú)特的聲和/或聲-電磁特征圖譜。使用領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的方法，任何可以經(jīng)任何媒介發(fā)生和發(fā)送聲能的裝置都可以用于產(chǎn)生本發(fā)明所用的共振聲和/或聲-電磁頻率，包括
圖1中所公開和所示的裝置。
使用領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員公知的方法，任何可以經(jīng)任何媒介檢測(cè)和分析聲能和/或電磁能的裝置都可以用于檢測(cè)和分析本發(fā)明所用的共振聲和/或聲-電磁頻率，包括圖2中所公開和所示的裝置。
圖12所示的系統(tǒng)給出一個(gè)用于確定不同的無機(jī)材料或者結(jié)構(gòu)的聲共振頻率需要的部件概況。預(yù)先測(cè)定特征頻率和聲和/或聲-電磁特征圖譜為今后比較提供一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。
圖35A和B的方框圖中示出其中共振聲能可以結(jié)合聲-電磁能的裝備設(shè)置，用于以頻譜方法辨識(shí)、檢測(cè)及區(qū)分相似或不相似物體。這可以通過使用聲能、電磁能或者兩者兼用在物體中激發(fā)共振來達(dá)到。當(dāng)對(duì)樣品施加共振聲頻時(shí)，誘導(dǎo)出聲共振并且產(chǎn)生獨(dú)特的電磁能譜式，這就是共振聲-電磁特征圖譜。產(chǎn)生共振聲-電磁特征圖譜的機(jī)制包括但是不限于，壓電、聲電、磁聲和/或內(nèi)在能量耗散。共振聲-電磁特征圖譜是電磁特性和/或場(chǎng)的表現(xiàn)，包括但是不限于，直流電、交流電、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁輻射和/或聲回旋加速共振。
然后對(duì)得到的聲、電磁或者組合能譜進(jìn)行分析。聲和電磁頻率和/或特性的分布表征了物體的獨(dú)特聲和/或聲-電磁特征圖譜的特征。
本發(fā)明還可以用于保安系統(tǒng)，如機(jī)場(chǎng)，防止有人把塑料炸彈送到飛機(jī)和行李中對(duì)保安工作造成較大的壓力。金屬探測(cè)器不能探測(cè)聚合物，因?yàn)樵诙鄶?shù)情況下聚合物對(duì)此種裝置的磁場(chǎng)不起作用。同樣，其它方法如X光裝置或者訓(xùn)練過的動(dòng)物不能在聚合物中互相加以區(qū)分，有些炸彈因此難于探測(cè)。
可以使用能夠辨認(rèn)以特定塑料炸彈為特征的獨(dú)特聲特征圖譜的探測(cè)裝置。
為了測(cè)定塑料炸彈的聲共振頻率，首先要測(cè)定含有炸藥的塑料的特征頻率。測(cè)定轉(zhuǎn)而確定誘導(dǎo)聲共振所需頻率的共振頻率包括下面的步驟。具有已知量的炸藥材料的塑料樣品放置在兩個(gè)換能器之間，換能器含有涂在藍(lán)寶石底物上的氧化鋅薄膜，可以從Teledyne ElectronicTechnology購(gòu)得。樣品由水楊酸苯酚貼附在換能器上，這是一個(gè)起膠合膠作用又能合使能量傳輸?shù)鸟詈厦浇椤⒁粋€(gè)換能器連接到一個(gè)Teledybe Microstrip Matching Network上，后者是一種阻抗匹配裝置。此阻抗匹配裝置再連接到Hewlett-Packard Model 6286A電源上。另一個(gè)換能器連接一個(gè)Teledybe Microstrip Matching Network上，后者再連接到B&K Precision Model 2625頻譜分析儀上。塑料檢測(cè)樣品聽聲信號(hào)從換能器饋送到頻譜分析儀的正導(dǎo)聯(lián)。由檢測(cè)液體、支架、換能器材料來的已知聲信號(hào)起對(duì)照作用，并且饋入頻譜分析儀的負(fù)導(dǎo)聯(lián)。利用這種設(shè)置，抵消對(duì)照特征圖譜，剩下的顯示出的共振聲特征圖譜來自塑料炸彈，得到一個(gè)定性的結(jié)果和獨(dú)特的特征圖譜。
啟動(dòng)電源，一個(gè)電壓范圍傳送到換能器上。這個(gè)電信號(hào)在換能器材料上引起一個(gè)機(jī)械應(yīng)力，造成與從電源發(fā)出電壓相應(yīng)頻率范圍內(nèi)的特定聲能波。這個(gè)聲波傳播經(jīng)過塑料樣品然后由第二換能器接收。從該換能器的電輸出由頻譜分析儀轉(zhuǎn)換成可讀出的形式。共振頻率及從而聲特征圖譜可以通過此方法測(cè)定。通過改變發(fā)自電源的電壓，發(fā)送的聲波的幅度對(duì)不同的施加電壓作出反應(yīng)。當(dāng)信號(hào)的幅度達(dá)到最大時(shí)，塑料樣品處在聲共振中，并且，指示此狀態(tài)的頻率實(shí)質(zhì)上相應(yīng)于共振頻率。在此點(diǎn)，共振聲和/或聲-電磁特征圖譜就可確定。
一旦測(cè)定了塑料炸彈的共振聲特征圖譜后，可以用幾個(gè)不同型的塑料進(jìn)行檢測(cè)，其中有的含有炸藥，有的不含炸藥。每個(gè)樣品還是放在上述相同的設(shè)置中。以前確定的要在含炸藥樣品中誘導(dǎo)聲共振的頻率范圍通過使用相應(yīng)電壓的電源來管理。樣品分個(gè)地檢測(cè)，而只有含炸藥的樣品在預(yù)定的聲共振頻率下達(dá)到最大幅度。用這個(gè)方法測(cè)定含有某種炸藥的塑料的獨(dú)特特征圖譜。
一旦測(cè)定了定性的共振聲特征圖譜后，它可以儲(chǔ)存在微處理機(jī)或者其它存儲(chǔ)裝置中，用作以后鑒別模式中作比較分析。還有一旦測(cè)定了定性的共振聲和/或聲-電磁能特征圖譜后，可以通過比較未知濃度的塑料炸彈的共振聲特征圖譜幅度來測(cè)定定量的結(jié)果。有高濃度塑料炸藥的樣品有更高的共振聲特征圖譜幅度。轉(zhuǎn)而可以得到一個(gè)比例，使之能夠分析未知濃度樣品中的炸藥量。
可以在機(jī)場(chǎng)登機(jī)口掃描行李、包裹和人員以確定是否有人將塑料炸彈運(yùn)送到候機(jī)廳或者飛機(jī)上。箱子可以放在兩個(gè)換能器之間，一個(gè)換能器產(chǎn)生聲信號(hào)并且掃描一個(gè)寬帶目標(biāo)頻率，另一個(gè)換能器檢測(cè)傳播的聲信號(hào)。來自箱子的聲信號(hào)饋入信號(hào)分析儀的正導(dǎo)聯(lián)。皮革、紙張、纖維、塑料及其它一般會(huì)包括在旅客行李中的材料的已知聲共振特征圖譜饋入信號(hào)分析儀的負(fù)導(dǎo)聯(lián)。從而對(duì)照的特征圖譜抵消其在正導(dǎo)聯(lián)樣品中的分量共振頻率。分析剩余的頻率來查找塑料炸彈的聲共振特征圖譜。
在另一個(gè)實(shí)施例中，向箱子發(fā)送塑料炸藥的聲-電磁特征圖譜的電磁能譜式。如果換能器從箱子內(nèi)檢測(cè)到表示已將材料誘導(dǎo)進(jìn)聲共振的聲信號(hào)，那么就確定了有塑料炸藥。聲信號(hào)的幅度可以提供箱中炸彈的相對(duì)尺寸和量的附加信息。
在又一個(gè)實(shí)施例中，將塑料炸彈的聲-電磁特征圖譜發(fā)送到箱子上。探測(cè)箱子中內(nèi)容物的聲能和聲-電磁特征圖譜來辨識(shí)塑料炸彈。
權(quán)利要求
1．一種以生物結(jié)構(gòu)為目標(biāo)以影響其功能的方法，其特征在于，此方法包含用頻率接近或在于此生物結(jié)構(gòu)共振頻率的頻率的聲能輻射此生物結(jié)構(gòu)，以在其中誘導(dǎo)聲共振。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有下列步驟，在把生物結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)成共振后測(cè)定生物結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有下列步驟，在把生物結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)成共振后測(cè)定生物結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜和聲-電磁特征圖譜。
4．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有用等于此生物結(jié)構(gòu)的聲共振下預(yù)定聲-電磁特征圖譜的電磁能輻射特定的生物結(jié)構(gòu)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，以足夠的功率密度施加聲能以影響此生物結(jié)構(gòu)的功能。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于，所述功能選自由破壞和加強(qiáng)組成的組。
7．一種以特定的生物結(jié)構(gòu)為目標(biāo)以影響其功能的方法，以不影響附近的結(jié)構(gòu)為特點(diǎn)，其特征在于含有下列步驟a)測(cè)定特定生物結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)共振聲頻率和b)用包括此生物結(jié)構(gòu)共振頻率的頻率的聲能輻射此生物結(jié)構(gòu)以在其中誘導(dǎo)聲共振，聲能大小要足夠影響此生物結(jié)構(gòu)的功能。
8．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述生物結(jié)構(gòu)的功能受到加強(qiáng)。
9．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述生物結(jié)構(gòu)的功能受到破壞。
10．根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于，所述生物結(jié)構(gòu)選自由病毒、細(xì)菌、真菌、組織團(tuán)塊、蠕蟲、節(jié)肢動(dòng)物、幾丁質(zhì)、植物、動(dòng)物和骨組成的組。
11．一種特別地以生物結(jié)構(gòu)為目標(biāo)并且通過在其中誘導(dǎo)聲共振來影響其功能的方法，其特征在于含有下列步驟a)施加所述生物結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)共振聲頻和/或?qū)氲扔陬A(yù)先測(cè)定的所述生物結(jié)構(gòu)的電磁能譜式b)施加(a)和/或(b)各自于一個(gè)功率密度量以在目標(biāo)生物結(jié)構(gòu)內(nèi)誘導(dǎo)聲共振來影響其功能。
12．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，所述生物結(jié)構(gòu)的功能受到加強(qiáng)。
13．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，所述生物結(jié)構(gòu)的功能受到破壞。
14．根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其特征在于，所述電磁能譜式是一種選自直流、交流電、電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁輻射作為電磁特性。
15．根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，交流電的頻率施加于所述結(jié)構(gòu)上。
16．一種以生物結(jié)構(gòu)為目標(biāo)以影響其功能的方法，其特征在于，含有向所述生物結(jié)構(gòu)施加電磁能以在其中誘導(dǎo)聲共振并且影響其功能的步驟。
17．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述電磁能等效于所述生物結(jié)構(gòu)的電磁能譜式和/或等效于此結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)共振聲頻率。
18．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，電磁能大小足夠影響所述生物結(jié)構(gòu)功能，功能受到加強(qiáng)或破壞。
19．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有測(cè)定所述生物結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜。
20．根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有把所述生物結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜與預(yù)先測(cè)定的聲-電磁特征圖譜進(jìn)行比較。
21．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有測(cè)定所述生物結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜。
22．根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有把所述生物結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜與預(yù)先測(cè)定的參考聲特征圖譜進(jìn)行比較。
23．一種誘導(dǎo)生物結(jié)構(gòu)的聲刺激以檢測(cè)和/或辨識(shí)所述生物結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于含有下列步驟a)向所述生物結(jié)構(gòu)施加具有非共振頻率的聲能，以刺激此生物結(jié)構(gòu)；b)在聲能與所述結(jié)構(gòu)相互作用后從所述結(jié)構(gòu)接收電磁能；和c)確定所述受刺激的生物結(jié)構(gòu)的非共振電磁特征圖譜。
24．一種誘導(dǎo)生物結(jié)構(gòu)的聲刺激以檢測(cè)和/或辨識(shí)所述生物結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其特征在于含有a)向所述生物結(jié)構(gòu)施加具有非共振頻率的聲能，以刺激此生物結(jié)構(gòu)的裝置；和b)在聲能與所述結(jié)構(gòu)相互作用后從所述結(jié)構(gòu)接收電磁能的裝置；c)確定所述受刺激的生物結(jié)構(gòu)的非共振電磁特征圖譜的裝置。
25．一種檢測(cè)和/或辨識(shí)一種無機(jī)或生物結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于含有下列步驟a)在所述結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振；和b)測(cè)定所述結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜。
26．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有把當(dāng)前測(cè)定的聲特征圖譜與先前測(cè)定的聲特征圖譜進(jìn)行比較。
27．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，進(jìn)一步含有通過測(cè)定由在目標(biāo)結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振引起的能中的至少一個(gè)電磁特征來測(cè)定所述結(jié)構(gòu)的聲-電磁特征圖譜。
28．根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其特征在于，所述聲共振是通過導(dǎo)入一個(gè)能量引起的，后者選自由聲能、第一電磁能和第二電磁能構(gòu)成的組，所述聲能包括所述結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)共振聲頻，第一電磁能等效于至少所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)共振聲頻，第二電磁能等效于至少所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)聲-電磁特征圖譜。
29．一種通過測(cè)定一種結(jié)構(gòu)的共振聲特征圖譜辨識(shí)此結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其特征在于，含有a)在所述結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的裝置；b)檢測(cè)所述結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜的裝置；和c)把所述結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜與所述結(jié)構(gòu)的一個(gè)參照特征圖譜進(jìn)行比較的裝置。
30．根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步含有檢測(cè)所述結(jié)構(gòu)在聲共振下的聲-電磁能的裝置，它包括檢測(cè)目標(biāo)結(jié)構(gòu)顯示的電磁特性的裝置。
31．根據(jù)權(quán)利要求30的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)選自由無機(jī)物和生物構(gòu)成的組。
32．根據(jù)權(quán)利要求29的系統(tǒng)，其特征在于，在所述結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的裝置包括一個(gè)信號(hào)發(fā)生裝置和至少一個(gè)換能器。
33．根據(jù)權(quán)利要求32的系統(tǒng)，其特征在于，換能器的安置選自由在容器的底、容器的壁、在容器中、所述生物結(jié)構(gòu)血管內(nèi)、在所述生物結(jié)構(gòu)的體外、在手持探頭中、一個(gè)壓電片、在遙控器中和在手術(shù)刀頭上等構(gòu)成的組。
34．一種通過測(cè)定一種結(jié)構(gòu)的聲特征圖譜和/或聲-電磁特征圖譜辨識(shí)此結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，其特征在于含有a)在所述結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的裝置；b)檢測(cè)聲共振下所述結(jié)構(gòu)的聲和/或聲-電磁特征圖譜的裝置。
35．一種在生物結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振以影響功能的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)含有a)發(fā)生聲信號(hào)的裝置；b)向所述生物結(jié)構(gòu)發(fā)送所述聲信號(hào)的裝置；和c)控制所述聲信號(hào)的功率大小以影響所述生物結(jié)構(gòu)功能的裝置。
36．根據(jù)權(quán)利要求35的系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步含有a)發(fā)生電磁信號(hào)的裝置；b)向所述生物結(jié)構(gòu)發(fā)送所述電磁信號(hào)的裝置。
37．一種用于確定在一結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的系統(tǒng)，其特征在于，含有下列步驟a)發(fā)生等效于一聲-電磁特征圖譜的電磁能的裝置；b)向所述生物結(jié)構(gòu)發(fā)送所述電磁能的裝置；c)在所述電磁能與所述結(jié)構(gòu)相互作用后從所述結(jié)構(gòu)接收信號(hào)的裝置和d)在所述結(jié)構(gòu)中測(cè)定聲共振誘導(dǎo)的裝置。
38．一種用于確定在一結(jié)構(gòu)中誘導(dǎo)聲共振的方法，其特征在于，含有下列步驟a)用等效于一聲-電磁特征圖譜的電磁能輻射所述結(jié)構(gòu)；b)在所述電磁能與所述結(jié)構(gòu)相互作用后從所述結(jié)構(gòu)接收信號(hào)和c)在所述結(jié)構(gòu)中測(cè)定聲共振的誘導(dǎo)。
39．一種影響具有壓電特性起活換能器作用的生物結(jié)構(gòu)功能的方法，其特征在于，向具有壓電特性的所述生物結(jié)構(gòu)施加電磁能，所述電磁能具有至少一個(gè)包括所述生物結(jié)構(gòu)共振頻率的頻率，以在所述活換能器中誘導(dǎo)聲共振，能量大小足以影響所述生物結(jié)構(gòu)功能。
全文摘要
本發(fā)明利用共振聲和/或聲－電磁能施加于無機(jī)或者生物結(jié)構(gòu)上,以檢測(cè)和/或辨識(shí)、和加強(qiáng)和/或破壞生物結(jié)構(gòu)內(nèi)的功能。特別是,本發(fā)明提供一種發(fā)生共振聲和/或聲－電磁能于生物結(jié)構(gòu)內(nèi),如病毒、細(xì)菌、真菌、蠕蟲及腫瘤內(nèi),以檢測(cè)和破壞這些結(jié)構(gòu)。而且,本發(fā)明提供一種加強(qiáng)生物結(jié)構(gòu)的方法,如通過在骨結(jié)構(gòu)中發(fā)生共振聲和/或聲－電磁能以加強(qiáng)骨。還提供了用于發(fā)生和檢測(cè)共振聲和/或共振聲－電磁能的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)A01G7/04GK1315847SQ99810272
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期1999年9月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月11日
發(fā)明者朱莉安娜·H·J·布魯克斯, 艾伯特·E·埃布爾 申請(qǐng)人:伯克希爾實(shí)驗(yàn)室公司