本發(fā)明涉及磁場聚集技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種基于三維磁場的磁性納米粒子聚集方法。

背景技術(shù)：

長期以來腫瘤治療的方法有手術(shù)切除法、化學(xué)療法和放射療法。手術(shù)法因無法完全清除癌細(xì)胞，容易造成癌細(xì)胞再次擴(kuò)散，加上多數(shù)人體器官一旦切除就無法再生，使手術(shù)法局限性大?；瘜W(xué)療法和放射療法在殺死癌細(xì)胞的同時又大量傷害了正常細(xì)胞，引起很多副作用和并發(fā)癥。人類研究發(fā)現(xiàn)：腫瘤部位的神經(jīng)和血管不發(fā)達(dá)，容易被加熱，癌細(xì)胞被加熱到43℃以上就會死亡，而正常細(xì)胞加熱到48℃以上也不會死亡，因此選擇性地將癌癥細(xì)胞加熱到43℃-48℃，將其殺死是一種沒有副作用治療癌癥的有效方法，這種方法叫做溫?zé)岑煼?。加熱有微波、超聲波、紅外線、熱水等方法，但這些方法都只能體外加熱，很難對人體深處的腫瘤進(jìn)行有效加熱，加熱范圍、程度等也難控制，很難實(shí)用于臨床治療。

目前，人們研究預(yù)先將鐵磁性材料植入腫瘤部位，再在外界施加外界交變磁場，在交變磁場的作用下，鐵磁性材料中的磁疇排列方向也會隨著磁場的方向交替變化。在旋轉(zhuǎn)變化的過程中，磁疇相互碰撞磨擦產(chǎn)生熱量，通過這種磁滯生熱加熱腫瘤部位，使其溫度達(dá)到43℃-48℃，清除癌細(xì)胞，而正常細(xì)胞卻不受傷害，這種方法加熱均勻、控溫方便、安全可靠，可對深處腫瘤進(jìn)行加熱，但存在治療癌細(xì)胞效率低，消除不徹底等缺陷。治療腫瘤還有一種方法，是將抗癌藥物直接植入到腫瘤部位，使藥物直接作用于腫瘤細(xì)胞。

無論是摩擦生熱治療方法還是藥物植入治療方法，首要條件是將治療藥物或磁性材料聚集到身體中任何一個需要治療的位置，現(xiàn)有技術(shù)中，采用注射法將藥物或磁性材料直接注射到腫瘤處，但是這種方法是有創(chuàng)的，并且腫瘤內(nèi)部壓力大，注射的藥物或磁性材料容易漏出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于三維磁場的磁性納米粒子聚集方法，以解決如何在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)藥物或磁性材料聚集的問題。

本發(fā)明提供的基于三維磁場的磁性納米粒子聚集方法，利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子沿x軸方向、y軸方向、z軸方向運(yùn)動，完成磁性納米粒子的聚集；其中，

利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子在x軸方向運(yùn)動的過程，包括：

在x軸方向施加x軸向定時保持恒定取向磁場，對磁性納米粒子進(jìn)行磁化，磁性納米粒子被磁化形成磁極并翻轉(zhuǎn)匹配x軸向定時保持恒定取向磁場；

在磁性納米粒子成功匹配x軸向定時保持恒定取向磁場后，在x軸方向施加與磁性納米粒子的磁極方向相反的x軸向脈沖磁場，推動磁性納米粒子沿x軸方向運(yùn)動；

利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子在y軸方向運(yùn)動的過程，包括：

在y軸方向施加y軸向定時保持恒定取向磁場，磁性納米粒子翻轉(zhuǎn)匹配y軸向定時保持恒定取向磁場；

在磁性納米粒子成功匹配y軸向定時保持恒定取向磁場后，在y軸方向施加與磁性納米粒子的磁極方向相反的y軸向脈沖磁場，推動磁性納米粒子沿y軸方向運(yùn)動；

利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子在z軸方向運(yùn)動的過程，包括：

在z軸方向施加z軸向定時保持恒定取向磁場，被磁化的磁性納米粒子翻轉(zhuǎn)匹配z軸向定時保持恒定取向磁場；

在磁性納米粒子成功匹配z軸向定時保持恒定取向磁場后，在z軸方向施加與磁性納米粒子的磁極方向相反的z軸向脈沖磁場，推動磁性納米粒子沿z軸方向運(yùn)動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于三維磁場的磁性納米粒子聚集方法，利用三維定時保持恒定取向磁場與脈沖磁場相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對磁性納米粒子在體內(nèi)的聚集及深度定位。

附圖說明

通過參考以下結(jié)合附圖的說明，并且隨著對本發(fā)明的更全面理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁性納米粒子在第一種x軸向定時保持恒定取向磁場中的狀態(tài)示意圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁性納米粒子在第二種x軸向定時保持恒定取向磁場中的狀態(tài)示意圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁性納米粒子在x軸向脈沖磁場中的狀態(tài)示意圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁性納米粒子在第一種y軸向定時保持恒定取向磁場中的狀態(tài)示意圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁性納米粒子在第二種y軸向脈沖磁場中的狀態(tài)示意圖；

圖6為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的磁性納米粒子在y軸向脈沖磁場中的狀態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種基于三維磁場的磁性納米粒子聚集方法，利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子在三維磁場內(nèi)沿x軸方向、y軸方向、z軸方向運(yùn)動，完成磁性納米粒子的聚集，把聚集在一起的磁性納米粒子的位置作為目標(biāo)地點(diǎn)，達(dá)到該目標(biāo)地點(diǎn)的路徑可以不同，但最終到達(dá)的位置是相同的，即目標(biāo)地點(diǎn)，也就是說，本發(fā)明不一定非按照x軸方向→y軸方向→z軸方向的固定順序驅(qū)動磁性納米粒子移動，x軸方向→y軸方向→z軸方向這種順序只是到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)的一條路徑，而到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)的其它路徑如下：

x軸方向→z軸方向→y軸方向；

y軸方向→x軸方向→z軸方向；

y軸方向→z軸方向→x軸方向；

z軸方向→x軸方向→y軸方向；

z軸方向→y軸方向→x軸方向。

需要說明的是，磁性納米粒子既處于三維磁場內(nèi)又處于人體內(nèi)，通過三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子運(yùn)動，達(dá)到磁性納米粒子在體內(nèi)聚集的目的，在磁性納米粒子內(nèi)裝載有治療藥物，磁性納米粒子作為治療藥物的載體，起到運(yùn)送治療藥物的作用，本發(fā)明的目的是如何在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)治療藥物的靶向聚集，以代替現(xiàn)有的注射方式，因此，本發(fā)明并不是一種對人體疾病的治療方法。

利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子在x軸方向運(yùn)動的過程，包括：

步驟s11：在x軸方向施加x軸向定時保持恒定取向磁場，對磁性納米粒子進(jìn)行磁化，磁性納米粒子被磁化形成磁極并翻轉(zhuǎn)匹配x軸向定時保持恒定取向磁場。

在x軸方向施加的x軸向定時保持恒定取向磁場的作用在于，在磁化磁性納米粒子的同時，防止磁性納米粒子朝某個磁場方向移動，磁性納米粒子被磁化后形成n極和s極，并與x軸向定時保持恒定取向磁場相匹配。

產(chǎn)生x軸向定時保持恒定取向磁場的方法有兩種，下面分別對兩種方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

第一種方法：

如圖1所示，x軸向定時保持恒定取向磁場由兩個獨(dú)立的間隔設(shè)置的多層卷繞的極化線圈產(chǎn)生，兩個極化線圈的卷繞匝數(shù)相同，磁性納米粒子位于兩個極化線圈之間，極化線圈相當(dāng)于螺線管，兩個極化線圈充入大小相同的電流后產(chǎn)生兩個磁場，兩個磁場的方向相同、磁場強(qiáng)度相同，從而形成x軸向定時保持恒定取向磁場。在對兩個極化線圈充入相同大小的電流后，根據(jù)安培定則，圖1中極化線圈1的左端為s極、右端為n極，極化線圈2的左端為s極、右端為n極，磁性納米粒子3(圖1中示例性的示出了一個)位于左側(cè)極化線圈的n極與右側(cè)極化線圈的s極之間，在磁性納米粒子3被磁化后產(chǎn)生n極和s極，隨后磁性納米粒子3與x軸向定時保持恒定取向磁場進(jìn)行匹配，磁性納米粒子3的s極朝向極化線圈1的n極，磁性納米粒子3的n極朝向極化線圈2的s極，由于磁性納米粒子3的n極受到極化線圈1的s極的吸引力，磁性納米粒子3的n極受到極化線圈2的s極的吸引力，因此，磁性納米粒子不會朝向極化線圈1或極化線圈2移動。

第一種方法中兩個極化線圈的獨(dú)立是指兩個極化線圈不連接，各自充入大小相等、方向相同的電流。兩個極化線圈產(chǎn)生的磁場方向根據(jù)充電電流的方向確定，極化線圈的哪一端均可以為n極或s極，只要保證產(chǎn)生兩個同向的磁場即可。

第二種方法：

如圖2所示，x軸向定時保持恒定取向磁場由兩個間隔設(shè)置且連接在一起的極化線圈產(chǎn)生，極化線圈多層卷繞而成，兩個極化線圈的卷繞匝數(shù)相同。由于兩個極化線圈相連，因此，兩個線圈一同充電，且充入的電流大小相同，相較于第一種方法便于控制。將兩個極化線圈看作一個長極化線圈，磁性納米粒子3位于長極化線圈的內(nèi)部，在對兩個極化線圈充入電流后，圖2中左側(cè)的極化線圈1作為長極化線圈的s極，右側(cè)的極化線圈2作為長極化線圈的n極，形成x軸向定時保持恒定取向磁場，則磁化后的磁性納米粒子3產(chǎn)生n極和s極，并與長極化線圈的磁極方向匹配，最終，磁性納米粒子3的s級朝向長極化線圈的s極，磁性納米粒子3的n級朝向長極化線圈的n極。

步驟s12：在磁性納米粒子成功匹配x軸向定時保持恒定取向磁場后，在x軸方向施加與磁性納米粒子的磁極方向相反的x軸向脈沖磁場，推動磁性納米粒子沿x軸方向運(yùn)動。

由于定時保持恒定取向磁場無法驅(qū)動磁性納米粒子運(yùn)動，因此，需要在x軸方向施加一個與磁性納米顆粒磁極反向的脈沖磁場，以驅(qū)動磁性納米粒子移動。

脈沖磁場由脈沖線圈充電產(chǎn)生，由于脈沖磁場是一個漸變磁場，當(dāng)脈沖線圈充電時，以確保靠近脈沖線圈的磁性納米粒子受到更大的磁力，有更大的位移，促使磁性納米粒子團(tuán)聚。

如圖3所示，脈沖線圈4位于磁性納米粒子3的左側(cè)，當(dāng)脈沖線圈4充電后，脈沖線圈4的左端為n極、右端為s極，由于磁性納米粒子3的s極靠近脈沖線圈4的s極，磁性納米粒子3會受到脈沖線圈4的排斥力沿著x軸向右移動。

當(dāng)脈沖線圈4位于磁性納米粒子3的右側(cè)時，在脈沖線圈4充電后，磁性納米粒子3會受到脈沖線圈4的排斥力沿著x軸向左移動。

需要說明的是，在磁性納米粒子3受到脈沖線圈4的排斥力沿著x軸方向移動的同時會匹配脈沖磁場，即磁性納米粒子3在遠(yuǎn)離脈沖線圈4的同時開始旋轉(zhuǎn)，以匹配脈沖線圈4產(chǎn)生的脈沖磁場的方向，一旦磁性納米粒子3與脈沖磁場的方向相匹配，磁性納米粒子3將不再遠(yuǎn)離脈沖線圈4，而開始被脈沖線圈4吸引。因此，在磁性納米粒子3最終反轉(zhuǎn)被脈沖線圈4吸引之前，存在一個脈沖磁場的最大持續(xù)時間，該時間不得大于磁性納米粒子3的翻轉(zhuǎn)持續(xù)時間，依據(jù)理論計算，磁性納米粒子3在磁場中的響應(yīng)時間與粒子的形狀、磁性能以及磁場大小有著密切關(guān)系，大體范圍介于500μs和100ms之間。

利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子在y軸方向運(yùn)動的過程，包括：

步驟s21：在y軸方向施加y軸向定時保持恒定取向磁場，被磁化的磁性納米粒子翻轉(zhuǎn)匹配y軸向定時保持恒定取向磁場。

在y軸方向施加y軸向定時保持恒定取向磁場的方法包括兩種，其中，

第一種方法：y軸向定時保持恒定取向磁場由間隔設(shè)置在y軸方向的兩個獨(dú)立的極化線圈充電產(chǎn)生，磁性納米粒子位于兩個極化線圈之間，且該磁性納米粒子為磁化后的磁性納米粒子，y軸向脈沖磁場能夠使被磁化的磁性納米粒子沿著y軸方向運(yùn)動。

由于磁性納米粒子在沿x軸方向移動之前已被磁化，因此，無需對該磁性納米粒子再次磁化，該磁性納米粒子只需翻轉(zhuǎn)匹配y軸向定時保持恒定取向磁場即可。

y軸方向的兩個極化線圈的卷繞匝數(shù)相同，且充入的電流大小也相同，當(dāng)y軸方向的兩個極化線圈充電時，在y軸方向產(chǎn)生兩個強(qiáng)度相同、方向相同的磁場，從而形成y軸向定時保持恒定取向磁場，處于y軸向定時保持恒定取向磁場的磁性納米粒子會旋轉(zhuǎn)匹配該y軸向定時保持恒定取向磁場。

如圖4所示，在y軸方向的兩個獨(dú)立的極化線圈充電后，極化線圈1`的上端為s極、下端為n極，極化線圈2`的上端為s極、下端為n極，x軸方向的磁性納米粒子3`逆時針旋轉(zhuǎn)匹配y軸向定時保持恒定取向磁場，旋轉(zhuǎn)后的磁性納米粒子3`的s極朝向極化線圈2`的n極，旋轉(zhuǎn)后的磁性納米粒子3`的n極朝向極化線圈1`的s極。

由于兩個極化線圈產(chǎn)生的磁場的強(qiáng)度相同，因此，磁性納米粒子3`在旋轉(zhuǎn)的過程中不會產(chǎn)生位移，即不會朝向極化線圈1`或極化線圈2`移動。

第二種方法：如圖5所示，y軸向定時保持恒定取向磁場由兩個間隔設(shè)置且連接在一起的極化線圈產(chǎn)生，極化線圈多層卷繞而成，兩個極化線圈的卷繞匝數(shù)相同。由于兩個極化線圈相連，因此，兩個線圈一同充電，且充入的電流大小相同，可將兩個極化線圈看作一個長極化線圈，磁性納米粒子3`位于長極化線圈的內(nèi)部，在對兩個極化線圈充入電流后，圖5中上方的極化線圈2`作為長極化線圈的s極，下方的極化線圈1`作為長極化線圈的n極，形成y軸向定時保持恒定取向磁場，則磁化后的磁性納米粒子3產(chǎn)生n極和s極，并與長極化線圈的磁極方向匹配，最終，磁性納米粒子3`的s級朝向長極化線圈的s極，磁性納米粒子3的n級朝向長極化線圈的n極。

步驟s22：在磁性納米粒子成功匹配y軸向定時保持恒定取向磁場后，在y軸方向施加與磁性納米粒子的磁極方向相反的y軸向脈沖磁場，推動磁性納米粒子沿y軸方向運(yùn)動。

由于定時保持恒定取向磁場無法驅(qū)動磁性納米粒子運(yùn)動，因此，需要在y軸方向施加一個與旋轉(zhuǎn)后的磁性納米顆粒磁極反向的脈沖磁場，以驅(qū)動磁性納米粒子沿y軸方向移動。

脈沖磁場由脈沖線圈充電產(chǎn)生，由于脈沖磁場是一個漸變磁場，當(dāng)脈沖線圈充電時，以確?？拷}沖線圈的磁性納米粒子受到更大的磁力，有更大的位移，促使磁性納米粒子團(tuán)聚。

如圖6所示，脈沖線圈4`位于磁性納米粒子3`的上方，當(dāng)脈沖線圈4`充電后，脈沖線圈4`的下端為s極、上端為n極，由于磁性納米粒子3`的s極靠近脈沖線圈4`的s極，磁性納米粒子3`會受到脈沖線圈4`的排斥力沿著y軸向下移動。

當(dāng)脈沖線圈4`位于磁性納米粒子3`的下方時，在脈沖線圈4`充電后，磁性納米粒子3`會受到脈沖線圈4`的排斥力沿著y軸向上移動。

利用三維磁場驅(qū)動磁性納米粒子在z軸方向運(yùn)動的過程，包括：

步驟s31：在z軸方向施加z軸向定時保持恒定取向磁場，磁性納米粒子翻轉(zhuǎn)匹配z軸向定時保持恒定取向磁場。

請參照上述y軸向定時保持恒定取向磁場的描述，z軸向定時保持恒定取向磁場同理可得。

步驟s32：在磁性納米粒子成功匹配z軸向定時保持恒定取向磁場后，撤銷z軸向定時保持恒定取向磁場，并在z軸方向施加與磁性納米粒子的磁極方向相反的z軸向脈沖磁場，推動磁性納米粒子沿z軸方向運(yùn)動。

請參照上述y軸向脈沖磁場的描述，z軸向脈沖磁場同理可得。

本發(fā)明在x軸方向、y軸方向和z軸方向分別設(shè)置兩個極化線圈，六個極化線圈從上下、左右、前后六個方向?qū)⒋判约{米顆粒包圍在中間，六個極化線圈所包圍形成的空間為三維磁場空間，通過精確控制x、y、z軸極化磁場、脈沖磁場的方向及施加次序，經(jīng)一定時間循環(huán)處理，實(shí)現(xiàn)在三維空間內(nèi)磁性納米粒子的聚集。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。