大学医用物理试验设计研究.doc

磁场对生物体作用的实验设计研究 贺潇蒙 （哈尔滨医科大学08药，黑龙江 哈尔滨 300161） 内容摘要：本文提出了物理生命的概念，因此使生物体与磁场的作用变得更加顺理成章。通过实验方法和测量方法的设计，培养学生的观察能力、创新思维能力和跨学科综合能力，提高专业素养。关键词：磁场 物理生命 趋磁细菌 果蝇 磁场生物学效应已经成为医用物理学研究的重要课题。电和磁是一个物体的两个方面，是相伴产生的。1786年著名的“蛙腿实验”第一次揭示了生物电的存在，被称为伽伐尼效应。生物电的存在就预示了存在着生物磁。但是磁又有区别于电的神秘性，比如，由于生物体为导体，可以屏蔽电场，但不可以屏蔽磁场，因此磁场的作用将更显著；再比如地球固有存在着磁场，所有生物与生俱来沁浸在地磁场中，有天然的适应性；再比如电荷移动，产生磁场，磁荷移动，应该产生电场。但是磁荷是什么？人们还没有发现，更别说磁流了！近代科学发现，鸽子头颅骨和喙部嵌有一些细微的天然磁铁，它们起导航作用。科学家还发现了趋磁细菌，趋次细菌是有磁性的微生物，它们体内含有一个或几个由纯磁性物质构成的立方形磁体，它们可以借助自身的鞭毛沿着与磁力线平行的方向运动，目前关于趋磁细菌的研究越来越多。因此磁场和生物体是一对天然的关系。 1 磁场与生物体的作用 1831年法拉第发明了电磁感应定律以后很长时间，人们都以为磁场只对磁导体才能发生作用。1845年法拉第把一块玻璃放在磁场中，发现了磁致旋光效应，第一次揭示了磁与光的关系。紧接着他又分别把玻璃棒、木棒、面包、牛排用细线悬挂到强磁场中，他发现这些东西无一例外的对磁场发生作用，都一动不动的停止在与磁力线垂直的方向上。他预测任何物质都有抗磁性，他甚至想把他的夫人放入磁场中，由于没有那么大的磁铁，实验没有做成。 1.1 磁场对生物体的物理作用 麦克斯韦有两个重要的电磁学方程： 第一个式子说明：在任何磁场中，磁场强度沿任何闭合曲线的线积分等于通过闭合曲线所包围面积内的全电流；第二个式子说明：在任何电场中，电场强度沿任意闭合曲线的线积分等于通过此曲线所包围面积的磁通量对时间变化率的负值。这两个方程把电和磁系统地联系在一起。 生命和非生命一样，都是由原子构成的，生物体内存在大量带电的电子、原子核或离子，因此所有生物都可以归结为物理生命，都受麦克斯韦电磁方程的影响。 磁场对生物体的物理作用包括：①生物体在磁场中运动时，产生感应电动势，使体液中的带电粒子漂移形成体电流，产生热效应；②体液中带电粒子在外磁场中运动，受到洛仑兹力的作用，从而改变原来的运动方向，改变体内物质的重新分布；③磁场对生物体、组织或细胞存在其他尚未发现的作用。 1.2 磁场对生物体的化学作用 磁场对生物体作用一段时间后，可引起生化反应速率降低、高分子的转动扩展减弱、改变和化学反应相关的键角、影响生物细胞的分裂和生长等效应。研究表明，磁场的强弱、方向、频率、均匀性、作用时间等都是影响生物效应的因素。比如相同的磁场，在不同生物层次上（分子的、细胞的、有机组织的、以及群体的）国际非电离辐射保护委员会对于职业暴露建议200 mT，最高限值为2 T一般公众的连续暴露限值为40 mT。～ T（特斯拉），地磁场为0.5×T，而一个稍大的电磁铁产生的磁场就可达到10-1T数量级，是地磁的上万倍，是生物磁的几十亿百亿到几千亿倍，且可连续变化，实验条件容易满足。 【实验目的】 （1）了解生物磁形成的物理原理。 （2）掌握磁场与生物体作用的实验方法、测量方法和实验技术。 （3）观察和掌握典型生物体在磁场中的生化反应。 （4）培养探索精神，提高专业素养。 【实验器材】 交变磁场仪（可以根据需要自研）、实验器材、分析器材（可以送验）、数据处理软件、其他器材（自研） 【实验任务】 （1）测量试管离体血、果蝇、大肠杆菌三种样本进行实验。 （2）撰写实验方案设计报告。 （3）明确实验方案，确定实验条件，确定测量指标。 （4）设计相应的实验方法和测量方法。 【实验要求】 （1）基本要求 ①完成实验方案设计报告，要求实验目的明确，实验方法、测量方法科学合理。 ②实验方案设计报告针对试管离体血、果蝇、大肠杆菌等三种样本，明确实验方案，确定实验条件，确定测量指标，设计相应的实验方法和测量方法，并阐明原因。 （2）发挥部分 ①根据确定的实验方案、实验条件和测量指标，就试管离体血、果蝇、大肠杆菌三种样本进行实际实验。 ②实验设计中考虑频率、强度、时间的变化，总结出相关的生物效应。 ③对相关实验效应从细胞、分子及DNA水平淋巴细胞、中性粒细胞和单核细胞professional quality . Key words: Magnetic field, physical life, magnetotactic bacteria, drosophil