工频磁场发生装置的研制以及在四氧化三铁磁性纳米颗粒组装中的应用

摘要

随着超高压输变电技术的迅速发展，各种电力设备、电器广泛应用于工业、农业、办公室及家庭，如此广泛的电利用，在给人们带来便利的同时，也使更多的人暴露在工频磁场中。随着纳米科学技术的兴起，科学家们开始致力于以纳米颗粒为基本单元，利用各种方法将纳米颗粒组装为有序结构，一直以来，这都是纳米科学技术研究的基本范畴和热点所在。
　　 本论文提出将工频磁场与磁性纳米颗粒相结合，并利用工频电磁场辅助组装纳米材料的新设想，具有可控、简单方便、适宜大规模运用的优点。50Hz是国内的市电频率。因此研究胶体溶液在工频磁场下的行为表现，不仅有利于我们研究工频磁场的生物安全性，也有利于我们进一步研究磁性纳米颗粒的生物学应用，更有利用我们进一步研究磁性纳米颗粒对频率响应以及磁性纳米颗粒的组装机制。
　　 具体来说，本论文开展以下工作：
　　 一、我们依照安培环路定律进行了磁场理论计算与磁路设计，并利用ANSYS有限元软件模拟磁场空间分布，并验证计算的正确性。
　　 二、依照模拟与计算的结果，我们设计了工频磁场发生装置的样机，并采用各种测量手段对实验装置产生的磁场的特性做了表征。
　　 三、利用搭建的工频磁场发生平台，我们研究磁性纳米颗粒在工频磁场下的组装行为。通过SEM表征结果表明，裸Fe3O4磁性纳米颗粒在垂直交变磁场作用下能形成纤维状组装结构，而在水平交变磁场作用下形成水平微米链结构。通过对不同的聚集形貌进行磁学性质测量，有趣地是，我们发现纤维状组装结构与水平微米链结构都具有超顺磁性。
　　 四、利用搭建的工频磁场发生平台，我们初步研究了磁场强度为49.83KA/m的工频磁场对抗原抗体(CCP和Anti-CCP)反应敏感性与特异性的影响。通过实验结果表明，该磁场强度下的工频磁场对于抗原抗体反应敏感性与特异性作用不太明显，这对于后续的工频磁场下蛋白探针、酶运输具有重要的意义。