一种电磁辐射损伤、电磁辐射生物效应的定量评价方法和评价系统

摘要

本发明公开了一种电磁辐射损伤、电磁辐射生物效应的定量评价方法和评价系统。该定量评价方法构建出秀丽隐杆线虫逃避数量与电磁辐射强度之间的线性关系，以此来评价电磁辐射对生物体的损伤程度。该评价方法使用的响应指标无侵入性，对实验对象影响较小，建立的量效关系稳定，可稳定、可靠地评价电磁辐射对生物体的损伤程度。该评价方法操作简单、模型稳定、不易受外界因素干扰，适合应用于电磁辐射损伤评价、电磁辐射生物效应评价。本发明评价方法中使用到的评价系统结构简单、可操作性强、适用范围广。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁辐射生物效应和生物安全评价技术领域，特别是涉及一种基于秀丽隐杆线虫逃避行为原理建立的电磁辐射损伤的定量评价方法、电磁辐射生物效应的定量评价方法和评价系统。

背景技术

近年来，随着电器设备的大量使用和无线通讯技术的迅速发展，电磁辐射污染已成为继大气污染、水污染和噪声污染之后的第四大污染。电磁辐射不仅能够对电子系统造成严重的破坏，同时对生物体也具有致伤作用，特别是对人类健康造成的损伤程度已经达到不容忽视的地步。

尽管电磁辐射对生物体可造成损伤这一观点已达成共识，但其作用机制还未完全明确。一方面，由于电磁辐射的能量较低，且电磁辐射对生物体的作用具有波动性和可恢复性(与电离辐射相比)，因此目前使用细胞、小动物、大动物等常用电磁辐射实验生物，仍没有确切的敏感指标(或响应指标)可以用在电磁辐射损伤效应研究模型中来评价定量和/或定性地评价电磁辐射的损伤程度。另一方面，不同研究模型选取的研究对象、辐射剂量大小、辐照方式和辐照时间均存在较大差异，取得的结果无法进行系统地定量研究和比较，甚至取得的结果互相矛盾。另外，由于电磁辐射危害量效与时效关系尚不明确，因此对电磁辐射的损伤评价至今没有统一的标准，这也是无法对电磁辐射损伤进行定性或定量评价的一个原因。

可见，寻找电磁辐射与生物体响应指标的量效关系，从而建立一种电磁辐射损伤的评价方法，对于电磁辐射生物剂量学相关研究具有重要的实际意义，也可为电磁辐射相关产品的安全应用和发展提供方法学基础。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，第一方面，提供一种可对任一电磁辐射设备的电磁辐射损伤进行定量评价的方法，基于秀丽隐杆线虫逃避行为原理，过程为：

多个培养皿(4)内均盛装培养基，每个培养皿(4)均按以下分区：包括一线虫接种区和逃避区，用电磁屏蔽装置(5)将逃避区按培养皿(4)的中心线分成互为对称的逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区，线虫接种区与逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区的距离相等且相邻；

在各培养皿的线虫接种区内的培养基上接种相同数量的秀丽隐杆线虫(6)，在逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区分别接种浓度相同的大肠杆菌菌液；然后将多个培养皿(4)分别置于不同电磁辐射强度I的A射线(A射线有一确定的固有频率)下进行辐照，线虫接种区、逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区被辐照的面积和角度均相同；

辐照结束后，统计逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区中秀丽隐杆线虫(6)的数量，计算比值作为电磁损伤程度指数N；将不同电磁辐射强度I下的N值对应得出N与I之间的线性关系方程N＝aI+b，a为斜率，b为截距；

评价A射线(待评价射线)辐照产生的电磁辐射损伤时，先测得该待评价射线的电磁辐射强度，再将测得的电磁辐射强度值带入线性方程N＝aI+b中，得出待评价射线的电磁损伤程度指数N；评价标准为：N值越大，该射线的电磁辐射损伤程度越严重，N值越小，该射线的电磁辐射损伤程度越轻微；或

评价不同电磁辐射强度的A射线(待评价射线)辐照产生的电磁辐射损伤时，先测得该待评价射线的各电磁辐射强度，再将测得的各电磁辐射强度值带入线性方程N＝aI+b中，得出各待评价射线的电磁损伤程度指数N；评价标准为：N值越大，该射线的电磁辐射损伤程度越严重，N值越小，该射线的电磁辐射损伤程度越轻微。

用A射线的重复频率作为电磁辐射强度I的指标，所述不同电磁辐射强度I是指A射线的重复频率分别为10Hz、15Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz，辐照时间T均为50min。

所述培养基为NGM培养基。

第二方面，本发明提供一种在上述方法中专用的评价系统，包括辐射源(1)和培养皿(4)，辐射源(1)通过波导管(2)与喇叭天线(3)连接，喇叭天线置于培养皿正上方15-25cm(优选20cm)处；培养皿(4)中的培养基分为形状相同、辐照面积相同、辐照角度相同的屏蔽区和非屏蔽区，屏蔽区上方设有电磁屏蔽装置(5)。

培养皿中的培养基分为四个形状相同、辐照面积相同、辐照角度相同的区域，即第一区域(7)、第二区域(8)、第三区域(9)和第四区域(10)；第二区域和第三区域相邻且上方设有电磁屏蔽装置。

所述电磁屏蔽装置是金属网或铅板，优选的，所述电磁屏蔽装置由铜或含铜合金制成，金属网的直径≤1mm。

第三方面，本发明提供一种定量评价电磁辐射生物效应的方法，使用上述评价系统，基于秀丽隐杆线虫逃避行为原理，过程为：

多个培养皿(4)内均盛装培养基，每个培养皿(4)均按以下分区：包括一线虫接种区和逃避区，用电磁屏蔽装置(5)将逃避区按培养皿(4)的中心线分成互为对称的逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区，线虫接种区与逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区的距离相等且相邻；

在各培养皿的线虫接种区内的培养基上接种相同数量的秀丽隐杆线虫(6)，在逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区分别接种浓度相同的大肠杆菌菌液；然后将多个培养皿(4)分别使用n种不同固有频率的射线在不同电磁辐射强度I下进行辐照，线虫接种区、逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区被辐照的面积和角度均相同；

辐照结束后，统计n种不同固有频率的射线辐照下，逃离屏蔽区和逃离非屏蔽区中秀丽隐杆线虫(6)的数量，计算比值作为电磁损伤程度指数N(N

评价n种固有频率的射线的生物效应时，先测得每种射线的电磁辐射强度，再将每种射线的电磁辐射强度值带入对应固有频率射线的线性方程中，得出每种射线的电磁损伤程度指数N

用射线的重复频率、平均功率密度、电场强度等作为电磁辐射强度I的指标。

用射线的重复频率作为电磁辐射强度I的指标，所述不同电磁辐射强度I是指射线的重复频率分别为10Hz、15Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz，辐照时间T均为50min。

所述培养基为NGM培养基。

本发明以秀丽隐杆线虫逃避数量为响应指标，使用专用的评价系统，通过构建出秀丽隐杆线虫逃避数量与电磁辐射强度之间的量效关系，建立得到一种电磁辐射损伤的定量评价方法。该评价方法使用的响应指标无侵入性，对实验对象影响较小，建立的量效关系稳定，可稳定、可靠地评价任一电磁辐射设备对生物体的损伤程度。该评价方法操作简单、模型稳定、不易受外界因素干扰，适用于电磁辐射损伤评价、电磁辐射生物效应评价。本发明评价方法中使用到的评价系统结构简单、可操作性强、适用范围广。

附图说明

图1所示为本发明电磁辐射损伤评价系统的结构示意图；

图2所示为实施例中培养皿的分区方式，A幅为分成四个区域的方式，B幅为分成三个区域的方式；

图3所示为本发明定量评价方法中电磁辐射重复频率与秀丽隐杆线虫数量关系的曲线图；

图中：辐射源1、波导管2、喇叭天线3、培养皿4、电磁屏蔽装置5、秀丽隐杆线虫6、第一区域7、第二区域8、第三区域9、第四区域10、逃避区11、线虫接种区12。

具体实施方式

目前，仅有的一种对电磁辐射损伤进行评价的方法是通过建立生物体电磁辐射比吸收率峰值(电磁辐射比吸收率，Specific Absorption Ratio(SAR)，是单位质量的生物体所吸收或消耗的电磁功率，单位为W/kg；生物体电磁辐射比吸收率峰值用来评价、超过该SAR值会对生物体产生显著的效应)与温度变化之间的量效关系进行的。然而，温度易受外界影响，且这种方法的操作繁琐，个体差异较大，无法可靠地评价电磁辐射损伤程度。采用动物行为学指标来评价电磁辐射损伤的方法还未见报道。

秀丽隐杆线虫与电磁辐射生物效应研究中常用的细胞、小动物、大动物等生物相比，是一种操作易行、生物效应评估便捷的模式生物，用于电磁辐射损伤的评价具有细胞、小动物、大动物等生物不具备的优势。秀丽隐杆线虫在射线的辐照下有逃避行为，因此，其不仅适用于电磁辐射损伤的评价，还可用于电磁辐射生物效应的评价。

本发明基于秀丽隐杆线虫逃避行为原理提供了一种电磁辐射损伤的定量评价方法，该方法的评价原理为：培养皿内盛装培养基后，被分为相互相邻的三个区(图2中的B幅为一种示例)，一个用来接种秀丽隐杆线虫，作为线虫接种区12；另外两个用来接种大肠杆菌，作为逃避区11。两个逃避区的面积和形状均相同，且与线虫接种区之间的距离也相同。其中一个逃避区上方设置电磁屏蔽装置，以将逃避区分成对称的逃避屏蔽区和逃避非屏蔽区。在线虫接种区(无电磁屏蔽装置，属于非屏蔽区)内的培养基上接种秀丽隐杆线虫，在逃避屏蔽区和逃避非屏蔽区(即线虫接种区相邻的两个区)中接种浓度相等、体积相等的大肠杆菌菌液，大肠杆菌作为秀丽隐杆线虫的食物，可使秀丽隐杆线虫逃离出所接种区域(即线虫接种区)，自由爬行至有食物的两个区域中(即逃避屏蔽区和逃避非屏蔽区)。申请人发现，在无射线辐照时，逃离至有食物的两个距离相等的区域(即逃避屏蔽区和逃避非屏蔽区)中的秀丽隐杆线虫的数量是相等的。在射线辐照后，由于有食物的两个区域一个属于屏蔽区，另一个属于非屏蔽区，寻找食物的秀丽隐杆线虫逃离至有食物的屏蔽区(即逃避屏蔽区)的数量和有食物的非屏蔽区(即逃避非屏蔽区)的数量不再相同，逃避屏蔽区中秀丽隐杆线虫的数量＞逃避非屏蔽区中秀丽隐杆线虫的数量，且逃避屏蔽区和逃避非屏蔽区中秀丽隐杆线虫数量的比值与电磁辐射强度成正比。基于此，本发明以秀丽隐杆线虫逃离至有食物的逃避屏蔽区和逃避非屏蔽区的数量(即逃避数量)为响应指标，构建出秀丽隐杆线虫逃避数量与电磁辐射强度之间的量效关系，从而建立了一种电磁辐射损伤的定量评价方法，可对任一射线(由电磁辐射设备发射)的电磁辐射损伤程度进行评价。

以下结合具体实施例，更具体地说明本发明的内容，并对本发明作进一步阐述，但这些实施例绝非对本发明进行限制。

实施例1：

本实施例用本发明方法评价一微波辐射装置的电磁辐射损伤程度，作为示例。该微波辐射装置发出的微波射线的固有频率为9.375GHz，峰值功率为897.97W，脉宽为100ns。

该实施例中使用了一套专用于本发明方法的评价系统。该评价系统的结构如图1所示，包括辐射源1(购自芜湖国瑞兆伏电子股份有限公司)和培养皿4，辐射源1通过波导管2与喇叭天线3连接，波导管2用来将辐射源1的微波信号传输到喇叭天线3。喇叭天线3置于培养皿4的正上方15-25cm(优选20cm)处，用来将微波信号释放出来。培养皿4内盛装有培养基和培养于培养基中的秀丽隐杆线虫6。培养皿4分成四个形状相同的区域，即第一区域7、第二区域8、第三区域9和第四区域10(如图2的A幅所示)；其中两个相邻的区域(图2中示出的是第二区域8和第三区域9，为逃避区)上方设有电磁屏蔽装置5，另两个区域不设电磁屏蔽装置5，即电磁屏蔽装置5设在培养皿顶部和喇叭天线3之间，用来屏蔽培养皿4一半面积的电磁辐射，且各个区域接受辐射的面积相同、角度相同。设有电磁屏蔽装置5的屏蔽了电磁辐射的区域称为屏蔽区，未设电磁屏蔽装置5的直接接受喇叭天线3辐照的区域称为非屏蔽区。电磁屏蔽装置5是的金属网，金属网由铜或含铜合金制成，金属网的孔径≤1mm(即孔径≥200目，优选200目)，也可用铅板替代金属网。

使用该评价系统对该微波辐射装置发出的微波射线进行电磁辐射损伤程度的定量评价，具体包括以下步骤：

(1)、取常规圆形(方形的也可以，如图2的B幅所示)的秀丽隐杆线虫的培养皿4，直径为9cm，高为2cm；用直尺在培养皿4背面划两条相互垂直的直线，两条直线的交点位于培养皿的中点；两条直线将培养皿平均分成面积相同的四个扇形的区域：第一区域7、第二区域8、第三区域9和第四区域10，在其中两个相邻区域的培养皿4上方加装电磁屏蔽装置5，成为屏蔽区，未安装电磁屏蔽装置5的培养皿4区域成为非屏蔽区；

(2)、在培养皿4内倒入NGM培养基(购自国药集团化学试剂有限公司)，培养基的液面至培养皿4高度的2/3处，室温无菌静置30min待其凝固；在培养皿4的逃避区——第二区域8和第四区域10中接种50μl大肠杆菌菌液(OP50型)，形成直径为1cm的菌斑；菌斑形成后，将约100只的秀丽隐杆线虫接种到没有菌斑和没有屏蔽网的线虫接种区——第一区域7中；OP50型大肠杆菌菌液的制备具体为：将大肠杆菌(OP50)加入至含硫酸链霉素的LB液体培养基中形成菌液，37℃、摇菌速度为200rpm下过夜培养后，将菌液按照1：1000的比例扩大培养，再置于37℃恒温培养箱中培养且摇菌至OD

(3)、在第二区域8和第三区域9的上方设置电磁屏蔽装置5，电磁屏蔽装置5为半圆柱体，底面直径9.1cm，高2.1cm，由200目的铜网制成；等菌液晾干后，打开辐射源1，发射一固有频率为S的微波射线，射线通过波导管2传导至喇叭天线3，将加装了电磁屏蔽装置5的培养皿4置于喇叭天线3下20cm处辐照，使得各区域接受辐照的面积和角度均相同；用重复频率S表征电磁辐射强度I(还可用平均功率密度、电场强度等来表征)，通过调整辐射源1，用不同重复频率的射线对培养皿4进行辐照，重复频率S分别为10Hz、15Hz、20Hz、50Hz、100Hz、200Hz(例如，重复频率是10Hz，意味着射线在1s内发射10次)，每个重复频率下辐照50分钟(即辐照时间T均为50min)。

(4)、每个重复频率的辐照结束后，立即对接种了秀丽隐杆线虫区域的相邻的两个区域中(即第二区域8和第四区域10)秀丽隐杆线虫的数量进行统计，这相邻的两个区域是秀丽隐杆线虫6逃避的区域，由于这两个区域一个属于屏蔽区，一个属于非屏蔽区，因此将属于屏蔽区的秀丽隐杆线虫6逃避的区域命名为逃避屏蔽区(即第二区域8)，将属于非屏蔽区的秀丽隐杆线虫6逃避的区域命名为逃避非屏蔽区(即第四区域10)，逃避屏蔽区中的秀丽隐杆线虫的数量记为Ns，逃避非屏蔽区中的秀丽隐杆线虫的数量记为Nr，换新的平行试验的培养皿进行辐照；同一强度下，所有培养皿均辐照结束且统计完各区域的秀丽隐杆线虫6的数量后，进行下一个强度的辐照，直至所有重复频率下的辐照均完成为止。

(5)、将逃避屏蔽区与逃避非屏蔽区中秀丽隐杆线虫的数量比(Ns/Nr值)作为电磁损伤程度指数(记为N)，以电磁损伤程度指数N为纵坐标，以射线的重复频率S为横坐标，根据各重复频率对应的电磁损伤程度指数N拟合曲线，如图3所示，得到线性方程N＝0.0199S+0.8376，其线性相关系数R

当对某一电磁辐射设备所发射射线(固有频率为9.375GHz，电磁辐射强度未知)的电磁损伤程度进行评价时，先测定该射线的重复频率S，再将重复频率S带入上述线性方程中，得到电磁辐射设备所发射的这种射线的电磁损伤程度指数N；N值越大，说明这一射线对秀丽隐杆线虫的电磁辐射损伤越严重；N值越小，损伤越轻微，达到定量评价任一电磁辐射设备发射的任一射线的电磁辐射损伤程度的目的。

实施例2：

本实施例用本发明方法对电磁辐射的生物效应进行评价，具体过程同实施例1，仅是使用不同固有频率的射线进行辐照，得出一系列对应各固有频率射线的线性方程。由这些方程可比较得知：

当电磁辐射强度相同的情况下，不同固有频率的射线对应的电磁损伤程度指数N的数值大小，N值越大说明该固有频率的射线对生物的电磁损伤程度越严重，越小说明该固有频率的射线对生物的电磁损伤程度越轻微。

即使电磁辐射强度不同的情况下，也可根据电磁损伤程度指数N的数值大小评价不同固有频率的射线对生物的电磁损伤程度；同样的，将电磁辐射强度的数值带入对应固有频率射线的线性方程中，得出电磁损伤程度指数N的数值，N值越大说明该固有频率的射线对生物的电磁损伤程度越严重，越小说明该固有频率的射线对生物的电磁损伤程度越轻微。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的内容。