随着电磁场对人类生存环境污染的加重,电磁场可能对生物体产生的生物效应的研究日益引起科研人员重视。由于人们所处的生存环境中电磁场的多样性,其对生物体的生物效应也非常复杂,其中电磁场对细胞周期和DNA损伤的影响研究是电磁场生物效应研究的重要问题专一。不同形式的磁场处理成骨细胞,研究者发现磁场处理后的成骨细胞周期改变,S期细胞百分比均明显增高,同时观测到DNA合成速度加快,于是研究者推测细胞的DNA合成受到磁场的影响和调节,导致其合成速度加快,从而出现了S期细胞数增多,但磁场对DNA合成速度的影响机制尚不清楚。文献报道了工频磁场会引起上皮细胞DNA双链断裂,推测磁场影响体内的生物化学过程级联放大,间接损伤DNA,同样其具体机制尚不明确。为了研究磁场对DNA的合成速度和DNA双链断裂的影响,我们选择比较简单的均匀磁场,从理论上探讨了此种磁场对DNA合成速度和DNA断链的影响,得到其合成速度改变和双链断裂程度与磁场强度大小有关。为了进一步验证理论推导的结论,需要设计一个强度可调的均匀磁场发生装置,并能控制磁场区的温度,本文结合相关知识,设计了实验所需的磁场发生装置。细胞在S期的主要工作是进行DNA的复制。在DNA复制解旋的过程中,随着复制叉的前进,其前端DNA分子将不断产生扭力,为了释放积累起来的扭力,复制叉前端的双链DNA分子会出现比较特殊的运动形式,从而保证DNA复制的正常进行。生物DNA大分子外侧是带负电荷的,当其复制在磁场中进行时,会受到洛仑兹力的作用,导致DNA合成速度改变,从而DNA分子的整个复制过程会受到磁场的干扰,细胞周期也会随之改变。而且在此过程中,由于DNA单链受到洛仑兹力的作用,会偏离原来路径,从而导致DNA链的断裂。本文从磁生物效应研究小组观察到的现象出发,结合生物大分子DNA复制的具体特征,从理论上讨论了均匀磁场对DNA复制过程的具体影响,结果发现均匀磁场会使DNA的合成速度增加,与此同时致使DNA双链断裂。目前,为了能深入研究电磁场对细胞的作用机制,研究者常采用形式比较简单的磁场作为外界的干扰电磁场,比如:恒定、交变、脉冲和高频磁场。由于实验的需要,研究人员常用的磁场发生装置有:永磁铁、电磁铁、亥姆霍兹线圈和螺线管。其中永磁铁能够提供强度最大为1特斯拉左右的静磁场,亥姆霍兹线圈和螺线管可提供交变磁场或相对均匀的磁场,也可用螺线管提供强度为10特斯拉左右的超强静磁场,电磁铁则可产生强度为几百毫特斯拉或特斯拉级的静磁场。各个磁场发生装置都有一定的适用范围,本文从物理学角度,阐述了磁生物效应研究中常见磁场发生装置的特性,并从磁生物学的研究角度出发,根据实验要求,设计了一个实用性比较强的均匀磁场发生装置,对该装置的磁场区域的温度控制给出了一个解决方案。通过计算机对实际设计模型的模拟,发现此磁场发生装置产生的磁场与预期结果基本一致,通过对实际模型的温度检测,证实了温控方案实际可行。设计的均匀磁场发生装置由电源、螺线管、水循环温控装置等部分组成,重点介绍了由通电螺线管提供的磁场的特性、水循环温控装置的设计。