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随着电工技术的发展和用电设备的广泛应用,人们越来越关注磁场对生物的影响。在相关研究过程中,利用显微镜观察细胞或细菌在磁场作用下的变化显得尤为重要。针对生物电磁技术研究的需要设计了两套磁场调控系统,分别用于细胞亚磁场效应的研究和趋磁细菌机器人的运动控制与跟踪,该装置的研制可为生物电磁技术的研究提供良好的支撑。 首先,设计并研制了一套用于细胞亚磁场效应研究的磁场装置。该装置与显微镜嵌套,采用主线圈和梯度线圈相结合的方式,在抵消地磁场的同时消除由于显微镜内部磁性材料导致的磁场不均匀分量。根据仿真计算进行线圈的设计,进而完成装置的研制,并对线圈所生成的磁场进行了实际测量和数据分析。测量数据表明,所设计的与显微镜嵌套的亚磁空间系统可以在线圈中心20mm×20mm的平面区域内产生不超过700nT的亚磁环境。 其次,搭建了一套用于趋磁细菌机器人运动控制和跟踪的磁场调控系统。基于仿真和计算结果,设计了一套与显微镜嵌套的驱动线圈装置,该线圈装置与恒流源、数据采集卡共同构成一个磁场装置。实验表明,该磁场装置能够产生0~1mT强度可调、平面内方向任意可调的恒定磁场和频率0~50Hz可调、幅值0~1mT可调的旋转磁场。由上位机对磁场装置、网络摄像机(安置于显微镜上)和三维移动平台进行调控,从而可实现对趋磁细菌机器人运动的跟踪和控制。同时,基于该系统编写了一套运动控制和跟踪软件,能够实现对观察目标运动的实时控制和跟踪。最后,选取趋磁细菌MO-1作为模型进行了实验,并对趋磁细菌的跟踪效果进行了分析。 本课题结合显微镜环境研制的磁场调控系统可以用于磁场生物学效应及其应用的研究,可以为生物电磁学的发展提供有效的技术手段。