AT508394A1 - DEVICE AND METHOD FOR THE APPLICATION OF RINGSTROMINDUCTION MODULATED BY MAGNETIC FIELD VARIATION IN ELECTRICALLY CONDUCTIVE NANO PARTICLES FOR MECHANICAL IMPACT ON CELLULAR MEMBRANES - Google Patents
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Description
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Gerät und Verfahren zur Anwendung der durch magnetische Feldvariation modulierten Ringstrominduktion in elektrisch leitfahieen Nano-Partikeln zur mechanischen Einwirkung auf zelluläre MembranenApparatus and method for the application of magnetic field variation modulated Ringstrominduktion in electrically conductive nano-particles for mechanical action on cellular membranes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufreißen von Zellwänden selektierter Zellen sowie eine Einrichtung und eine Andock-Substanz zur Verwendung in dem Verfahren.The invention relates to a method for rupturing cell walls of selected cells as well as a device and a docking substance for use in the method.
In den vergangenen Jahren haben unterschiedliche Forschungsprojekte mögliche Anwendungsgebiete von so genannten Nano-Partikeln untersucht. Als Nano-Partikel bezeichnet man kleine Teilchen deren physikalische Größe im Nanometer-Bereich liegt. Durch ihre Kleinheit können Nano-Partikel in andere Stoffe oder Körper (Trägermaterial) eingebracht werden. Je nach den physikalischen Eigenschaften der Nano-Partikel und der Interaktion der Nano-Partikel mit dem Trägermaterial können Effekte oder Veränderungen in dem Trägermaterial erzielt werden.In recent years, various research projects have investigated potential applications of so-called nanoparticles. Nano particles are small particles whose physical size is in the nanometer range. Due to their small size, nanoparticles can be incorporated into other substances or bodies (carrier material). Depending on the physical properties of the nanoparticles and the interaction of the nanoparticles with the carrier material, effects or changes in the carrier material can be achieved.
Bei medizinischen Forschungsprojekten im Bereich der Zellforschung wurde in den letzten Jahren die Wechselwirkung von Zellen beziehungsweise Zellarten mit anderen Zellen beziehungsweise Zellarten untersucht. Insbesondere wurde auch geforscht welche Voraussetzungen gegeben sein müssen, damit bestimmte Zellen oder Zellteile oder Moleküle oder andere organische Elemente (in weiterer Folge als Andock-Körper bezeichnet) sich an andere Zellen oder Zellteile festsetzen beziehungsweise andocken. Beispielsweise ist es gelungen Antikörper zur Heilung bestimmter Krankheiten zu erzeugen, die sich durch ihre Eigenschaften vermehrt oder fast ausschließlich an bestimmten Zellen festsetzen, die im Zusammenhang mit der Krankheit stehen. Somit können die Antikörper gezielt auf die die Krankheit verursachenden Zellen einwirken. Aber auch bei Laboruntersuchungen oder für in Labors durchgeführte Tests ist das Andocken bestimmter von dem jeweiligen Test abhängigen Andock-Körper (z.B. Farbteilchen für Farbindikationstests) an Zellen erfolgreich im Einsatz.In medical research projects in the field of cell research, the interaction of cells or cell types with other cells or cell types has been investigated in recent years. In particular, it was also researched what conditions must be met so that certain cells or cell parts or molecules or other organic elements (hereinafter referred to as docking body) attach themselves to other cells or cell parts or dock. For example, it has been possible to produce antibodies for the healing of certain diseases which, by virtue of their properties, increase or almost exclusively attach to certain cells which are associated with the disease. Thus, the antibodies can target the disease causing cells. However, even in laboratory or laboratory tests, the docking of certain test-dependent docking bodies (e.g., paint indication colorant) to cells is successful.
Es ist bekannt, dass Magnetfelder auf Körper mit ferromagnetischen Eigenschaften Anziehungs- und/oder Abstoßungskräfte ausüben. Ebenso ist bekannt, dass ein Magnetfeld in elektrisch leitenden Materialien einen elektrischen Strom induziert, der wiederum seinerseits ein elektromagnetisches Feld generiert. Da dieses durch den induzierten Strom generierte elektromagnetische Feld sehr schwach verglichen mit dem eigentlich auslösenden Magnetfeld ist, kann seine Wirkung gegenüber der ferromagnetischen Wirkung bei Gegenständen des täglichen Lebens vernachlässigt werden.It is known that magnetic fields exert attraction and / or repulsion forces on bodies with ferromagnetic properties. It is also known that a magnetic field in electrically conductive materials induces an electric current, which in turn generates an electromagnetic field. Since this induced by the induced current electromagnetic field is very weak compared with the actual triggering magnetic field, its effect on the ferromagnetic effect can be neglected in everyday objects.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde Forschungsergebnisse aus gänzlich unterschiedlichen Forschungsgebieten für die Menschheit in der Medizintechnik und anderen Fachgebieten nutzbringend zur Anwendung zu bringen. Weiters liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermöglichung weiterer Fortschritte im Bereich der Zellforschung zu ermöglichen. Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde bestimmte Zellen in einem unterschiedliche Zellen aufweisenden Umgebungs-Medium zu schädigen beziehungsweise zu zerstören.It is an object of the present invention to profitably apply research results from entirely different fields of research for mankind in medical technology and other fields. It is a further object of the present invention to provide a method and apparatus for facilitating further advances in the field of cell research. In particular, the invention is based on the object of damaging or destroying certain cells in an environment medium having different cells.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabenstellung werden bei einem Verfahren zum Aufreißen von Zellwänden selektierter Zellen die folgenden Verfahrensschritte abgearbeitet, wobei bei einem • ersten Verfahrenschritt eine Andock-Substanz von mit elektrisch leitfähigen Nano-Partikeln versehenen Andock-Körpem, die aufgrund ihrer Eigenschaften nur an bestimmte Zellen andocken, in ein unterschiedliche Zellen aufweisendes Umgebungs-Medium eingebracht wird und wobei bei einem • zweiten Verfahrensschritt die Andock-Körper an diese bestimmten und somit selektierten Zellen andocken und wobei bei einem • dritten Verfahrenschritt ein magnetisches Wechselfeld eingeprägt wird, das in den Nano-Partikeln einen Ringstrom induziert, dessen Ringstrommagnetfeld mit dem eingeprägten magnetischen Wechselfeld wechselwirkt und die Nano-Partikel mechanisch zum Schwingen bringt, bis die hierdurch auf die Zellwände der selektierten Zellen wirkenden mechanischen Kräfte die Zellwände aufreißen.In order to achieve the abovementioned object, in a method for rupturing cell walls of selected cells, the following method steps are carried out, wherein in a first method step a docking substance of docking bodies provided with electrically conductive nano-particles, which due to their properties only to certain Dock cells, is introduced into an environment medium having different cells, and wherein, in a second method step, the docking bodies dock onto these specific and thus selected cells and wherein in a third method step an alternating magnetic field is imprinted into the nano-cell. Particles induces a ring current whose ring current magnetic field interacts with the impressed alternating magnetic field and mechanically brings the nano-particles to vibrate until thereby acting on the cell walls of the selected cells mechanical forces tearing the cell walls.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabenstellung bei einer Einrichtung zum Aufreißen von Zellwänden selektierter Zellen gemäß vorstehendem Verfahren wird der folgende erfindungsgemäße Aufbau gewählt:In order to achieve the aforementioned object in a device for rupturing cell walls of selected cells according to the above method, the following structure according to the invention is chosen:
Spule zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfelds und mit einer Stromquelle zum Abgeben eines Gleichstroms und mit einemA coil for generating an alternating magnetic field and having a current source for delivering a direct current and with a
Signalmodulator zum Modulieren des Gleichstroms mit einem, von einem Frequenzgeber abgegebenen Modulationssignal und zum Abgeben eines Spulenansteuerungssignals an die Spule und mit einer der Spule parallel geschalteten ·· ·· ·· ···· » ·· • · · · · t · ·· • * · ···· ···· · • · · · · · « ···· ·«· ······# · · ·· Μ Μ · · ·· Löschdiode zum Ableiten der in der Spule gespeicherten Energie bei Abstiegsflanken des Modulationssignals.Signal modulator for modulating the direct current with a modulation signal output by a frequency generator and outputting a coil driving signal to the coil and with one of the coil connected in parallel with the coil ···· ·· ···· »·· · · · · · · · · · •··············································································································································································································································· stored energy at the falling edges of the modulation signal.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabenstellung bei einer Andock-Substanz zur Verwendung in dem vorstehenden Verfahren wird folgende Zusammensetzung gewählt. In der Andock-Substanz sind mit elektrisch leitfahigen Nano-Partikeln versehene Andock-Körper, die aufgrund ihrer Eigenschaften nur an bestimmte Zellen andocken, vorgesehen, wobei die Andock-Substanz in ein unterschiedliche Zellen aufweisendes Umgebungs-Medium eingebracht ist und wobei die Andock-Körper an diesen bestimmten und hierdurch selektierten Zellen angedockt in dem Umgebungs-Medium enthalten sind und wobei durch Einprägen eines magnetisches Wechselfeldes in das Umgebungs-Medium, in den Nano-Partikeln ein Ringstrom induzierbar ist, dessen Ringstrommagnetfeld mit dem eingeprägten magnetischen Wechselfeld wechselwirkt und die Nano-Partikel in mechanische Schwingen versetzbar sind, bis die auf die Zellwände der selektierten Zellen wirkenden mechanischen Kräfte zum Aufreißen der Zellwände ausgebildet sind.To solve the above-mentioned problem with a docking substance for use in the above method, the following composition is selected. In the docking substance are provided with electrically conductive nano-particles docking body, which dock due to their properties only to certain cells, provided, the docking substance is introduced into a different cells having environmental medium and wherein the docking body are docked in this environment and thereby selected cells contained in the ambient medium and wherein by impressing an alternating magnetic field in the ambient medium, in the nano-particles, a ring current is inducible whose ring current magnetic field interacts with the impressed alternating magnetic field and the nano- Particles in mechanical wings are displaceable until the forces acting on the cell walls of the selected cells mechanical forces are formed to rupture the cell walls.
Die Erfindung nutzt das physikalische Phänomen, dass ein eingeprägtes magnetisches Wechselfeld in leitfahigen Körpern Ringströme induziert und dass diese Ringströme selbst ein magnetisches Eigenfeld beziehungsweise Ringstrommagnetfeld erzeugen, das unabhängig von den ferromagnetischen Eigenschaften des leitfahigen Körpers ist. Die Stärke dieser Ringströme ist abhängig vom ohmschen Widerstand, welcher neben der Leitfähigkeit des Materials des Körpers wesentlich von der Strecke bestimmt ist, entlang welcher der Strom fließen muss. Bei Körpern mit kleiner Oberfläche - was bei Nano-Partikeln der Fall ist - ist diese Strecke entsprechend kurz und damit der ohmsche Widerstand dementsprechend klein. Bei größeren Körpern ist der ohmsche Widerstand durch die größere Stromstrecke bis zu mehreren Größenordnungen größer und die Stärke der Ringströme entsprechend kleiner. Dadurch ist das Ringstrommagnetfeld bei Nano-Partikeln für ihre Größe relativ stark. Das die Intensität der mechanischen Schwingungen bestimmende Ringstrommagnetfeld ist dennoch schwach gegenüber dem eingeprägten magnetischen Wechselfeld. Wesentlich ist jedoch, dass die über das räumliche Volumen dieses Ringstrommagnetfelds wirkende Flussdichte auf den räumlichen Querschnitt des auslösenden Nano-Partikels wirkt, wodurch die mechanische Flächenspannung auf den Nano-Partikel konzentriert wird. Hierdurch übertrifft die Stärke der Wechselwirkung des Ringstrommagnetfelds mit dem eingeprägten magnetischen Wechselfeld bei Nano-Partikeln die Stärke der Wechselwirkung des eingeprägten magnetischenThe invention utilizes the physical phenomenon that an imprinted alternating magnetic field induces ring currents in conductive bodies and that these ring currents themselves produce a magnetic self field or ring current magnetic field that is independent of the ferromagnetic properties of the conductive body. The strength of these ring currents is dependent on the ohmic resistance, which in addition to the conductivity of the material of the body is essentially determined by the distance along which the current must flow. For bodies with a small surface area - which is the case with nanoparticles - this distance is correspondingly short and thus the ohmic resistance correspondingly small. For larger bodies of the ohmic resistance is greater by the larger current up to several orders of magnitude and the strength of the ring currents correspondingly smaller. As a result, the ring current magnetic field in nano-particles is relatively strong for their size. Nevertheless, the ring current magnetic field determining the intensity of the mechanical vibrations is weak compared to the impressed alternating magnetic field. However, it is essential that the flux density acting on the spatial volume of this ring current magnetic field acts on the spatial cross section of the triggering nanoparticle, whereby the mechanical surface tension is concentrated on the nanoparticles. As a result, the strength of the interaction of the ring current magnetic field with the impressed alternating magnetic field in nano-particles exceeds the strength of the interaction of the impressed magnetic
Wechselfeldes mit einer gegebenenfalls vorhandenen ferromagnetischen Eigenschaft des Nano-Partikels.Alternating field with an optionally present ferromagnetic property of the nano-particle.
Durch die für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete Auswahl von Andock-Körpem und das Dotieren der Andock-Körper mit Nano-Partikeln, die elektrisch leitfähig sind, ist eine Substanz geschaffen mit der für den Anwendungsfall zugeschnitten eine bestimmte Art von Zellen in dem Umgebungs-Medium durch das verfahrensgemäße Aufreißen der Zellwände zerstört werden können. Diese Substanz wird in das Umgebungs-Medium eingebracht und je nach Eigenschaft der Andock-Körper eine bestimmte vorgegebenen Zeit gewartet, bis sich im wesentlichen alle Andock-Körper an die bestimmte Art von Zellen angedockt haben. Anschließend werden durch Einprägen des für den Anwendungsfall geeigneten magnetischen Wechselfelds und Ausnutzung vorstehend beschriebenen Phänomens bei Nano-Partikeln die bestimmten selektierten Zellen zerstört. Die mechanischen Schwingungen der Nano-Partikeln werden durch die entsprechende Form und Frequenz der Magnetfeldpulse des eingeprägten magnetischen Wechselfelds derart angeregt, dass der gesamte Andock-Körper zu schwingen beginnt und die Zellwand an der Stelle, an der der Andock-Körper an der Zelle angedockt hat, derart mechanisch belastet wird, bis die Zellwand einreißt beziehungsweise aufreißt. Eine Zelle mit aufgerissener Zellwand ist in weiterer Folge nicht mehr lebensfähig und stirbt ab.By suitable for the particular application selection of docking bodies and the doping of the docking body with nano-particles, which are electrically conductive, a substance is created with the tailored for the application, a certain type of cells in the ambient medium by the process of tearing the cell walls can be destroyed. This substance is introduced into the ambient medium and, depending on the nature of the docking body, waited a certain predetermined time until essentially all docking bodies have docked to the specific type of cells. Subsequently, by impressing the magnetic alternating field suitable for the application and utilizing the phenomenon described above for nano-particles, the specific cells selected are destroyed. The mechanical vibrations of the nano-particles are excited by the corresponding shape and frequency of the magnetic field pulses of the impressed alternating magnetic field such that the entire docking body starts to vibrate and the cell wall at the point where the docking body has docked to the cell , Is so mechanically loaded until the cell wall tears or ruptures. A cell with an open cell wall is subsequently no longer viable and dies.
Bisher bekannte Verfahren zum Zerstören von bestimmten Arten von Zellen nutzten den Umstand, dass Zellen nur bis zu bestimmten Temperaturen lebensfähig sind, weshalb Bereiche in dem Umgebungs-Medium in denen zu zerstörende Zellen gehäuft Vorkommen lokal stark erhitzt werden. Durch diese thermische Einwirkung werden bei den bekannten Verfahren allerdings eine Vielzahl an nicht selektierten Zellen, die sich auch in diesem überhitzten Bereich in dem Umgebungs-Medium befinden, ebenfalls zerstört, wodurch ganze Bereiche in Zellkulturen oder Körpern absterben. Einer der besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, der erfindungsgemäßen Einrichtung und des erfindungsgemäßen Umgebungs-Mediums zum Aufreißen von Zellwänden selektierter Zellen ist, dass die selektierten Zellen durch gezielt nur auf die selektierten Zellen einwirkende mechanische Vorgänge zerstört werden. Dies hat zur Folge, dass zu selektierten Zellen benachbarte nicht selektierte Zellen, an denen keine Andock-Körper angedockt haben, in keiner Weise geschädigt werden und somit ganz gezielt nur die zu zerstörenden Zellen betroffen sind.Previously known methods for destroying certain types of cells took advantage of the fact that cells are viable only up to certain temperatures, which is why areas in the surrounding medium in which cells to be destroyed are frequently heated locally. By means of this thermal action, however, a large number of non-selected cells, which are also present in this superheated area in the ambient medium, are also destroyed in the known methods, as a result of which entire areas die off in cell cultures or bodies. One of the particular advantages of the method according to the invention, the device according to the invention and the ambient medium according to the invention for rupturing cell walls of selected cells is that the selected cells are destroyed by mechanical processes acting specifically only on the selected cells. The consequence of this is that adjacent non-selected cells to which selected cells have not docked to which docking bodies are not harmed in any way and therefore only the cells to be destroyed are specifically affected.
Durch den in den Nano-Partikeln auftretenden Ringstrom werden die Nano-Partikel erwärmt, was wiederum zu einer Erhöhung des ohmschen Widerstandes der Nano-Partikel und einer daraus folgenden noch stärkeren Erwärmung der Nano-Partikel fuhrt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Einrichtung hat sich als vorteilhaft erwiesen, ein magnetisches Wechselfeld im Niederfrequenzbereich einzuprägen. Dieser Frequenzbereich eignet sich am besten, um den Nano-Partikel genügend Zeit zur Abkühlung zu geben, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird. Hochfrequente Anregungen haben den Nachteil, dass nur geringe Feldstärken übertragbar sind und dass aufgrund des induktiven Widerstandes vor allem auch nur die Feinstruktur innerhalb der selektierten Zellen angeregt wird. Damit wird zwar Energie transportiert, die sich als Wärme bemerkbar macht, jedoch keine wesentliche makroskopische Kinematik induziert.Due to the ring current occurring in the nano-particles, the nano-particles are heated, which in turn leads to an increase in the ohmic resistance of the nano-particles and a consequent even greater heating of the nano-particles. In the method and the device according to the invention has proved to be advantageous to impress a magnetic alternating field in the low frequency range. This frequency range is best suited to give the nano-particles enough time to cool down, which will be discussed in more detail below. High-frequency excitations have the disadvantage that only low field strengths are transferable and that, above all, only the fine structure within the selected cells is excited due to the inductive resistance. Although this energy is transported, which manifests itself as heat, but does not induce significant macroscopic kinematics.
Weiters vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es, Eingabemittel der Einrichtung vorzusehen, mit denen das Tastverhältnis -eingeprägtes Magnetfeld vorhanden oder nicht vorhanden - des eingeprägten magnetischen Wechselfeldes an eine Vielzahl an unterschiedlichen Einflussfaktoren (z.B. Art der selektierten Zellen, Art der verwendeten Andock-Körper, Art und Größe der Nano-Partikel,...) des jeweiligen Anwendungsfalls angepasst werden kann.It is furthermore advantageous in the method according to the invention and the device according to the invention to provide input means of the device with which the duty cycle - magnetic field present or not present - of the impressed magnetic alternating field to a large number of different influencing factors (eg type of selected cells, type of used Docking body, type and size of nano-particles, ...) of the particular application can be adjusted.
Bei Versuchen hat sich herausgestellt, dass es besonders vorteilhaft ist, trapezförmige Magnetfeldpulse einzuprägen. Bei steilen Anstiegsflanken wird ein hoher Ringstrom in dem Nano-Partikel erzeugt, der, während dem darauf folgendem Magnetfeld-Plateau des Magentfeldpulses, zu einer starken mechanischen Auslenkung des Nano-Partikels führt. Die darauf folgende Abstiegsflanke und Null-Phase des Magnetfeldpulses wird zum Abkühlen des Nano-Partikels genutzt. Die Flussdichte des eingeprägten magnetischen Wechselfeldes während Zeiten des Magnetfeld-Plateaus des trapezförmigen Magnetfeldpulses sollte zumindest 30 Milli-Tesla [mT] aufweisen, wobei 50 Milli-Tesla besonders vorteilhaft sind.In experiments, it has been found that it is particularly advantageous to impress trapezoidal magnetic field pulses. On steep rising edges, a high ring current is generated in the nano-particle, which, during the subsequent magnetic field plateau of the magenta field pulse, leads to a strong mechanical deflection of the nano-particle. The subsequent descent edge and zero phase of the magnetic field pulse is used to cool the nano-particle. The flux density of the impressed alternating magnetic field during times of the magnetic field plateau of the trapezoidal magnetic field pulse should have at least 30 milli-Tesla [mT], with 50 milli-Tesla being particularly advantageous.
Besonders vorteilhaft ist es weiters kein homogenes sonder ein möglichst inhomogenes magnetisches Wechselfeld einzuprägen, da sich hierdurch besonders starke Ringströme in den Nano-Partikeln einstellen. Ein solches stark inhomogenes magnetisches Wechselfeld ist durch das Vorsehen von zwei Spulen in der erfindungsgemäßen Einrichtung vorteilhaft erzeugbar, wenn im Wesentlichen zeitgleich entgegengesetzt gepolte Ansteuerungssignale in die Spulen eingespeist werden.Furthermore, it is particularly advantageous not to impress a homogeneous magnetic field which is as inhomogeneous as possible, since in this way particularly strong ring currents are established in the nano-particles. Such a highly inhomogeneous alternating magnetic field can be advantageously generated by providing two coils in the device according to the invention, when oppositely polarized drive signals are fed into the coils substantially simultaneously.
In Kenntnis der Erfindung sind dem Fachmann eine Vielzahl unterschiedlicher Andock-Körper in diesem erfindungsgemäßen Zusammenhang vorstellbar, die abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall ausgewählt werden. Bei Labortests oder anderenWith knowledge of the invention, the person skilled in the art can imagine a large number of different docking bodies in this context according to the invention, which are selected depending on the particular application. For laboratory tests or others
Anwendungsfallen sind Antikörper als Andock-Körper vorteilhaft einsetzbar, da solche Antikörper bereits seit vielen Jahren verwendet werden.Use cases are antibodies as docking body advantageously used, since such antibodies have been used for many years.
Es kann erwähnt werden, dass das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Einrichtung und das erfindungsgemäße Umgebungs-Medium in einer Vielzahl von medizinischen und nicht medizinischen Anwendungsfallen verwendbar ist, worauf in folgenden Ausfuhrungsbeispielen näher eingegangen wird.It can be mentioned that the method according to the invention and the device according to the invention and the ambient medium according to the invention can be used in a large number of medical and non-medical application cases, as will be explained in more detail in the following exemplary embodiments.
Die Figur 1 zeigt einen Nano-Partikel, auf den ein eingeprägtes Magnetfeld einwirkt.FIG. 1 shows a nano-particle on which an impressed magnetic field acts.
Die Figur 2 zeigt den Nano-Partikel gemäß Figur 1, wobei er in Richtung der Magnetfeldlinien des eingeprägten Magnetfelds betrachtet wird.FIG. 2 shows the nano-particle according to FIG. 1, wherein it is considered in the direction of the magnetic field lines of the impressed magnetic field.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Zelle samt angedocktem Antikörper, der mit einem Nano-Partikel versehen wurde.FIG. 3 shows a schematic representation of a cell together with the docked antibody provided with a nano-particle.
Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der Zelle gemäß Figur 3, bei der die Zellwand durch mechanische Schwingungen des Nano-Partikels aufgerissen wurde.FIG. 4 shows a schematic representation of the cell according to FIG. 3, in which the cell wall was torn open by mechanical oscillations of the nanoparticle.
Die Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung zum Einprägen eines magnetischen Wechselfeldes.FIG. 5 shows a block diagram of a device for impressing an alternating magnetic field.
Die Figur 6 zeigt das Eindringen des eingeprägten magnetischen Wechselfelds in das Umgebungs-Medium.FIG. 6 shows the penetration of the impressed alternating magnetic field into the ambient medium.
Die Figur 7 zeigt drei Beispiele vorteilhafter Außen- und Innendurchmesser von Spulen der Einrichtung gemäß Figur 5.FIG. 7 shows three examples of advantageous outer and inner diameters of coils of the device according to FIG. 5.
Die Figur 8 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch eine in der Einrichtung gemäß Figur 5 verwendbare Spule mit zwei nebeneinander liegenden spiralförmigen Wicklungen.FIG. 8 schematically shows a sectional view through a coil which can be used in the device according to FIG. 5 and has two spiral windings lying next to one another.
Die Figur 9 zeigt schematisch eine Schnittdarstellung durch eine in der Einrichtung gemäß Figur 5 verwendbare Spule mit einer spiralförmigen Wicklung aus rechteckig geformten Wickelmaterial.FIG. 9 schematically shows a sectional view through a coil which can be used in the device according to FIG. 5, with a spiral winding of rectangular shaped wrapping material.
Die Figur 10 zeigt einen symmetrischen trapezförmigen Verlauf des an die Spule der Einrichtung gemäß Figur 5 angelegten Spulenansteuerungssignals zur Erzeugung des eingeprägten magnetischen Wechselfeldes.FIG. 10 shows a symmetrical trapezoidal profile of the coil drive signal applied to the coil of the device according to FIG. 5 for generating the impressed alternating magnetic field.
Die Figur 11 zeigt einen asymmetrischen trapezförmigen Verlauf des an die Spule der Einrichtung gemäß Figur 5 angelegten Spulenansteuerungssignals zur Erzeugung des eingeprägten magnetischen Wechselfeldes. ·· ·· ·ν ·»·« · ·· **··· φ · · · • · · · ··· · · · · · • · · · · · »T ···# ·*· ······ ν · · • · · · ·· · · ··FIG. 11 shows an asymmetrical trapezoidal profile of the coil drive signal applied to the coil of the device according to FIG. 5 for generating the impressed alternating magnetic field. ····· ν · »« · ································ ····· ν · · · · · ··· · ··
Figur 1 zeigt einen Nano-Partikel 1, dessen Durchmesser zwei Nanometer beträgt und der aus elektrisch leitfähigem Material gebildet ist. Der Nano-Partikel 1 ist ein als so genannter Nano-Beed am Markt käuflich erhältlicher Eisenspan, wobei dem Fachmann Nano-Partikel aus unterschiedlichsten elektrisch leitfähigen Materialien mit unterschiedlichsten Formen bekannt sind, deren Ausdehnung sich von nur einigen zehntel Nanometern bis zu einigen Mikrometern erstrecken kann.FIG. 1 shows a nanoparticle 1 whose diameter is two nanometers and which is formed from electrically conductive material. The nano-particle 1 is a commercially available as so-called nano-beed on the market iron chip, the expert nano-particles are known from a variety of electrically conductive materials of various shapes, the extent of which can range from only a few tenths of a nanometer to a few microns ,
Auf den Nano-Partikel 1 wirkt ein eingeprägtes Magnetfeld ein, von dem eine Magnetfeldlinie H quer durch den Nano-Partikel 1 in Figur 1 dargestellt ist. Das Magnetfeld induziert einen Induktionsstrom in dem Nano-Partikel 1, der sich als Ringstrom R ausbildet. Der Ringstrom R erzeugt seinerseits ein Ringstrommagnetfeld, von dem eine erste Magnetfeldlinie RH1 und eine zweite Magnetfeldlinie RH2 in Figur 1 dargestellt sind. Aufgrund der Wechselwirkung des eingeprägten Magnetfelds mit dem Ringstrommagnetfeld wirkt gemäß der Lenz’schen Regel eine mechanische Kraft F in Richtung der Magnetfeldlinie H des eingeprägten Magnetfelds auf den Nano-Partikel 1, die den Nano-Partikel 1 in die eingezeichnete Richtung bewegen möchte. Während für die stärke der resultierenden mechanischen Kraft F bei dem eingeprägten Magnetfeld dessen Flussdichte (gemessen in Tesla) relevant ist, ist bei dem Ringstrommagnetfeld die Magnetfeldstärke (gemessen in Amperemeter) relevant. Die über das gesamte Ringstrommagnetfeld des Nano-Partikels 1 wirkende Kraft F wird auf den Querschnitt des Nano-Partikels 1 konzentriert.An imprinted magnetic field acts on the nano-particle 1, of which a magnetic field line H is shown transversely through the nano-particle 1 in FIG. The magnetic field induces an induction current in the nano-particle 1, which forms as ring current R. The ring current R in turn generates a ring current magnetic field, of which a first magnetic field line RH1 and a second magnetic field line RH2 are shown in FIG. Due to the interaction of the impressed magnetic field with the ring current magnetic field acts according to Lenz's rule, a mechanical force F in the direction of the magnetic field line H of the embossed magnetic field on the nano-particles 1, which would like to move the nano-particle 1 in the direction shown. While the flux density (measured in Tesla) is relevant for the strength of the resulting mechanical force F in the impressed magnetic field, the magnetic field strength (measured in amperemeter) is relevant for the ring current magnetic field. The force F acting on the entire ring current magnetic field of the nano-particle 1 is concentrated on the cross-section of the nano-particle 1.
In Figur 2 ist der Nano-Partikel 1 in Richtung der Magnetfeldlinie H des eingeprägten Magnetfelds betrachtet dargestellt, wobei er als kugelförmiger Körper eine kreisförmige räumliche Ausdehnung quer zur Richtung der Magnetfeldlinie H aufweist. Hieraus definiert sich der Flächenquerschnitt des Nano-Partikels 1. Das durch den Ringstrom R erzeugte Ringstrommagnetfeld nimmt ein räumliches Volumen ein, das größer ist als der Nano-Partikels 1 selbst und nimmt somit in gleicher Betrachtungsweise auch einen größeren magnetisch wirksamen Flächenquerschnitt ein.In FIG. 2, the nanoparticle 1 is shown viewed in the direction of the magnetic field line H of the impressed magnetic field, wherein it has a spherical body having a circular spatial extension transverse to the direction of the magnetic field line H. This defines the area cross section of the nanoparticle 1. The ring current magnetic field generated by the ring current R occupies a spatial volume which is greater than the nano particle 1 itself and thus takes in the same perspective, a larger magnetically effective area cross section.
Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer Zelle 2 mit einer Zellwand 3 und einem Zellkern 4, der von genetischem Material 5 umgeben ist. Eine Zelle, wie die Zelle 2 ist nur so lange lebensfähig, so lange die Zellwand 3 unbeschädigt ist und ein Austreten des genetischen Materials 5 verhindert. Die Zelle 2 weist bestimmte Struktur«! an der Oberfläche der ·· ·· ·· ···· · ·· ♦ · · · · « I « · • · · · ··· · · « · ·FIG. 3 is a schematic representation of a cell 2 having a cell wall 3 and a cell nucleus 4 surrounded by genetic material 5. A cell such as cell 2 is viable only so long as the cell wall 3 is undamaged and prevents leakage of the genetic material 5. Cell 2 has a certain structure «! on the surface of ········································································
Zellwand 3 auf, die charakteristisch für die Art der Zelle 2 sind. Dem Fachmann ist bekannt bestimmte Andock-Körper zu schaffen, die sich nur an ganz bestimmten Strukturen an der Oberfläche von bestimmten Zellen festsetzen beziehungsweise andocken. Durch die Auswahl der geeigneten Andock-Körper kann somit eine bestimmte Art der Zelle (z.B. pflanzliche Zelle oder tierische Zelle oder Pilz-Zelle) selektiert werden, auf die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingewirkt werden soll.Cell wall 3, which are characteristic of the type of cell 2. The person skilled in the art is aware of certain docking bodies that only attach or dock at specific structures on the surface of specific cells. Thus, by selecting the appropriate docking bodies, a particular type of cell (e.g., plant cell or animal cell or fungal cell) to be acted upon by the method of the invention may be selected.
Figur 3 zeigt weiters einen mit einem Nano-Partikel 1 versehenen Antikörper 6, der im gegebenen Anwendungsfall einen Andock-Körper bildet, wobei der Antikörper 6 gemäß Figur 3 bereits an die Zellwand 3 der Zelle 2 angedockt hat. Durch das Andocken des Antikörpers 6 an die Zelle 2 ist die Zelle 2 für das weitere Verfahren selektiert worden. Durch das Versehen des Antikörpers 6 mit dem Nano-Partikel 1 wurde der Nano-Partikel 1 - auf hier nicht näher beschriebene Weise - mechanisch untrennbar mit dem Antikörper 6 verbunden. Dem Fachmann sind Verfahren zum Versehen beziehungsweise Dotieren von Andock-Körpem mit Nano-Partikeln bekannt.FIG. 3 further shows an antibody 6 provided with a nanoparticle 1 which, in the given application, forms a docking body, wherein the antibody 6 according to FIG. 3 has already been docked to the cell wall 3 of the cell 2. By docking the antibody 6 to the cell 2, the cell 2 has been selected for the further process. By providing the antibody 6 with the nano-particle 1, the nano-particle 1 was mechanically inseparably bound to the antibody 6 in a manner not described in detail here. The person skilled in the art is aware of methods for providing or doping docking bodies with nanoparticles.
Figur 4 zeigt nunmehr die Zelle 2, bei der durch mechanische Schwingungen des Nano-Partikels 1 die Zellwand 2 an der Stelle, an der der Antikörper 6 an der Zellwand 2 angedockt war, aufgerissen ist. Wie anhand von Figur 1 erläutert, erzeugt ein eingeprägtes Magnetfeld eine Kraft F in Richtung der Magnetfeldlinie H des eingeprägten Magnetfeldes. Erfindungsgemäß wird nunmehr ein magnetisches Wechselfeld eingeprägt, das periodisch wechselnd eine Kraft F auf den Nano-Partikel 1 und über den Antikörper 6 auf die Zellwand 3 der Zelle 2 ausübt. Der Antikörper 6 wurde so ausgewählt, dass er sehr fest an der Zellwand 3 andockt, weshalb die Zellwand 3 im Bereich, wo der Antikörper 6 andockt, das schwächste Glied in der Kette ist und bei kontinuierlich eingeprägten mechanischen Schwingungen zuerst die Zellwand 3 nachgibt und einreißt.FIG. 4 now shows the cell 2 in which the cell wall 2 at the point at which the antibody 6 was docked on the cell wall 2 has been torn open by mechanical vibrations of the nanoparticle 1. As explained with reference to FIG. 1, an impressed magnetic field generates a force F in the direction of the magnetic field line H of the impressed magnetic field. According to the invention, an alternating magnetic field is now impressed, which alternately periodically exerts a force F on the nano-particle 1 and on the antibody 6 on the cell wall 3 of the cell 2. The antibody 6 was chosen so that it docks very tightly on the cell wall 3, which is why the cell wall 3 in the region where the antibody 6 docks, the weakest link in the chain and with continuously impressed mechanical vibrations first yields and tears the cell wall 3 ,
Es kann erwähnt werden, dass die Richtungen, in welche die an der Zellwand 3 angedockten Antikörper 6 relativ zum eingeprägten magnetischen Wechselfeld zeigen beliebig sind. Das heißt, dass ein gewisser Teil der Antikörper 6 die Zellwand 3 - wie in Figur 4 dargestellt -mehr oder weniger senkrecht durchstößt, während beim größeren Teil der selektierten Zellen 2 die Zellwand 3 seitlich aufgerissen wird. Da auch beim Materialversagen durch Druck- und Zugspannungen die bei der inneren Druck- bzw. Zugdeformation auftretenden Scherkräfte relevant sind, ist die zum Zerreißen der Zellwand 3 nötige Kraft F in allen Fällen vergleichbar. • » « • * · • · · • · · ·· • 0 • #·* • 0·· · • ·It may be mentioned that the directions in which the antibodies 6 docked on the cell wall 3 are arbitrary relative to the impressed alternating magnetic field. This means that a certain part of the antibody 6 penetrates the cell wall 3 more or less vertically, as shown in FIG. 4, while in the larger part of the selected cells 2 the cell wall 3 is torn laterally. Since also in the case of material failure due to compressive and tensile stresses, the shear forces occurring in the inner compressive or tensile deformation are relevant, the force F necessary for rupturing the cell wall 3 is comparable in all cases. • »« • * • • • • • • · · • • 0 • # * * • 0 ·· · • •
Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild einer Einrichtung 7 zum Aufreißen von Zellwänden 3 selektierter Zellen 2. Die Einrichtung 7 weist eine Stromquelle 8 zum Abgeben eines Gleichstroms I an einen Signalmodulator 9 auf, wobei die Stromquelle 8 auch bei niedriger Spannung ausreichend Strom zur Verfügung stellt. Der Signalmodulator 9 ist zum Modulieren des Gleichstroms I mit einem, von einem Frequenzgeber 10 abgegebenen Modulationssignal MS und zum Abgeben eines Spulenansteuerungssignals SA an eine Spule S1 ausgebildet. Die Spule S1 ist durch eine einzelne spiralförmig Wicklung gebildet und ist zum Erzeugen eines in Figur 6 dargestellten magnetischen Wechselfeldes MW ausgebildet, das auf in einem Umgebungs-Medium UM enthaltene selektierte Zellen 2 einwirkt.FIG. 5 shows a block diagram of a device 7 for tearing cell walls 3 of selected cells 2. The device 7 has a current source 8 for delivering a direct current I to a signal modulator 9, the current source 8 providing sufficient current even at low voltage. The signal modulator 9 is configured to modulate the DC current I with a modulation signal MS output from a frequency generator 10 and to output a coil drive signal SA to a coil S1. The coil S1 is formed by a single spiral winding and is designed to generate an alternating magnetic field MW shown in FIG. 6, which acts on selected cells 2 contained in an ambient medium UM.
Der Aufbau und die Dimensionierung der Spule 1 ist für die Wirkungsweise der Einrichtung 7 wesentlich. Abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall soll das magnetische Wechselfeld eher lokal und tief oder eher großflächig und an der Oberfläche konzentriert in das Umgebungs-Medium UW eingeprägt werden. Um in Abhängigkeit von der radialen Dimensionierung der Spule 1 die gewünschte Inhomogenität des magnetischen Wechselfelds zu gewährleisten, muss die Dicke der Spule, d.h. die Höhe des Zylinders entsprechend der radialen Dimensionierung festgelegt werden. Außendurchmesser von in der Einrichtung 7 verwendbaren Spulen S können beispielsweise im Bereich zwischen 10 cm und 20 cm variieren, während der innere Ringdurchmesser zwischen 1 cm und 4 cm betragen kann. Figur 7 zeigt im Wesentlichen verhältnisgetreu eine vorteilhafte radiale Dimensionierung mit Innen-und Außendurchmessem von in der Einrichtung 7 verwendbaren Spulen S zum Erzeugen des magnetischen Wechselfeldes MW. Bei den vorgeschlagenen Durchmessern sollte die Tiefe der Spule 1 zwischen 1 cm und 2 cm liegen. Je nach Anwendungsfall können die Dimensionierungen der Spule S auch wesentlich von diesen Angaben abweichen.The construction and dimensioning of the coil 1 is essential for the operation of the device 7. Depending on the particular application, the magnetic alternating field should rather be impressed locally and deeply or rather over a large area and concentrated at the surface into the ambient medium UW. In order to ensure the desired inhomogeneity of the alternating magnetic field as a function of the radial dimensioning of the coil 1, the thickness of the coil, i. the height of the cylinder can be set according to the radial dimensioning. Outer diameters of coils S usable in the device 7 may vary, for example, in the range between 10 cm and 20 cm, while the inner ring diameter may be between 1 cm and 4 cm. FIG. 7 essentially shows an advantageous radial dimensioning with inner and outer diameters of coils S which can be used in the device 7 for generating the magnetic alternating field MW. At the proposed diameters, the depth of the coil 1 should be between 1 cm and 2 cm. Depending on the application, the dimensions of the coil S may also differ materially from these specifications.
Figur 8 zeigt eine in der Einrichtung 7 gemäß Figur 5 verwendbare Spille S2 mit zwei nebeneinander liegenden spiralförmigen Wicklungen. Es ist besonders vorteilhaft in die beiden Wicklungen der Spule S2 zwei im Wesentlichen zeitgleich entgegengesetzt gepolte Spulenansteuerungssignale SA einzuspeisen, wodurch ein besonders inhomogenes magnetisches Wechselfeld MW in den Nano-Partikeln 1 eingeprägt wird. Hierdurch werden besonders starke Ringströme R induziert, die zu starken mechanischen Schwingungen der Nano-Partikel 1 führen. Ebenfalls vorteilhaft zur Erzeugung des inhomogenen magnetischen Wechselfeldes MW ist die Verwendung einer in Figur 9 dargestellten Spule S3 mit nur einer spiralförmigen Wicklung aus rechteckig geformten Wickelmaterial. Dem Fachmann im technischen Gebiet der Spulen sind weitere in einer erfindungsgemäßen Einrichtung 7 zur • · • · • · · ·♦··Figure 8 shows a usable in the device 7 according to Figure 5 Spille S2 with two adjacent spiral windings. It is particularly advantageous to feed two substantially simultaneously oppositely poled coil drive signals SA into the two windings of the coil S2, whereby a particularly inhomogeneous alternating magnetic field MW is impressed in the nano-particles 1. As a result, particularly strong ring currents R are induced, which lead to strong mechanical vibrations of the nano-particles 1. Also advantageous for generating the inhomogeneous magnetic alternating field MW is the use of a coil S3 shown in Figure 9 with only one spiral winding of rectangular shaped winding material. Those skilled in the technical field of the coils are more in a device 7 according to the invention for the • · • · · · · · ···
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Erzeugung eines inhomogenen magnetischen Wechselfeld MW vorteilhaft anwendbare Spulen bekannt.Generation of an inhomogeneous alternating magnetic field MW advantageously applicable coil known.
Die Figur 10 zeigt einen symmetrischen trapezförmigen Verlauf des an die Spule S1 der Einrichtung 7 gemäß Figur 5 angelegten Spulenansteuerungssignals SA zur Erzeugung eines trapezförmigen Magnetfeldpulses des eingeprägten magnetischen Wechselfeldes MW. Bei einer steilen Anstiegsflanke AF des Spulenansteuerungssignals SA wird ein stark ansteigendes Magnetfeld des magnetischen Wechselfeldes MW erzeugt, der einen hohen Ringstrom R in dem Nano-Partikel 1 zur Folge hat. Aufgrund des darauf folgenden Plateaus P des Spulenansteuerungssignals SA bildet sich auch im Nano-Partikel 1 ein Magnetfeld-Plateau aus, das durch Wechselwirkung des Ringstrommagnetfelds mit dem Magnetfeldpuls eine maximale Schwingungsauslenkung des Nano-Partikels 1 bewirkt. Durch die Induktion des Ringstroms R steigt die Temperatur des Nano-Partikels 1 und damit auch sein ohmscher Widerstand, weshalb die Abstiegsflanke AB und darauf folgende Null-Phase NP zum thermischen Abkühlen des Nano-Partikels 1 genutzt wird.FIG. 10 shows a symmetrical trapezoidal profile of the coil drive signal SA applied to the coil S1 of the device 7 according to FIG. 5 for generating a trapezoid magnetic field pulse of the impressed magnetic alternating field MW. At a steep rising edge AF of the coil drive signal SA, a strongly increasing magnetic field of the alternating magnetic field MW is generated, which has a high ring current R in the nano-particle 1 result. Due to the subsequent plateau P of the coil drive signal SA, a magnetic field plateau is also formed in the nanoparticle 1, which causes a maximum oscillation deflection of the nano particle 1 by interaction of the ring current magnetic field with the magnetic field pulse. As a result of the induction of the ring current R, the temperature of the nano particle 1 and thus also its ohmic resistance increase, for which reason the falling edge AB and subsequent zero phase NP are used for the thermal cooling of the nano particle 1.
Eine zu der Spule S1 parallel geschaltete Löschdiode D der Einrichtung 7 ist zum Ableiten der in der Spule S1 gespeicherten Energie bei Abstiegsflanken AB des Spulenansteuerungssignals AS ausgebildet. Die Figur 11 zeigt einen asymmetrischen trapezförmigen Verlauf des an die Spule S1 der Einrichtung 7 angelegten Spulenansteuerungssignals SA, wobei die Abstiegsflanke AB flacher als in Figur 10 verläuft. Mit der flacheren Abstiegsflanke AB ist der Vorteil erhalten, dass die Elektronik der Einrichtung 7 geschont wird und eine längere Lebensdauer der Einrichtung 7 erhalten wird.An extinction diode D of the device 7 connected in parallel with the coil S1 is designed to derive the energy stored in the coil S1 at the descent edges AB of the coil drive signal AS. FIG. 11 shows an asymmetrical trapezoidal profile of the coil drive signal SA applied to the coil S1 of the device 7, the descending edge AB being flatter than in FIG. With the flatter descent edge AB has the advantage that the electronics of the device 7 is spared and a longer life of the device 7 is obtained.
Bei manchen Anwendungsfallen der Einrichtung 7 kann es abhängig von den zu selektierenden Zellen, den verwendeten Andock-Körpem und anderen Umständen vorteilhaft sein, zusätzlich zu den Magnetfeldpulsen des magnetischen Wechselfelds MW ein schwaches permanentes Magnetfeld einzuprägen. Hierdurch wird ein schwacher Ringstrom R in dem Nano-Partikel 1 induziert, welcher dann durch das Zuschalten des von der Spule 1 abgegebenen magnetischen Wechselfelds verstärkt wird. Dies fuhrt zu einem permanenten Druck auf die Zellwand 3, welcher durch die durch das magnetische Wechselfeld bedingten mechanischen Schwingungen verstärkt wird, was mit größerer Effizienz zur gewünschten Wirkung führt. Dabei ist zu beachten, dass der durch das schwache permanente Magnetfeld in dem Nano-Partikel 1 induzierte Ringstrom R das Nano-Partikel 1 nicht bereits in der Ausgangssituation zu sehr aufheizt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Signalmodulator 9 zum Abgeben eines einen Gleichstromanteil enthaltenden Spulenansteuerungssignals SA *· ·· ·« + ··· · t« * · ·· · ·♦ ♦ · * · · · ··· · · · · · • * · » · · 1*1 ···· »+« • · · · · · J»1 · · ·· ·« ·· t · ·« ausgebildet ist, wodurch auf das Vorsehen eines separaten Permanentmagneten in der Einrichtung 7 verzichtet werden kann.In some applications of the device 7, depending on the cells to be selected, the docking bodies used and other circumstances, it may be advantageous to impress a weak permanent magnetic field in addition to the magnetic field pulses of the alternating magnetic field MW. As a result, a weak ring current R is induced in the nano-particle 1, which is then amplified by the connection of the output from the coil 1 alternating magnetic field. This leads to a permanent pressure on the cell wall 3, which is amplified by the mechanical oscillations caused by the alternating magnetic field, which leads to the desired effect with greater efficiency. It should be noted that the induced by the weak permanent magnetic field in the nano-particle 1 ring current R does not heat the nano-particle 1 already in the initial situation too much. It is particularly advantageous if the signal modulator 9 is provided for outputting a coil drive signal SA * · · · · «+ ··· · t« * · ··· · ♦ ♦ · * · · · ··· · · · · containing a direct current component It is thus possible to provide for the provision of a separate permanent magnet in the... Device 7 can be dispensed with.
Die Einrichtung 7 weist nunmehr weiters Eingabemittel 11 auf, mit denen das Tastverhältnis des von dem Frequenzgeber 10 abgegebenen trapezförmigen Modulationssignals MS beziehungsweise des von dem Signalmodulator 9 abgegebenen trapezförmigen Spulenansteuerungssignals AS einstellbar ist. Hierdurch kann das von der Einrichtung 7 erzeugte magnetische Wechselfeld MW an den Anwendungsfall angepasst werden, insbesondere vorteilhaft ist hierbei auch die Eingabemittel 11 zur Einstellung des Gleichstromanteils des Spulenansteuerungssignals AS zu verwenden.The device 7 now also has input means 11 with which the duty cycle of the output from the frequency generator 10 trapezoidal modulation signal MS or the output from the signal modulator 9 trapezoidal Spulenansteuerungssignals AS is adjustable. As a result, the alternating magnetic field MW generated by the device 7 can be adapted to the application, in this case also the input means 11 for setting the DC component of the coil drive signal AS is particularly advantageous.
Im Anschluss wird nunmehr ein Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Einrichtung 7 näher erläutert. Es wird angenommen, dass Biologen daran interessiert sind, wie schnell sich bestimmte Bakterien X von einem Tümpel A (kleiner Teich) in einen nur 100 Meter entfernten Tümpel B ausbreiten. Diese Fragestellung kann beispielsweise bei der Ausbreitung von Erkrankungen oder Vergiftungen wesentlich sein. Die Ausbreitung kann beispielsweise durch vom Tümpel A in den Tümpel B wandernde Tieren wie zum Beispiel Vögel oder Frösche erfolgen, die einzelne der Bakterien X mit sich vom Tümpel A in den Tümpel B tragen.Following a case of application of the device 7 according to the invention will now be explained in more detail. It is believed that biologists are interested in how fast certain bacteria X spread from a pond A (small pond) to a pond B only 100 meters away. This question can be essential, for example, in the spread of diseases or poisoning. Propagation can be done, for example, by animals migrating from pool A into pool B, such as birds or frogs carrying individual bacteria X from pool A into pool B.
Beispielsweise könnte das Bakterium X das im Wasser lebende Bakterium Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, sein. Gemäß dem Beispiel sind sowohl in dem Tümpel A als auch in dem Tümpel B Blaualgen nachweisbar, wobei nachgewiesen werden soll, ob und in welcher Menge und Zeiteinheit Blaualgen von dem Tümpel A in den Tümpel B gelangen. Um diese Fragestellung zu beantworten, wird vorerst ein Andock-Körper festgelegt, der an die Blaualgen, nicht aber an andere Bakterien in den Tümpeln A und B andockt. Im Fall von Blaualgen gibt es preiswerte am Markt erhältliche Antikörper. Diese Antikörper werden nunmehr in einem chemischen Verfahren mit Nano-Partikeln 1 versehen und bilden eine Andock-Substanz, die in den Tümpel A eingebracht wird. Die für diesen Anwendungsfall ausgewählten Antikörper docken typischerweise innerhalb von 24 Stunden an in dem Tümpel enthaltene Blaualgen an. Hieraus ergibt sich nunmehr die Ausgangssituation für den Versuch, dass sich in dem Tümpel A mit Nano-Partikeln versehene Blaualgen befinden, wohin in dem Tümpel B zwar Blaualgen, aber keine mit Nano-Partikeln versehenen Blaualgen enthalten sind.For example, the bacterium X could be the water-borne bacterium cyanobacteria, also called blue-green algae. According to the example, blue-green algae are detectable both in the pool A and in the pool B, whereby it is to be verified whether and in what quantity and time unit blue-green algae pass from the pool A into the pool B. In order to answer this question, a docking body is fixed for the time being, which docks to the blue-green algae, but not to other bacteria in the ponds A and B. In the case of blue-green algae, there are inexpensive antibodies available on the market. These antibodies are now provided in a chemical process with nano-particles 1 and form a docking substance, which is introduced into the pool A. The antibodies selected for this application typically dock to blue-green algae within the pool within 24 hours. From this follows the starting point for the attempt that in the pool A are provided with nano-particles blue algae, where in the pool B Although blue-green algae, but not provided with nano-particles blue algae are included.
Entnimmt man nach beispielsweise einer Woche eine Probe beziehungsweise ein Umgebungs-Medium aus Tümpel B und verwendet die erfindungsgemäße Einrichtung 7, wieTaking, for example, after a week, a sample or an environmental medium from pool B and uses the device 7 according to the invention, such as
in Figur 6 dargestellt, zum Einprägen des magnetischen Wechselfeldes MW in das Umgebungs-Medium UM, dann lässt sich relativ einfach und kostengünstig feststellen, ob es zu einem Transport von mit Nano-Partikeln versehenen Blaualgen von dem Tümpel A in den Tümpel B gekommen ist. Die Blaualgen sterben unter dem Einfluss der Einrichtung 7 nur dann ab, wenn sie entsprechend mit Nano-Partikeln 1 versehen sind. Nach einer weiteren Woche kann neuerliche eine Probe entnommen werden und so die zeitliche Veränderung der Nano-Partikel 1 aufweisende Blaualgen in dem Tümpel B festgehalten werden.shown in Figure 6, for impressing the alternating magnetic field MW in the surrounding medium UM, then it can be relatively easily and inexpensively determined whether it has come to a transport of nano-particles blue-green algae from the pool A in the pool B. The blue-green algae die under the influence of the device 7 only if they are appropriately provided with nano-particles 1. After another week a sample can be taken again and so the temporal change of the nano-particles 1 having blue-green algae in the pool B are recorded.
Anhand dieses einfachen Beispiels wird dem Fachmann die breite Anwendbarkeit der Erfindung deutlich. So könnte ebenso die Diffusion von mit Nano-Partikeln versehenen Zellen in unterirdischen Strömen oder durch Mauerwerke oder in Organismen ermittelt werden. Ein weiteres breites Gebiet an möglichen Anwendungsfallen ergibt sich im Hinblick darauf, wenn bestimmte mit Nano-Partikeln versehene Zellen zerstört werden sollen, um anderen Zellen bessere Wachstums-Chancen zu geben. So könnte beispielsweise eine Bakterie oder eine bestimmte Art von Schädlings-Zelle in Kartoffeln den Wuchs der in der Kartoffel erwünschten Zellen verlangsamen oder gänzlich verdrängen. Solche Kartoffeln könnten dann nicht mehr gegessen werden. Erfindungsgemäß könnten eine geeignete Andock-Substanz - beispielsweise durch Gießen der Kartoffeln - in die Kartoffelpflanze eingebracht werden. Nach einem Tag könnte dann durch einmaliges oder mehrmaliges Einprägen eines für diesen Anwendungsfall geeigneten magnetischen Wechselfeldes in die noch junge Kartoffelpflanze die Schädlings-Zellen zerstört werden. Ein weiteres breites Gebiet an möglichen Anwendungsfällen ergibt sich in der Labormedizin oder Medizin an sich sowie in anderen entfernteren Fachgebieten.By means of this simple example, the broad applicability of the invention will become apparent to those skilled in the art. Thus, the diffusion of nano-particle cells in subterranean streams or through masonry or organisms could also be determined. Another broad area of potential use cases arises in terms of destroying certain nanoparticle-containing cells to give other cells better growth opportunities. For example, a bacterium or some type of pest cell in potatoes could slow down or completely displace the growth of cells desired in the potato. Such potatoes could not be eaten then. According to the invention, a suitable docking substance could be introduced into the potato plant, for example by pouring the potatoes. After one day, the pest cells could then be destroyed by a single or multiple impressions of a suitable for this application magnetic alternating field in the still young potato plant. Another broad field of possible applications is in laboratory medicine or medicine itself and in other more remote disciplines.
Es kann erwähnt werden, dass es vorteilhaft sein kann eine Kühleinrichtung in der Einrichtung 7 zur Kühlung der Spule S1 vorzusehen, falls die Einrichtung 7 für einen andauernden Betrieb vorgesehen ist. Eine aktive Kühlung kann beispielsweise darin bestehen, dass die Spule S1 in einem Gehäuse untergebracht ist, welches von einem Kühlmittel durchflossen wird, so dass die Spule S1 von diesem Kühlmittel umströmt wird. Alternativ kann das Wickelmaterial selbst auch hohl sein und vom Kühlmittel durchströmt werden.It may be mentioned that it may be advantageous to provide a cooling device in the device 7 for cooling the coil S1, if the device 7 is provided for a continuous operation. An active cooling can be, for example, that the coil S1 is housed in a housing which is traversed by a coolant, so that the coil S1 is flowed around by this coolant. Alternatively, the wrapping material itself may also be hollow and flow through the coolant.
Es kann erwähnt werden, dass es bei der Zerstörung von selektierten Zellen in OrganismenIt can be mentioned that it is involved in the destruction of selected cells in organisms
vorteilhaft ist zwischen einzelnen Anwendungen der Einrichtung 7 Zeit verstreichen zu I f lassen, damit der Organismus die abgestorbenen Zellen abbauen kann und es hierdurch nicht f zu Vergiftungen im Organismus kommt.It is advantageous to allow time to elapse between individual applications of the device 7, so that the organism can break down the dead cells and, as a result, poisoning does not occur in the organism.
Es kann erwähnt werden, dass bei Frequenzen des Spulenansteuerungssignals AS um die 100Hz ein - wie in Figur 10 dargestelltes - symmetrisches Tastverhältnis verwendet werden kann, wobei bei höheren Frequenzen das in Figur 11 dargestellte asymmetrische Tastverhältnis vorteilhaft sein kann. Insbesondere sind in diesem Fall längere Null-Phase NP zum Abkühlen der Nano-Partikel vorteilhaft.It can be mentioned that at frequencies of the coil drive signal AS around the 100 Hz, a symmetrical duty cycle can be used, as shown in FIG. 10, whereby at higher frequencies the asymmetrical duty cycle shown in FIG. 11 can be advantageous. In particular, longer zero phase NP for cooling the nano-particles are advantageous in this case.
Es kann erwähnt werden, dass auch ein rechteckförmiges oder ein sinusförmiges Spulenansteuerungssignal bei bestimmten Anwendungsfallen vorteilhaft sein kann.It may be mentioned that even a rectangular or sinusoidal coil drive signal may be advantageous in certain applications.
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