生物医学电磁技术范例(3篇)

生物医学电磁技术范文

刘新民，河北省霸州市阳光民通汽车用品制造厂厂长，“河北省优秀发明者”称号获得者。他所研制开发的“铁板自行车鞍座”、“保健磁疗鞍座”系列产品，至今已获得5项国家专利，销往天津的悍马，雅彪、宝马等二十余家自行车，电动车厂家，占据了天津市相关产品市场近1/3的份额，利润比普通同类产品高出20％。和许多非职务发明人一样，刘新民的成功之路并非一帆风顺。从开始技术研发到实现产业化，他同样经历了非常曲折、艰辛的过程。2009年新年伊始，春寒料峭，记者走访了这位年逾不惑的朴实的河北汉子。

创业艰难不以事小而不为

虽然只有高中文化，但在许多人的眼里，刘新民可是一位名副其实的专家。读书时，他成绩优异，却因为突如其来的一场大病，不得不放弃了上大学的机会；但爱好思考、勤于动手的他，却一直没有放弃对科学的热爱。在为治病而求医问药的过程中。刘新民有幸认识了中医药专家王秉章教授。王教授孜孜不倦的教诲，让年轻的刘新民对传统中医理疗及职业病的治疗产生了浓厚的兴趣。

生活中，最显而易见的事情，往往也是最容易被忽视的事情。“不以事小而不为，平凡中亦可创就神奇”，刘新民这样说，也是这样做的。经过多年的细心观察，他发现，因设计原因，长期使用传统自行车车座，会对人体器官产生明显的伤害。改善自行车车座设计，开发有益于人民身体健康的新型车座将大有可为。梅花香自苦寒来。经过多年的潜心研究，做了无数次实验，刘新民于1996年研制出具有创新意义的“桃形设计铁板自行车鞍座”，并获得了国家外观设计专利。

众所周知，从获得专利证书到生产出专利产品，中间还有很长一段路要走。为了使自己的研究成果产业化，刘新民费尽心思，耗尽了自己的精力和财力。他四处寻融资、求合作，四处碰壁，在苦苦追求的过程中历尽了沧桑。求人不如求己。凭借过人的胆识，不服输的他东拼西凑了几万元启动资金，成立了霸州市民通五金车具厂。依靠过硬的质量，该厂首批生产的6箱产品，在天津、石家庄等地甫一上市就销售一空，市场反应出其的好。“我相信我的专利，相信自己会成功的。”刘新民说。随后的几年里，他又先后研制出3项自行车座外观设计专利，均在市场上取得了成功。

有了“第一桶金”，刘新民对自己的事业也有了更高的追求。

秉承磁疗文化发展磁疗事业

多年来，刘新民一直致力于中医理疗特别是磁疗方面的研究。记者看到，在他书房、卧室，办公室的书架上都摆满了关于磁物理和磁医疗方面的书籍。谈起磁疗事业，刘新民兴趣盎然。他说，生命离不开磁场，磁是人类继阳光、水和空气后的第四个生命要素。“弘扬和发展我国磁疗事业，是我毕生的理想和追求。”一直以来，地磁场满足了人类对磁的需求，但现代钢筋水泥的高楼大厦以及交通设施，交通工具，无线通讯设备，电器设备、化工产品、橡胶等都在不同程度上对地磁场产生了屏蔽和破坏。

磁疗在我国历史悠久。早在秦汉时期，人们就开始用天然的磁石治病。《神农本草经》记载：“磁石味辛酸寒，主治周痹风湿，肢节肿痛，不可持物。”近年来，随着医学的发展，人类创造出不少磁疗方法，如磁针法，磁电法、直流电磁疗、旋转磁疗法，交变磁疗法等。磁疗方法操作简单，安全可靠，无损伤，无痛苦，已被广泛应用于临床实践，深受广大用户欢迎。

作为一种值得推广应用的新方法，磁疗在近年来得到了迅速发展，已成为物理治疗的主要方法之一。截止目前，我国的磁疗技术已进入多学科，高水平的发展阶段。在取得了初步成功之后，刘新民深刻认识到，企业要获得长远发展，必须立足于科技创新，必须形成以自主知识产权为代表的企业核心竞争力。企业仅仅依靠单一的产品求发展是不行的，必须不断进行技术创新，建立以知识产权为基础的自主品牌。凭借着多年积累的深厚学识，从2003年春开始，刘新民领导几名技术人员开始了磁疗技术研究，以拓展自己的事业。他们把磁疗保健技术与自行车、电动车鞍座技术相结合，研发保健磁疗鞍座。他们研发的“磁神康”系列产品――MT208保健磁疗鞍座、保健磁疗闪光鞍座，都获得了国家实用新型专利证书。“磁神康”系列产品的问世，打破了传统车座的单一模式，开创了能让使用者缓解病痛、预防职业病的新型磁疗车座，塑造了磁疗健康新概念。产品上市后，得到了广大消费者的好评。

资料显示，我国现今职业病防治形势严峻，近十年职业病发病率呈现明显的凹形反弹倾向。中医理论指出：“血液通则不痛，血液不通则痛。”与其他方法不同，“磁神康”系列产品是根据磁场的不同角度碰撞产生的磁力，以每秒160次的发射速度激活毛细血管再生，与人体生物能产生核磁共振效应，结合微机控制系统，振动，按摩人体部位，再利用远红外线软化血管，疏通经络，从而达到令血液畅通的效果。它对颈椎、腰椎疼痛以及前列腺疾病、痔疮的防治，对交通运输行业人群职业病的防治，对广大亚健康群体特别是中老年人调养身体，都具有重大的现实意义。

生物医学电磁技术范文篇2

这样的场景并不只出现在电视剧里。影像诊断正在成为医生双眼最强大的延展。对于现在的医生和病人们而言，CT、MRI（磁共振成像）已经不再是艰涩的医学术语，而是上医院时经常能听到的名词。影像技术的不断刷新，正在让人类的双眼，向自己体内看得更深、更清晰。

点亮黑箱

在不少人的观念中，影像医学仍然只是医生诊断的辅助手段。的确，在三十年前，X光已经是破解人体“黑箱”的先进武器。但基于医生、患者的需求，功能越来越强大的仪器、设备，可能从根本上令影像医学踏上新的台阶。影像科医生的工作不再只是简单地给出“肝左叶发现肿瘤一枚”之类的简单论断，而是要能更深入地参与到疾病的筛查、诊断、治疗、康复和预防等各个环节。

从1895年发现X射线，到1972年计算机X射线断层扫描技术投入使用，再到之后的磁共振技术用于医学影像诊断，人类对影像诊断的掌握正逐步走上新的台阶。作为一项年轻的技术，磁共振具有良好的软组织分辨力，有多方位任意切层的能力，被广泛运用于软组织、血管等人体组织的探测成像。更重要的是，与X光、CT相比，磁共振不会对人造成辐射伤害。这亦使其成为目前最先进、最精准的影像医学诊断手段之一。

在磁共振领域，一项最新的技术革新正在令医生拥有以往难以想象的便利。被称为“全数字磁共振”设备的磁共振仪器，正在令磁共振影像变得更加清晰，让基于磁共振影像的诊断变得更准确。

“全数字磁共振”，即从仪器采集人体信息，到传输信息至后端工作站，直至最后处理、输出影像，整个信息链条均是数字化的。这意味着，原始图像信号可100%真实还原，医生获得的人体内部图像将更加精细。全球首台全数字磁共振系统Ingenia可以使磁共振的信噪比提升40%，是目前最精准的超高场磁共振。更加精细的图像意味着原先很难探查或难以通过影像确定的微小病灶，可以更清晰地呈现在医生面前。

创新为医患

当前，中国正处于老龄化时代。随着人们生活水平及习惯的更迭与期望寿命的延长，更多曾经难以诊断、或较少发生的疾病正在逐渐进入人们的视野，恶性肿瘤、心脏病、内分泌疾病等正成为中国人疾病谱系中的主力。毫无疑问，对这些疾病的早期筛查、诊断和治疗，意味着减少病人的痛苦，并大幅缩减在后期不断增长的医疗费用。

如北京中日友好医院放射科主任王武教授所言，“有些肿瘤一旦漏看，两三个月就会恶化到失去治疗机会的地步。而在早期发现的话，投入很少就能达到很好的效果。”

病人不断增长的检查需求与影像诊断资源的紧缺构成一组严重的矛盾，很多大型三甲医院的患者需要等待20天才能预约做上磁共振。创新技术使得全数字磁共振不仅更加精准，而且成像更快速。通过全数字技术，患者可在1分钟内完成高信噪比、高分辨率的全身成像。此外，据国外应用全数字磁共振的相关统计，全数字磁共振可为医院相关部门提高30%的工作效率。

未来新医学

传统意义上，影像医学只是医生诊断的辅助，但这样的日子正在随着影像医学的革新而一去不复返。中华医学会放射学会现任主任委员、复旦大学副校长冯晓源教授就曾对媒体表示：“我认为影像医学将会是以预测和预防为先导，以早期诊断为重点。为预防医学、临床医学和康复医学提供一切与健康有关的，以影像为基础的生物学信息。”目前看来，这一论断正在被实现。

影像诊断技术的不断更新令其拥有广阔的应用前景：探索图像背后的生物学信息。北京中日友好医院放射科的技师孙士龙介绍：“图像更加清晰之后，不但能发现病灶，还能够知道它与周围的组织结构存在的生物学联系，这为医生进行下一步的治疗措施提供了依据。”

由此不难看出创新会为医学带来的革新：方便、快捷且足够精确的影像科学，可帮助早期发现隐藏在深处的疾病，通过预防性措施根除。

生物医学电磁技术范文

关键词：OME生物传感器；磁标记自旋阀

当前，磁标记自旋阀GMR生物传感器向着实时处理、多功能化、智能化、小型化、高灵敏度和准确性、易操作、低价格的方向发展。在各种生物传感器中，磁标记自旋阀GMR生物传感器具有独特的优势和更高的性价比，因此，其在市场上的前景是十分广阔和诱人的。随着各方面技术的发展和完善，对磁标记自旋阀GMR生物传感器的研究和应用将逐渐趋于成熟，其在医学、生物科技和环境检测等方面必将迎来更加广阔的前景。

一、生物传感器

生物传感器是由固定化的细胞、酶或共其他生物活性物质与换能器(如电极、热敏电阻、离子敏场效应管)相配合组成的传感器。它是近年来生物医学和电子学、工程学相互渗透而发展起来的一种新型信息技术。生物传感器是选用选择性良好的生物材料作为分子识别元件，通过埋入或简单结合的途径，通过信号转换元件将生物的或由其派生出的敏感基元与理化换能器结合起来形成的小型分析仪器。生物传感器的研究开端于20世纪60年代。1962年克拉克等人报道了用葡萄糖氧化酶与氧电极组合检测葡萄糖的结果，可认为是最早提出了生物传感器(酶传感器)的原理。

生物传感器能把生化反应非电参量转换成电信号而加以放大、显示、检测等处理，因此具有成本低、体积小、特异性能强、灵敏度高、响应速度快、选择性好、可靠性强和使用寿命长等等综合性能指标，它既适用于生物医学的研究和临床微量、超微量自动化检测与监测；又适于大容量自动化工业生产质量控制之用。生物传感器目前已成功地应用于工业、农业、环境、国防、医药、家用电器等多个领域。

1.生物传感器的基本工作原理。生物传感器通过生物分子识别部件将被感知物质的非电信号转换成可测量的电信息。生物识别元件是生物传感器的关键，它可以是酶、微生物和组织活细胞、细胞器、抗原或抗体以及某些化学受体等等。配合的生化反应包括免疫反应、表面离子体振子谐振、生物发光、酶反应、养分或毒性引起的呼吸变化等。信号转换元件选择能与生物识别元件的响应相耦联的化学或物理传感器。一个典型的生物传感器应当由生物分子识别和信息转换部件组合构成。

2.生物传感器的主要工艺。一是微电子技术、微机械加工技术；二是敏感膜固定修饰技术；三是光纤技术；四是新的封装工艺诸如阳极粘合、倒装焊接，多芯片组装等工艺。

3.生物传感器的发展。生物传感器则作为生物技术支撑及关键设备之一，必然会得到极大的发展，成为生物技术发展中出现的新产业链，它们将进一步与信息技术相结合，发展成为生物技术的数字工程。21世纪生物传感器技术必将是介于信息和生物技术之间的新增长点，在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析(包括生物药物研究开发)、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。

二、GMR生物传感器

1988年，在法国巴黎大学物理系Fert教授科研组工作的巴西学者M.N.Baibich研究(Fe/Cr)磁性超晶格薄膜的电子输运性质时发现了巨磁阻(GiantMagnetoresistance缩写为GMR)效应，即材料的电阻率随着材料磁化状态的变化而呈现显著改变的现象。这一发现，引起了许多国家科学家的关注，巨磁电阻效应及其材料的基础研究和应用研究迅速成为人们关注的热点。自此以后的十多年来，巨磁电阻效应的研究发展非常迅速，并且基础研究和应用研究几乎齐头并进，已成为基础研究快速转化为商业应用的国际典范。目前，GMR材料已在磁传感器、计算机读出磁头、磁随机存取存储器等领域得到商业化应用。

利用GMR材料制作的传感器称作巨磁阻传感器，它具有灵敏度高、探测范围宽、抗恶劣环境等优点。同时可利用半导体曝光和刻蚀工艺，使该元件集成化、小型化。其性能价格远远优于其他几种磁场传感器。本文综述一种将GMR传感器和生物技术相结合的新型传感器――GMR生物传感器。该传感器应用于生物检测领域，是一种对磁标记的生物样本进行检测的传感器。其构成有免疫磁性微球(ImmunomagneticBeads缩写为IMB)、磁灵敏度高的GMR传感器以及相关读出电路三部分。

1.免疫磁性微球。1979年，JohnUgelstad等成功地制备了一种均匀性和粒度适宜的聚苯乙烯微球。将其磁化并与抗体连接后，即成为一种分离细胞效果极佳的免疫磁标记――Dynabeads。从此，免疫磁标记得到广泛应用，并引发了生物分离技术上的一次革命。免疫磁标记的主要特点有：分离速度快、效率高、可重复性好、操作简单、不需要昂贵的仪器设备、不影响被分离细胞或其他生物材料的生物学性状和功能。

免疫磁性微球，或称免疫磁标记，是表面结合有单克隆抗体的磁性微球，是近年来国内外研究比较热门的一种新的免疫学技术。它以免疫学为基础，渗透到病理、生理、药理、微生物、生化及分子遗传学等各个领域，其应用日益广泛，尤其在免疫学检测、细胞分离、蛋白质纯化等方面取得巨大的进展。

免疫磁标记技术的基本原理如下：免疫磁标记既可结合活性蛋白质(抗体)，又可被磁铁所吸引，经过一定处理后，可将抗体结合在磁标记上，使之成为抗体的载体，磁标记上抗体与特异性抗原物质结合后，则形成抗原一抗体一磁标记免疫复合物。免疫磁标记的功能基团主要与蛋白质结合，但是借助亲和素一生物素系统，还能使免疫磁标记与非蛋白质结合，如各种DNA，RNA分子等，从而使免疫磁标记发挥更大作用。

2.高灵敏度的GMR传感器。GMR传感器检测过程：首先，在传感器表面生成用于特定检测的生物探针，再使检测试液流过传感器表面，试液定的目标分子将被探针捕获，然后加入免疫磁性微球，免疫磁性微球与目标分子发生作用完成标记。

目前，由实验和理论研究所得出具有GMR效应的磁有序材料主要有四种类型：多层膜结构、自旋阀结构、磁性合金颗粒结构以及颗粒一薄膜复合结构。四种结构各有特点，而GMR生物传感器大多采用多层膜结构或自旋阀结构。

3.信号检测电路。磁电阻的变化需要转化成电信号，有两种实现方式。一是惠斯通桥路结构，另一种是采用I-V转换法。

两种方式的输出信号都是在检测信号中除去参考信号代表的背景噪声，然后将其放大。但是由于材料、器件的物理原因产生的噪声是不可能完全消除的，当检测信号非常弱时，由于信哚比太低，上述的电路无法实现对信号的读出，此时必须采用锁相放大技术才能读出信号。

目前，对GMR生物传感器的信号检测大多采用市场上常见的通用型锁相放大器，其满刻度灵敏度可达到nV量级。

三、磁标记自旋阀GMR生物传感器

随着近年来纳米材料与生物检测技术的结合，生物分子的检测也有了重要的发展，一种基于巨磁阻(GMR)效应，利用磁标记俘获和探测生物原子的磁生物传感器――磁标记自旋阀GMR生物传感器，逐渐成为研究的热点，为生物传感器的研究提供了新的发展方向。

磁标记自旋阀GMR生物传感器具有灵敏度高、生物特异性好、适于自动化分析及可实时检测等特点，在科学研究和免疫诊断应用等方面有其独特的技术价值和科学意义，因此，近年来其发展十分迅速，并且取得众多可喜的成果。

1.磁标记自旋阀GMR生物传感器的工作原理。磁标记自旋阀GMR传感器使用夹心标记法，用磁微球标记作为标记物，以自旋阀GMR磁敏感元件进行检测，其工作原理如下：

(1)被测对象磁性化：特异性抗原物质先与传感器上的一抗结合，后结合磁微球标记的二抗，即具有超顺磁性的纳米磁珠，最终结合成稳定的一抗/抗原/二抗的夹层式联合体；

(2)施加一定的驱动力(如施加梯度磁场)，除去未结合的磁珠；

(3)施加交流磁场，磁化磁珠形成磁边缘场使对磁场敏感的传感器元件的电阻值发生改变，输出响应信号，这样，由生物识别的免疫化学反应信号就可转变为物理信号输出，进而确定磁珠的具置及密度。

2.磁标记自旋阀GMR生物传感器的研究进展及应用前景。1998年，美国海军实验室的DayidR.Baselt等人研制出了第一个磁标记自旋阀GMR生物传感器。但由于信噪比的限制，当时只能实现每80×5μm2的区域上探测到直径为2.8μm的一个磁珠。此后，世界各地的研究机构延续这种构思，大力研究和开发磁标记自旋阀GMR生物传感器，其研究思路可分为对磁珠密度的探测和对单一磁珠的探测两方面。前者用于医学诊断、免疫分析、环境检测、生物化学战的快速预警、流行性病毒的快速检测和诊断分析等领域，后者则用于细胞生物学、分子生物学、蛋白质研究等基础研究领域。

磁生物传感器在实际应用中具有广阔的市场前景，而决定其在市场上有无竞争力的一大因素就是性价比。现有的磁生物传感器包括超导量子磁强计(SQUID)、霍尔元件、各项异性(AMR)生物传感器和磁标记自旋阀GMR生物传感器等。虽然超导量子磁强计具有相对高的灵敏度，但是需要在低温下操作，而且仪器昂贵，不能大范围普及；而霍尔元件和各向异性(AMR)生物传感器因其所探测的磁场范围相对较小，也未能很好的应用。然而，磁标记自旋阀GMR生物传感器与一般磁生物传感器相比，有其独特的优势：

(1)磁阻材料的优势：一是要实现弱磁场下微弱生物信号的探测，除了灵敏度高以外，还要求磁阻材料的磁电阻率高，且饱和磁电阻率所对应的饱和磁场低。各种磁阻材料中，自旋阀GMR是磁生物传感器的理想选择；二是自旋阀GMR材料具有高交换场、低矫顽力，而且磁电阻曲线有比较大的线性范围，可实现对微弱信号的探测。

(2)磁标记的优势：一是磁标记非常稳定，不受化学反应或光漂白的影响；二是通过施加磁场，磁标记能实现在芯片上的操纵，可用以进行分子定位或识别；三是灵敏度高，有望不必通过聚合酶链反应(PolymeraseChainReaction，PCR)扩增即可实现生物信息从样品中的提取；四是强磁场能够移除带有磁标记的被分析物，从而确保生物传感器可重复使用。

(3)工艺方面的优势：一是磁标记自旋阀GMR生物传感器可用光刻蚀方法进行微加工；二是与IC工艺兼容，可直接将生物信息转换为电信号并加以检测，适于自动化分析，且不必依赖于昂贵、高精度的光学测量系统。