生物磁学在农业上的应用

一、生物磁学及其物理基础 生物磁学是研究物质磁性、磁场与生物特性,生命活动之间的相互联系的科学.它在当前生物技术和新技术革命中有许多重要的应用. 生物磁学的内容相当广泛,主要包括:(1)生物磁现象,如生物磁场和生物磁性,可称为狭义的“生物磁学”;(2)磁场生物效该.如外加恒定(直流)磁场和交变磁场对生命活动的影响,称为“磁生物学”;(3)磁学方法和磁技术在生命科学中的应用,可称为“生物磁技术”或“生物磁工程”;(4)生物磁学在工业、农业、医药、环境保护和生物工程等方面的应用,可称为“应用生物磁学”. 磁场是一种使运动的带电粒子…     

生物磁铁矿的磁各向异性与磁接收器

磁铁矿是分布广泛且非常重要的亚铁磁材料,也广泛分布在生物体中。生物体中的磁铁矿具有完美的晶体结构,大多为超顺磁颗粒或单畴颗粒,且大多呈链状分布,具有明显的磁各向异性。生物体中存在“磁接收器”,生物磁铁矿是“磁接收器”的生物物理基础。本文中,从超顺磁磁铁矿颗粒和单畴磁铁矿颗粒的物理特性出发,主要是从它们的磁各向异性特性的基础上描述了生物磁铁矿和“磁接收器”的工作机制,即在某些条件下,在外界地磁场强度量级的磁场作用下,超顺磁颗粒或单畴颗粒可以诱导产生足够强的磁场,使邻近的晶体可以相互吸引或排斥,这些粒子间的相互作用可以改变晶体颗粒束所在的外围机体形状,而神经系统可以探测到单独的粒子束或一列粒子束的扩张或收缩,因此生物体就可以探测到磁场的方向以及强度等磁场参量。     

生物磁铁矿的磁各向异性与磁接收器

磁铁矿是分布广泛且非常重要的亚铁磁材料,也广泛分布在生物体中。生物体中的磁铁矿具有完美的晶体结构,大多为超顺磁颗粒或单畴颗粒,且大多呈链状分布,具有明显的磁各向异性。生物体中存在“磁接收器”,生物磁铁矿是“磁接收器”的生物物理基础。本文中,从超顺磁磁铁矿颗粒和单畴磁铁矿颗粒的物理特性出发,主要是从它们的磁各向异性特性的基础上描述了生物磁铁矿和“磁接收器”的工作机制, 即在某些条件下,在外界地磁场强度量级的磁场作用下,超顺磁颗粒或单畴颗粒可以诱导产生足够强的磁场,使邻近的晶体可以相互吸引或排斥, 这些粒子间的相互作用可以改变晶体颗粒束所在的外围机体形状,而神经系统可以探测到单独的粒子束或一列粒子束的扩张或收缩,因此生物体就可以探测到磁场的方向以及强度等磁场参量。     

磁疗法机理的探讨

“磁疗法”是磁穴疗法、磁水疗法等的总称（以下简称“磁疗”）尤其是“磁穴疗法”是从祖国医药学宝库里和针炙疗法的基础上发掘出来的。“磁疗”简单易行、无创伤、无痛苦、无副作用。受到广大群众欢迎。磁疗特别在治疗高血压、风湿性关节炎、喘息性支气管炎颅部神经疼和尿路结石等方面获得了成效。“磁疗”为什么能治病？怎样才能正确掌握“磁疗”技术提高疗效？这还要在实践中不断总结完善。本文参阅了有关“磁疗”资料，结合大量临床实践，提出磁疗法机理的一些探讨。     

基于片层光照明的新型单分子横向磁镊

磁镊是一种高精度的单分子技术,它用磁场对连有生物大分子的超顺磁球产生磁力,通过追踪磁球的位置来测量生物大分子的长度信息.磁镊包括横向磁镊和纵向磁镊.纵向磁镊空间精度高,但昂贵;横向磁镊简单便宜,但由于受其成像原理的限制,一般情况下只能连接较长的DNA等生物大分子,且其空间精度较差,进而限制了其应用范围.为了解决这个问题,本文改进了横向磁镊,用片层光照明的方法使光线主要被磁球散射,从而能够直接观察到吸附在样品槽侧壁上的磁球,这使得测量短连接的底物成为可能.对于实际应用的检测,首先测试了包含270 bp发卡结构的0.5μm双链DNA,用其中发卡结构的"折叠-去折叠"跳变过程证明了改进后的横向磁镊的确可以追踪短DNA等生物大分子.然后,进一步用16μm的λ-DNA检验了实验系统.最后,将新型横向磁镊与普通横向磁镊及纵向磁镊在小力和大力条件下拉伸不同长度DNA的噪声进行了比较,发现改进后的横向磁镊在空间精度上明显优于普通横向磁镊,与纵向磁镊相比也无明显差异.以上结果证明了改进后的横向磁镊的精度优势,并扩展了横向磁镊的应用范围.     

生物体内的磁铁矿(Fe3O4)粒子

磁铁矿(Fe3O4)粒子是具有反尖晶石结构的立方晶系亚铁磁性矿物,在生命科学和生物技术领域有着重要的应用价值,可以在生物体内自然合成.文章介绍了生物体内的磁铁矿粒子,并从晶体结构等角度较详细地介绍了多种生物体内的磁铁矿粒子的情况.文章最后给出了趋磁细菌、人类大脑以及石鳖体内自然合成的纳米Fe3O4粒子的晶貌、磁畴分布等.     

磁性材料的磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构

首先简要地介绍了磁性材料中磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构以及相互之间的关系. 一方面, 磁畴结构由材料的磁结构、内禀磁性和微结构因素决定; 另一方面, 磁畴结构决定了材料磁化和退磁化过程以及技术磁性. 拓扑学与材料物理、材料性能的联系越来越紧密. 最近的研究兴趣集中在一些拓扑磁性组态, 如涡旋、磁泡、麦纫、斯格米子等. 研究发现这些拓扑磁结构的拓扑性质与磁性能密切相关. 然后从尺寸效应、缺陷、晶界三个方面介绍国际学术界在磁结构、磁畴结构和拓扑磁结构方面的进展. 最后介绍了在稀土永磁薄膜材料的微观结构、磁畴结构和磁性能关系、交换耦合纳米盘中的拓扑磁结构及其动力学行为方面的工作. 通过对文献的评述, 得到以下结论: 开展各向异性纳米复合稀土永磁材料的研究对更好地利用稀土资源具有重要的意义. 可以有目的地改变材料的微结构, 可控地进行磁性材料的磁畴工程, 最终获得优秀的磁性能. 拓扑学的概念正在应用于越来越多的学科领域, 在越来越多的材料中发现拓扑学的贡献. 研究磁畴结构、拓扑磁性基态或者激发态的形成规律以及动力学行为对理解量子拓扑相变以及其他与拓扑相关的物理效应是十分重要的. 也会帮助理解不同拓扑学态之间相互作用的物理机制及其与磁性能之间的关系, 同时拓展拓扑学在新型磁性材料中的应用.     

周期性磁谐振材料本构参数的理论分析

将薄的磁谐振介质板等效为面磁流, 利用周期性边界条件, 给出了面磁流的指数形式. 通过计算无穷个面磁流在不同空间位置上产生的总电场和总磁场, 推导出了周期性磁谐振人工材料的色散关系和布洛赫阻抗, 进而获取了布洛赫本构参数的理论计算公式. 由于考虑了磁谐振人工材料中的电反谐振对布洛赫介电常数和磁导率的影响, 所以基于仿真实验的布洛赫本构参数的提取值和布洛赫本构参数理论预测值之间的误差很小, 这说明本文推导的布洛赫本构参数的理论计算公式在描述周期性磁谐振材料的电磁特性方面是十分有效的. 这些理论公式将在解释磁谐振现象、设计和优化周期性磁谐振材料等方面提供重要的理论依据. 关键词： 周期性结构 磁谐振 布洛赫本构参数 面磁流     

生物磁技术在食用菌栽培中的应用

用磁场处理水（简称磁水，下同）喷浇食用菌能获得高产，这是生物磁技术在食用菌栽培中应用的新成果，实验表明：用磁不拌料加菇期喷浇磁水的方法最好，它可使食用菌增产１０％－５０％，磁水能使纤维素酶，脂酶，淀粉酶等酶的活性增加，加速了纤维素，脂肪，淀粉等养分的分解，并提高这些养分的利用率，达到增产的效果，这是食用菌喷施磁水获得增产的重要原因。     

生物磁现象和磁效应及其应用

 1.磁性和磁现象的普遍性一切物质都具有磁性,现代科学技术完全证实了这个科学论断;只不过不同物质的磁性有很大的差异,有的物质磁性强,有的物质磁性弱。物质的磁性将在其周围空间产生磁场,因此又可以进一步论断,任何空间都存在着磁场,只不过有的地方磁场强,有的地方磁场弱。这表明磁性和磁现象具有普遍性和极其丰富的内涵。正因为如此,磁性和磁现象得到极其广泛的应用。人类已进入科学技术高度发展的信息时代,磁现象和磁技术的应用变得越来越普遍,越来越重要,高能加速器、粒子检测器、高温等离子装置、热核聚变研究、磁共振成像以及现代通讯技术中的微波通讯、卫星通讯、光通讯都离不开磁技术和磁性材料     

磁记忆检测的力磁耦合型磁偶极子理论及解析解

磁偶极子理论在缺陷漏磁场解释中被成功广泛使用.由于磁荷密度等参数不易定量,磁偶极子理论在应用中常常进行归一化处理,被认为不适用于对应力相关的磁记忆信号做量化分析.本文通过建立力磁耦合型磁偶极子理论模型,以适用于分析磁记忆检测中应力对磁信号的影响.基于铁磁学理论确定应力和磁场联合作用下的等效场强度,基于弱磁化状态的一阶近似,获得了各向同性铁磁材料微弱环境磁场下的应力磁化解析解.结合磁信号二维问题中矩形和V形磁荷分布假定,建立了光滑与破坏试件表面磁信号、矩形和V形表面缺陷所诱导磁信号的力磁耦合型磁偶极子理论分析模型,并获得其解析解.基于力磁耦合型磁偶极子理论的解析解,对拉伸实验中试件破坏前后的信号差异、矩形和V形表面缺陷诱导磁信号,以及磁信号的影响因素和规律等进行了详细分析.理论研究表明,基于本文理论模型的解析解可实现对磁记忆检测中的一些基本实验现象和规律的解释.     

温度各向异性等离子体中的电磁波不稳定性产生的反常电阻率

本文考察了由于温度各向异性分布产生的电磁波不稳定性所联系的反常电阻率问题,讨论了这一现象与地球磁场磁尾区中“磁再联”现象的关系。     

非晶合金的磁热效应及磁蓄冷性能

非晶合金的功能物性开发是突破非晶合金应用瓶颈的关键点之一.磁相变是非晶合金的一个重要特征.利用非晶合金的磁相变所带来的独特效应,可以将其应用于制冷领域.一方面非晶合金的磁热效应可以作为磁制冷材料应用于磁制冷机,另一方面非晶合金的比热突变可以作为磁蓄冷材料应用于低温制冷机.本文就非晶合金的磁热效应和磁蓄冷性能的原理、特征及其应用前景进行了详细介绍.     

生命科学中的物理问题讲座第四讲生物磁学的最新进展

概述了最近生物磁学的主要进展和若干机制问题。这些进展包括生物磁场、生物磁性、磁场生物效应、生物磁技术及其在工业、农业、医学和环境保护等方面的应用，简要地讨论了生物磁场来源，生物磁性特点，生物系统磁共振，磁场对生物电流、自由基、蛋白质、生物膜和生物结构的影响，以及磁场处理水的问题。     

趋磁细菌中的磁接收器

趋磁细菌是一种水生的能够运动的微生物,通常存在于含氧—缺氧的具有垂直化学梯度的沉积物和水柱等过渡区域中.在这种分层环境中,地磁场磁力线作为垂直通道,趋磁细菌在通道中沿着磁力线方向排列,上下运动寻找最佳生存位置.这种现象背后的机制则是趋磁细菌体内磁小体磁接收器的存在.趋磁细菌体内具有磁性的链状排列的磁小体,磁小体链与外磁场相互作用,使趋磁细菌可以沿着磁力线游动,具有极性趋磁性,而这种趋磁性与趋磁细菌趋氧性密切相关,帮助它处于最佳氧化还原生存环境中.本文就主要对趋磁细菌体内的磁小体、磁小体链的物理特征以及磁小体磁接收器的工作模型做简要描述,希望能为相关研究提供借鉴.     

生命体中的磁性纳米颗粒

主要介绍了国内外对生命体中的磁性纲伙粒子的研究工作,７０年代发现的分布在趋磁细菌华丽人的磁性纳米颗粒,将生物与磁的关系确切地联系起来,文章简要介绍了趋磁细菌内部的磁性颗粒的晶体形貌、排列方式等等。同时还介绍了石鳖齿舌中的磁性纲伙颗粒的形成过程,及蜜蜂腹部的超顺磁磋性颗粒的分布与神经系统的联系,介绍了“磁接受器”的概念与理论模型,最后提到人类大脑中也具有磁性纳米颗粒,并且探讨了它们可能具有功能。     

磁子学中的拓扑物态与量子效应

近年来,随着物联网、云计算、大数据以及人工智能等新兴技术的快速发展,人们对计算能力的要求越来越高.传统半导体器件在小型化、节能和散热等方面面临着巨大的挑战,因此亟需寻找一种全新的信息载体代替电子进行信息传输与处理.自旋波是磁矩进动的集体激发,其量子化的准粒子称为磁子.磁子的传播不依赖于传导电子的运动,因此不会产生焦耳热,能够克服日益显著的器件发热问题,因此磁子器件在低功耗信息存储与计算领域具有重要的应用前景.本文介绍磁子学近年来的一些重要研究进展,主要包括自旋波的手性传播,自旋波与磁孤子非线性散射导致的磁子频率梳,磁孤子的拓扑边界态和高阶角态,以及磁子量子态、基于磁子的混合量子体系和腔磁子学.最后,对磁子学的未来发展趋势及其前景进行分析与展望.     

La_(2/3/)Sr_(1/3)MnO_3单晶的低场磁热效应

本文对La2/3Sr1/3MnO3单晶中b和a(c)轴方向的磁热效应进行了研究,由于晶体的磁晶各向异性,磁热效应表现出一定的各向异性.通过不同温度下的等温起始磁化曲线的实验分析表明,在外加场为10kOe的情况下,b和a(c)轴方向的磁熵变-ΔSM(H)在370K达到最大值,分别为1.942Jkg-1K-1和1.873Jkg-1K-1.低场下较大的磁熵变是由于磁化强度随外场迅速变化以及自旋-晶格的耦合造成的.La2/3Sr1/3MnO3单晶在低场下表现出相对较大的磁热效应,表明其在磁制冷方面有一定的潜在应用价值.     

磁致旋光现象的观测

通过对磁致旋光现象的观测,测量了载流螺线管的电流强度,观察了磁光调制现象,并提出了测量铁磁质磁化强度的实验方案.     

垂直磁重联平面的驱动流对磁岛链影响的模拟

近20年来,大量的磁岛链现象从空间、天体物理到磁约束实验室等离子体中被观察到,并且有关磁岛链现象的许多物理特性可以直接被计算机模拟结果所证实.磁岛链理论在磁重联理论中的重要进展为快速磁重联的发生机制提供了更加具有说服力的解释.本文采用二维三分量的磁流体力学模型,数值研究了不同宽度和不同强度的垂直平面驱动流对磁重联中磁岛链不稳定性的影响,并分析了导向场和垂直平面的驱动流对磁岛链的共同作用.研究结果表明:垂直平面驱动流的宽度越宽或强度越强,越容易产生磁岛链结构.电流片中的小磁岛个数及重联率随着垂直平面驱动流宽度及强度的增加而增加.另外,导向场会改变重联平面内磁岛链的对称性.相同导向场情况下,驱动流强度越大,小磁岛的增长速度越快.