应用磁学与生物工程
                                  Applied Magnetics and Bio-engineering
                                  
摘 要：论述了磁与生物的关系，生物磁工程学的形成，综述了磁性产品在生物工程包括在医疗、农、林、牧、渔业等方面的广泛应用。
关键词： 磁学  生物学  应用  工程

1.引言
    磁学与磁性材料，近二十年来的发展十分迅速。新现象、新材料、新理论层出不穷，应用领域日益扩大，新的元器件不断开发出来。在国际上，磁性材料已是电子工业中仅次于半导体的重要基础材料及元件，成为推动经济发展中不可缺少的一个组成部分。
    应用磁场对人体和动植物的作用，可促进农作用的生长，治疗人体的多种疾病，磁性产品在生物工程上的应用空前广泛。
2.磁与生物
    我国是发现“磁”、应用“磁”最早的国家，所以我国劳动人民在长期的生活实践中，发现磁与生命有着极密切的联系，并且很早开始用磁石（铁）来治病。据《史记》载：“齐王侍医遂病，自炼五石服之”（其中—石就是磁石——Fe3O4)。公元五世纪的《名医别录》中有“小儿惊痫，炼水饮之”即用磁化水治病的记述。明朝李时珍写的“本草纲目”中，也有用磁石治耳聋的记载：“真磁石，豆大，新棉塞耳中，口含生铁一块，觉耳如流雨声，即通。”又说：“大肠脱肛，磁古末涂囱上，入后洗去”。即用磁石外敷治病。这些充分说明我国古代已将磁石成功地用于内科、外科、五官科和小儿科了。
    中国古代医学者认为，人睡觉时头朝南或朝北，有益于健康，这是因为地球的南北二极存在着极大的磁场。人们顺应磁力方向可使人体器官细胞有序化，产生生物磁化效应，使人的经、脉、气血等机能得到调整，让人睡得香甜舒适。因此，国外有些高级宾馆，对南北方向的床位的收费要比东西方位高。又如信鸽归巢，小小蜜蜂从不迷路，乃是因为它们的身体里有磁性很强的Fe3O4颗粒存在（即“指南针”和定向仪）的缘故。那么万物之灵的人也是否具有这奇妙的功能呢？经科学家研究发现，人体内确实存在微量的磁铁矿物质，如在人的鼻梁骨中就观察到了铁的沉积物。这样，人除了视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉外，还有第六感觉——磁觉。另外，还在蝴蝶、金枪鱼、海豚、鲸鱼等多种动物中也观察到了微量Fe3O4颗粒的存在。
    但是，一个人如果长时间处于极强的磁场中，手上的皮肤会发红，然后转为紫色，还有耳鸣出现， 站立时心脏不舒服，心电图亦会发生变化。如果对某些农作物施加磁性化肥，磁处理水，可促进其生长，增加产量。
    上述事实充分说明，生物与磁的关系极为密切，如果离开了磁特别是失去了地磁场的作用，生长发育就不会正常。正因为如此才导致了磁效应在生物工程中的广泛应用。
3.生物磁工程学的形成
    近年来各国科技工作者在向生物工程的深度和广度进军的时候，却遇到了一个工艺难度太大不易排除的障碍，然而一些科学家通过不同的实验发现了一个共同的现象，给生物工程对象施加一个适当的磁场，就能使复杂难作的工艺变得简单易行，从而形成了一个新学科——生物磁工程学。
    生物磁工程学就是通过磁的生物效应，达到改变某些生物特性之目的。这是因为在一切生命物质内部，都存在着荷电物质和磁体，而地球存在着一个很大的相对稳定的磁场。一切生物体的荷电物质和磁体在地磁场的制约下，有规律地排列着，运动着，由此而形成了千变万化的生命现象。各种生物在漫长的进行过程中，其特性与地球存在的电场、磁场、引力场有着密切的联系，一旦外界磁场发生变化，各种生物特性也必然随之而变化。其生物特性变化的大小，决定于外界磁场强度改变的程度，也决定于生物对磁场的敏感程度。因此说，这是一门值得引起我们足够重视的实用工程技术，切不可低估它在生物学中的地位和作用。
目前科学家已将生物磁工程学应用于医疗、化工、电子、农业、工业等方面，展示了广阔的前景。
    人们正在分子水平上对生物磁工程学进行研究，试图把它应用于许多领域，让它为人类服务。例如研究弱磁场对机体的生物学效应，可用核磁共振来取代医学上已广泛应用的X射线，这样既简化了设备，又可消除对机体的损伤；利用向磁细菌的特性可提高发酵产品的收成效率，简化其复杂的工艺流程；利用不同强度的磁场对楦木进行处理，不仅可使植株鲜重增加十倍，而且可使其根瘤数量增加数倍；利用磁场提高根瘤固氮酶的活性，影响动物体的脱氧核糖核酸等。

    随着科学技术的迅速发展，性能优异的永磁材料——钐钴（SmCo5、Sm2Co17)、钕铁硼（NdFeB)、钐铁氮（SmFeN)等出现，可以作成具有不同性能的元器件而应用于医疗、农牧、渔业等方面。
4.1在医疗方面的应用
    采用静磁场、动磁场或动静磁场相结合的方式作用于人体的病变部位，在镇痛、镇静解痉、消炎、降压、降血脂、止泻、麻醉等方面均有显著效果，出现了数百种磁疗器械。例如，利用恒定磁场和旋转磁场治疗小儿腹泻，利用同时施加脉冲强磁场（手术部位）和恒定磁场及脉冲电流（耳部）进行腹部外科手术的成功率均在90％以上。
    将流水垂直通过适当强度磁场的水称为磁场处理水或磁化水，简称磁水。磁水也有明显的生物效应，因而在医疗上也有诸多应用。例如用磁水可治疗胆结石、糖尿病、肠道寄生虫病、萎缩性胃炎、口腔粘膜溃疡等疾病，预防细菌性痢疾。最近采用磁力综合疗法治疗胆结石取得了新的进展。
    在作外科手术时可将一种叫做磁性液体（简称磁液）的磁性材料注入血管，由磁场控制在一定部位，以暂时阻滞或封闭局部血管，减少手术中的大量出血；利用磁液封闭通往肿瘤的血管，阻止养料输送以抑制肿瘤。由磁液作成的磁性树脂牙根管充填剂，除保留了原来酚醛树脂根管充填的优点外，因外磁力导引可快速到位充填密实，渗透、聚合力加强，效果十分显著。
    生物在其生命活动中一些组织器官不断有生物电流出现，如心脏的胀缩、脑神经冲动、肌肉的伸缩、眼球的转动都会产生相应的心（脑、肌、眼）电流，从而产生相应的心（脑、肌、眼）磁场，于是出现了心（脑、肌、眼）电图和磁图。磁图较之电图具有无电极接触干扰，恒定和交变磁场都能测出，能作三维测量和分辨率高的优点，因而更能全面反映上述器官的生理或病理状态。
    癌症的防治是当代世界各国医学家正在攻克的一大难题。美国哥伦比亚大学著名教授G.Wollin用一块35兆高奥的NdFeB永磁体治疗三例乳腺癌获得成功。磁性药物胶囊抗癌剂的出现，在临床上为癌症的早期诊断和中晚期治疗提供了有效途径，它被称为消灭癌症细胞的“定点炸弹”。磁性药物胶囊抗癌剂是在抗癌化学药物粉末的外表面披复上一层高分子薄膜以形成微胶囊。在胶囊外面沉积上一层薄膜的铁磁粉，这便成为了磁性药物抗癌剂。将这种磁性微粒注入人体后经过30分钟高频磁场处理，可使80％以上的脑肿瘤消退。磁性微粒用于湿热治疗时，其特点在于对人体无毒性，通过注射将微粒以很高的浓度聚集于患部，由于有效地吸收高频磁场能而发热，无磁性微粒进入的组织完全不发热，因此正常细胞不会受到损伤。
    近年来国外还报导了用磁场磁化空气可治疗癌症的消息。因为磁化空气使空气中氧分子得到一定能量，处于易分裂原子状态，患者吸进后能增强身体器官的生理功能，杀死由于污染、烟草中毒、人体器官自然衰竭等原因所产生的癌细胞，并对普通感冒、肺气肿、脑偏瘫也有治疗作用。
    当今人们还在探求长寿的秘密，国内外许多科学家研究认为，人类的正常限是120岁。利用科学方法以发挥内在外在作用，使人类在正常寿命的基础上得以延长，我国科学们也正在为此呕心沥血。如“磁（穴）疗法”创始人陈植先生，根据他二十多年来的临床实践为中老年人创造了一种保健长寿新法——“足三里磁”，就是在足三里穴位上贴敷适当强度的永磁体，以磁代替艾炙足三里穴位以达到健康长寿的一种方法。长沙市 某112岁老人，双腿长年疼痛无力，采用“三里磁法”一月后却丢掉了拐杖，行走自如，睡眠、食欲正常。
磁共振成象（MRI）技术在疾病的诊断上已起到了越来越重要的作用，与X射线断层CT法不同，人体不会受到射线的辐射，能快速地对检查部位进行断层摄影。依把核磁共振技术（NMR)的血磁医学——血液磁极化治疗学（Blood-Magnet Theroaphy)，是现代医学家族的一个新成员，医疗治疗学的一门分支。它是系统研究用血液磁极化的手段从量子化水平治疗临床各科疾病的基本原理、基本方法和基本规范的一门新兴医学。这种医疗方法就是将患者身上150-180ml的血液通过诱导、磁极化、补磁、导磁四步系统程序和积累、治疗、巩固三个周期对患者自身血液进行有序化、年轻化、净化技术处理，达到临床治疗多种疾病的目的。血磁医学是我国沈阳血磁医院院长张兴东副教授创立和发明的，其特点和优势在于以患者自身血液为媒体，以病从血治为原则。研究和实践表明，在治疗内科的心脑血管病、免疫系统病、代谢系统病、神经系统瘤、抢救 各种急慢性中毒和外科创伤愈合，抗休克、抗感染、预防输血后肝黄等，血磁医疗均显示出显著的效果；而在治疗吸毒和改善血站供血质量及老年病预防保健等领域的研究，更是前景灿烂。
    血磁治疗的基本原理是，抽出的血液经过磁共振身频激发，离子氧活化及反电子自旋共振极化后，增强了红血球的稳定性，加快了血红蛋白的氧合过程，从而提高 了动脉血中的氧分压和对组织的供氧能力。而且射频可直接作用于细菌和病毒的核酸蛋白质，使DNA有所改变，从而起到杀灭细菌和病毒的作用。其次，少量经过处理的血液输体内以后，起到了强大的催化剂作用，通过人体的不断循环，使体内全部血液都具有加速氧化过程，改善微循环过程和供氧能力，降低血液粘稠度及血中过氧化脂水平，以增强机体免疫功能。
    被称为人类健康的特使——驰誉药磁鞋，则是行之有效的磁疗法的典范。“驰誉药磁鞋”以足部为治疗的突破点，通过对起止于足部的“足三阴、中三阳”六大经脉中的92个穴位点，以鞋为医疗器具，设置安装了具有“补益气血，扶正祛邪，调和脏腑，平衡阴阳”作用，由中药、蒙药研制而成的6枚药盒作为“药物疗法”；以及按足部的经络循行路线与穴位的分布点而设置了66枚钕铁硼永磁磁疗器具作“磁疗疗法”。
    通过150mT磁场强磁力线的辐射穿透，在足部形成强大的“药一磁场”，产生“药磁疗法”、针炙疗法、足部按摩疗法”的综合效应，促使药物磁化后通过足部穴位导入人体各经脉、络脉中，通过经络的输布，神经的传导，对人体进行刺激疏导和双向调节，促进新陈代谢，激发生命潜能，确保生命运动处于良好的状态。
    另外，用磁石和其他中草药配制成中成药来治病，我国已有悠久历史。1921年我国出版的《中国医学大辞典》中，1963年卫生部出版的《中国人民共和国药典》中均收入了 以磁石为主要成分的磁石丸。紫雪丹、磁石腊肾丸、磁珠丸等中成药。
4.2在农、林、牧、渔业上的应用
    磁性在农业上的应用是通过磁场、磁性肥料和磁化水来完成的。农作物的种子通过一定强度恒定均匀的磁场处理后，其发芽率提高5％；如果已经发芽的种子将其置入一定磁场下的土壤中，固氮菌、根据瘤菌等有益微生物含量明显增加；磁场可促进土壤中无机盐的分解，提高土壤肥料的利用率。小麦和恒定磁场，其产量可提高8％。
    通过磁化器处理过的水称为磁化水，简称磁水。磁水对农作物有如下作用。
    对种子和根系：用磁水浸种，灌溉可使种子萌动早，发芽快，发芽率高，苗全苗壮，根系发达，根瘤菌增多，病虫减少；
    对分蘖与光合作用：使作物分蘖增多，光合作用增强，植株健壮，长势茂盛，抗伏倒力增强，抗寒耐旱，抗病虫害的能力大大增强；
    对果实：能促进灌浆，加快干物质的积累，穗数和穗粒增多，千粒重量增加，成熟期提早。
    通过磁水作用于农作物，可使水稻增产7-20％，小麦增产2.1％-23.8％，棉花增产0.8-2.4％，玉米增产7.1-22.3％，油菜增产10％，大豆增产6.2％-27％，土豆增产21％，蘑茹增产23％，蔬菜增产25％。用磁水生产沼气，产气量提高20％；将磁水施于果树，可使老树重新开花结果，可改善苹果产量，增加含糖量。
    那么磁水为什么能促使农作物增产呢？有关研究资料认为：
    （1）水被磁化后增加了氧含量，能促进作物根系生长；
    （2）水通过磁场切割磁力线，水分子两端正负电荷在洛伦兹力作用下改变了取向，距离拉长，使水中盐分不结晶或结晶变小，并聚集成堆，变为无定型结晶态，显得疏松粗糙，减少土壤粘质，增强了土壤的通气性，从而促进了作物根系对水肥的吸收；
    （3）水通过磁场时，在不同场强作用下，水分子两端正负电荷增强程度不一，使强度大的向强度小 的一方移动，从而增强了水的扩散作用，加速了植物细胞对水肥的吸收能力，形成了多液胞并由小增大，新陈代谢过程加快，促进了植物的生长发育；
    （4）由于磁性的作用，加快了土壤中氮、磷、钾及一些微量元素的分解，磷、钾速效成分增加。根据测定：磁水土壤含速效磷10PPM，含速效钾120PPM；天然水土壤含速效磷1PPM，速效钾70PPM。
    另外根据用磁水养猪、养鸡、养鱼、养蚕、养羊等试验研究，也有增重快、抗病、驱虫、毛色好等效果。例如用磁水养鸭，增重率为30％；养猪，平均每天增重0.4斤；养鱼，鱼苗成活率高，生长快速，体重增加很快。
    磁性化肥对农作物的生长也很有作用。据前苏联的研究，把20-60奥斯特左右的弱磁场施加给植物时，植物中的核糖核酸增加，氧气需求量明显减少，对叶缘体的移动速度无影响。将磁化了的钡（Ba)铁氧体精粒子用于果树和蔬菜的肥料中，能使萝卜，小麦增产；桔子对氮、氧化钾、锰的吸收明显增加，国光、红星等苹果生长旺盛，粗皮病的发生次数变少，水稻可不施用磷肥。
    我国也利用粉轧灰制成了复合磁化粒肥，它具有满足作物基础元素和有利于农作物生产的多种微量元素及改良土壤理化性能的作用，有着抗结块、抗破型、强度大等特点，便于使用和深施。这种磁化粒肥施入土壤后，溶化较慢，养粉施放稳定，利于土壤吸咐，也可减少氮、钾的淋失和利于磷的固定，使肥力得到充分发挥；再有，是磁性使作物产生生物磁能效应，激发根酶的活性，促进植物根系生长，从而提高农作物吸收养分的能力，增加农作物的产量。

5.结束语
    上面所论及的磁与生物的密切关系，生物磁工程学的形成，以及在医疗、农、林、牧、渔业等生物领域中的广泛应用，从又一个侧面显示了磁学和磁性材料所具有的作用与潜力。■
参考文献（略）