Сильно магнитятся волосы что делать: Электризуются волосы: причины и решения

Содержание

Электризуются волосы: причины и что делать

Торчащие во все стороны волоски могут испортить укладку и настроение на целый день. Всему виной статическое электричество – именно оно превращает волосы в непослушные «антенны». Эксперты Чистая Линия расскажут, почему волосы электризуются и что делать в таком случае, чтобы сохранить прическу.

Почему электризуются волосы на голове: причины

Вспоминаем школьные уроки физики вместе: при трении некоторых материалов появляется статическое электричество, а наши волосы отличаются большой электропроводностью. Поэтому когда вы расчесываетесь или надеваете свитер, волосы могут пушиться и электризоваться. Тонкие и сухие волоски лучше всего проводят электрический заряд, влажные или жирные – значительно хуже.

Почему волосы сильно электризуются:

Головные уборы

Под шапкой или бейсболкой волосы подвержены трению и быстро накапливают статическое электричество. Если головной убор сделан из синтетического материала – эффект будет еще заметнее.

Дефицит питательных веществ

При недостатке витаминов в организме волосы могут терять естественную влагу, становиться сухими и ломкими. В таком случае электризация волос происходит достаточно часто.

Неблагоприятная погода

Колебания температуры и влажности воздуха, прохладный ветер и солнечные лучи провоцируют сухость волос по длине. Они могут разрушать здоровую структуру и делать пряди непослушными.

Недостаток влаги

Сухие волосы довольно быстро накапливают статическое электричество. Такой дефицит влаги возникает, если пить недостаточно воды в течение дня или злоупотреблять горячей укладкой без термозащиты.

Неправильный уход и окрашивание

Агрессивные шампуни могут пересушивать волосы и кожу головы, приводить к ломкости и регулярной электризации. Аналогичный эффект можно получить при неправильном окрашивании: например, если использовать неверно подобранный окислитель на тонких волосах или передержать краску.

Важно учитывать: если волосы очень электризуются, то такую проблему могут провоцировать сразу несколько факторов.

Что делать, чтобы волосы не электризовались

Электризация волос может доставлять много неприятностей и портить укладку. Чтобы волосы не электризовались, необходим комплексный подход и правильно подобранные средства для ухода.

Шампунь Чистая Линия Сила 5 трав – это мицеллярное средство для мягкого и бережного очищения волос. Формула с растительными компонентами отлично подходит для ухода за разными типами волос. Благодаря мицеллярной основе и натуральному отвару трав в составе шампунь активно увлажняет и наполняет волосы силой, придает им естественный блеск и мягкость.

Мицеллярный бальзам Чистая Линия Сила 5 трав подходит для разных типов волос и обеспечивает активный уход от корней до самых кончиков. Растительные компоненты в составе наполняют волосы энергией и природной силой, обеспечивают мягкость и здоровый блеск, заметно облегчают расчесывание. При регулярном использовании мицеллярный бальзам делает локоны более гладкими и послушными.

Что еще можно сделать в домашних условиях, чтобы волосы не электризовались:

Вода

Старайтесь поддерживать здоровый водный баланс в организме, именно от него зависит состояние волос и кожи, их ухоженный вид.

Правильный выбор расчески

Пластиковые гребни при контакте с волосами образуют электрический заряд. Лучше всего использовать деревянные расчески, варианты со специальными щетинками из карбона или силикона. Также подходят пластиковые расчески и щетки с качественным антистатическим покрытием на зубцах.

Горячая укладка

Если необходимо использовать фен, отдавайте предпочтение приборам с функцией ионизации. Благодаря такой технологии вместе с потоком воздуха на волосы попадают отрицательно заряженные ионы: они способны нейтрализовать накопленный статический заряд, усмирять торчащие волоски и делать пряди более гладкими. Плойки и стайлеры нужно выбирать с турмалиновым покрытием, оно обеспечивает бережную укладку и не пересушивает волосы (в некоторых моделях также присутствует функция ионизации).

Выбор головного убора

Отдавайте предпочтение аксессуарам из натуральных материалов – это гарантия того, что ваша укладка не превратится в «одуванчик». Чтобы препятствовать трению волос, стоит регулярно обрабатывать шапку специальным антистатиком.

Используйте только мягкие шампуни и всегда наносите бальзам после мытья

Ухаживающие компоненты в составе обеспечат увлажнение и питание волос, сделают их более гладкими и послушными при укладке.

Не забывайте о ножницах

Подравнивание кончиков помогает убрать секущиеся волосы – именно они чаще всего электризуются первыми. Также регулярное обновление стрижки позволяет сохранить плотный срез и здоровый вид волос.

Что делать, если электризуются волосы на голове? Комплексный уход и специальные средства с увлажняющими компонентами в составе улучшат состояние волос, сделают их более крепкими и здоровыми, устранят признаки сухости. Благодаря простым советам вы сможете легко избавиться от электризации волос.

7 путей решения проблемы в домашних условиях

Статическое напряжение волос – одна из главных проблем, которая проявляется особенно с приходом зимы и раздражает все женское население планеты. Мы знаем, как справиться с этой проблемой, поэтому сегодня расскажем, как избавиться от этой проблемы раз и навсегда!

Прежде, чем рассказать о способах борьбы с электризацией волос, стоит сказать пару слов о том, из-за чего можно наэлектризовать волосы. Чрезмерная сухость волос, нехватка витаминов в организме, сильный ветер и мороз – среди главных причин. Также немаловажную роль играет головной убор: в шапке волосы сильно трутся друг о друга, от чего активно вырабатывают статическое электричество. Зная причины, можно найти решение этой проблемы. Итак, что делать, если электризуются волосы?

Читать также Почему электризуются волосы и что делать в домашних условиях

1. Смените шампунь и кондиционер

Если у вас сильно электризуются волосы, важно в этот период сменить свой уход и перейти на увлажняющие и питательные средства с маслами, предназначенные для сухих и поврежденных волос: они защитят ваши волосы от пересыхания и уменьшат статическое напряжение волос. Выбирайте бальзам или кондиционер для волос с силикон, который эффективно нейтрализует электрический заряд в волосах. Не забывайте использовать дополнительный несмываемый защитный спрей-уход. От средств для жирного типа волос лучше отказаться: они смывают необходимый для защиты волос кожный себум, от чего волосы пересыхают быстрее и сильно электризуются. Поэтому, когда будете выбирать средство, будьте осторожны.

2. Правильно сушите волосы и не забывайте о термозащите

Частое использование фена для волос (особенно – на высокой температуре) сильно высушивает волос изнутри. Поэтому рекомендуем сушить волосы холодным воздухом и обязательно использовать несмываемый спрей-термозащиту, который следует наносить на влажные волосы перед сушкой. 

3. Ополаскивайте волосы прохладной водой

Для того, чтобы волосы не электризовались, нужно после каждого мытья ополаскивать их прохладной (не холодной) водой. Благодаря такой манипуляции волосы станут гладкими и шелковистыми.

4. Используйте масла

Мало кто знает, что масла обладают антистатическим эффектом. Для того, чтобы волосы не электризовались, налейте в бутылку с распылителем воду и добавьте несколько капель розового или лавандового масла. Используйте смесь на сухие или влажные волосы: она не только придаст блеск волосам, но также избавит от статического напряжения. Можете положить этот спрей в сумочку и использовать каждый раз, когда замечаете, что волосы начинают электризоваться. Также, не стоит забывать про различные витаминные маски для волос. Можно использовать различные народные и домашние средства. 

5. Пользуйтесь правильной расческой

Забудьте о пластиковых расческах, от которых волосы электризуются в 5 раз больше! Создайте волосам приятное и безопасное условие для роста и «жизни». Инвестируйте в расческу с натуральной щетиной кабана: она равномерно распределит кожное сало по всей поверхности волос, от влага в каждом волоске будет лучше удерживаться и волосы не будут электризоваться. Также рекомендуем использовать деревянный гребень: из-за большого расстояния между зубчиками он уменьшает количество трения, поэтому волосы после его использования не электризуются и не будут подниматься.

6. Используйте увлажнитель воздуха

Низкая влажность приводит к иссушению волос и провоцирует повышенную электризацию волос. Чтобы убрать эту проблему, используйте увлажнители воздуха. Поставьте его возле рабочего места или в доме, где вы чаще всего находитесь. Если нет увлажнителя, тогда просто налейте воду в бутылки и поставьте их возле батареи.

7. Носите правильную шапку

Головные уборы, сделанные из ненатуральных материалов, создают статическое напряжение. Отдавайте предпочтение шапкам из натуральной шерсти, хлопка или меха. Помните, даже самая модная шапка должна защищать ваши волосы от переохлаждения, но никак не вредить им. Чтобы выбрать шапку, которая не даст волосам электризоваться, почитайте отзывы на сайтах магазинов, например, и запросите больше фото у большого количества человек. Не ленитесь!

Читать также Как решить проблему с секущимися кончиками в домашних условиях: 4 метода

Теперь вы знаете, что делать, если электризуются волосы. Пользуйтесь нашими советами и будьте самыми-самыми!

что делать, если волосы сильно электризуются? PEOPLETALK

Сходишь с ума от того, что волосы электризуются? Поверь, это не самая страшная трагедия! С помощью подручных средств ты с легкостью сможешь этого избежать. Самые простые и полезные советы читай ниже.


Попробуй мыть голову не так часто

Если ты один день не помоешь голову, ничего страшного не случится. Ежедневное мытье головы делает твои волосы сухими. Только тебе может казаться, что на второй день голова грязная, на самом деле, волосы просто меньше электризуются.


Используй антистатик

А ты знала, что секретное оружие стилиста по волосам не лак для волос, а антистатик? Конечно, никто не распыляет его на волосы, но если нанести небольшое количество на расческу, они перестанут топорщиться. Только не переборщи!


Смачивай руки водой

Если торопишься, поправь волосы влажными руками, и электричество сразу уменьшится!


Заплетай волосы

Если длина волос позволяет, заплетай их! Они точно будут меньше электризоваться.


Оставляй волосы немного влажными

Конечно, зимой этим советом пользоваться не стоит, но если оставлять голову после сушки феном немного влажной, то это уменьшит электризацию в течении всего дня.


Не забывай увлажнять руки

Помимо волос нужно увлажнять еще и руки. Чаще пользуйся кремом для рук, а когда он впитается, можешь поправить волосы.


Используй подручные средства

Еще один совет: если прикоснуться металлической вешалкой к волосам, она впитает электричество.


Обращай внимание на состав шампуня

Используй средства для волос, в которых имеется большое содержание воды. Поверь, они нуждаются в этом не меньше, чем ты. 

Почему магнитятся волосы — что делать, чтобы избежать намагничивания волос

Последнее обновление: 27.02.2021

Автор статьи:

Врач дерматовенеролог, трихолог, кандидат медицинских наук,
член Ассоциации «Национальное общество трихологов»

Знакома ли вам такая ситуация: зима, вы заходите с улицы в помещение, снимаете шапку, а ваши волосы неожиданно «оживают» и, больше напоминая шевелюру Медузы Горгоны, тянутся во все стороны, прилипая к одежде, другим людям и предметам? Наверняка, знакома, ведь почти все мы рано или поздно сталкиваемся с

проблемой намагничивания волос.

Ещё в детстве мы баловались с воздушным шариком, быстро-быстро натирая его о волосы, после чего он чудесным образом «прилипал» к потолку. Но когда такие «фокусы» не планируешь, а волосы всё равно стремятся вверх, в этом мало приятного.

Конечно, магнетизм не относится к числу самых серьёзных проблем с волосами, но он может доставить массу неудобств. Намагниченные волосы сложно собрать в причёску, они выглядят неопрятно и растрёпанно, а попробуешь их расчесать — получается только хуже.

Что же заставляет волосы вести себя подобным образом и как с этим справиться?

Почему магнитятся волосы

Волосы магнитятся под действием статического электричества. При трении, например, при расчёсывании или при соприкосновении с одеждой, в волосах увеличивается количество положительно заряженных ионов. Электромагнитный баланс нарушается, одинаково заряженные волосинки отталкиваются друг от друга, и вокруг вашей головы образуется пушистое «облако».

Причины могут быть как в неправильном уходе за волосами, так и в окружающей среде.

Проблема намагничивания волос часто носит сезонный характер. Статическое напряжение в волосах усиливается осенью и зимой, во время больших перепадов температуры между помещением и улицей. Холод и ветер ослабляют и истончают волосы. Добавьте к этому пересушенный обогревателями воздух помещений, и получится идеальная комбинация для возникновения магнетизма.

Кроме того, волосы постоянно трутся о головной убор и друг о друга — и возникает эффект как от трения о воздушный шарик. Когда вы снимаете шапку, намагниченные волосы сразу устремляются во все стороны.

Магнититься могут и сухие и жирные волосы, но в большей степени этому подвержены ослабленные и хрупкие локоны. Потому магнетизм больше характерен для свежевымытых волос. На второй и третий день после мытья сальные железы уже успевают покрыть волосы защитным слоем, и те становятся более устойчивы к намагничиванию.

Значительно сушит волосы использование фена, плойки и других средств для укладки. Расчёска из синтетических материалов может также повысить «пушистость» вашей причёски.

На состоянии волос сказывается и ваше питание. Если вы употребляете недостаточно много питательных веществ и витаминов, волосы становятся слабыми и хрупкими.

Волосы магнитятся: что делать

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=lJinyMIZQIo

Если ваши волосы часто магнитятся, стоит принять меры. Купите увлажнитель воздуха, ведь сухой воздух вреден не только для ваших волос, но и для кожи и органов дыхания.

Чтобы волосы не пушились, стирайте свою одежду и шапки с антистатиком. По возможности смените синтетические шапки и береты на головные уборы из натуральных материалов. Самое оптимальное соотношение состава для шапки: 70 % шерсти на 30 % акрила. Так ваш головной убор не будет доставлять вам никаких неудобств и прослужит дольше.

Пересмотрите свои методы ухода за волосами.

  • Старайтесь поменьше сушить их феном и не пользоваться различными плойками и утюжками. Можете купить фен с функцией ионизации. Он придаёт волосам отрицательный заряд, и они перестают магнититься.
  • Исключите средства для укладки со спиртом, он сушит волосы. Используйте спреи и специальные жидкости, подавляющие статику. Можете приглаживать волосы воском или гелем.
  • Купите правильную расчёску для волос. Отдайте предпочтение расчёске или щётке из натуральных материалов — щетины, дерева, эбонита, рога или силикона.

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=pEWRkWAFffU

Укрепляйте свои волосы. Чем более эластичными и упругими они будут, тем меньше вероятность, что они будут постоянно «взлетать».

  • Используйте шампуни и бальзамы для сухих волос, минимум раз в неделю делайте маски.Если вы страдаете от намагниченности волос, вам подойдёт укрепляющий комплекс ALERANA ® : шампунь для сухих и нормальных волос, бальзам-ополаскиватель, маска ALERANA® интенсивное питание.
  • Снять намагниченность волос помогут средства из натуральных ингредиентов. Например, отвар ромашки и крапивы. Заметный эффект могут дать масла для волос: кокосовое, оливковое, а также маски на их основе с эфирными маслами.
  • Мойте голову тёплой водой, а ополаскивайте прохладной. Так вы сможете избежать пересушивания волос. Некоторые специалисты советуют ополаскивать шевелюру газированной минеральной водой.

Не забывайте о витаминах. Хрупкость волос может быть вызвана недостатком питательных веществ в организме. Витаминно-минеральный комплекс ALERANA® содержит 18 активных компонентов (витаминов, аминокислот и минералов), необходимых для укрепления и роста волос.

Витаминно-минеральный комплекс прошел клинические испытания, в ходе которых была доказана его эффективность. В 2012 году результатами открытого несравнительного исследования по оценке эффективности, безопасности и переносимости БАД «ALERANA®» при приеме добровольцами с повышенным выпадением волос было доказано, что на фоне приема комплекса:

  • на 82% уменьшается выпадение волос;

  • на 83% снижается скорость их засаливания;

  • на 93% уменьшается ломкость волос;

  • на 87% уменьшается их электризуемость;

  • на 83% увеличилась их послушность;

  • на 57% повышается их блеск.

Исследование проводилось ООО «ЭР ЭНД ДИ ФАРМА» в 2010 году.

Ответы на популярные вопросы

Здравствуйте! От таблеток алерана витаминно-минеральный комплекс, формулы «день» и «ночь», после курса, могут потом появиться волосы на лице???

Добрый день! Стимулировать рост волос на лице так, чтобы это стало заметно, может только изменение гормонального фона организма. Витаминно-минеральный комплекс распределяется по всему организму, влияет на все органы и системы, восполняя недостаток витаминов и минералов. При регулярном употреблении витаминно-минеральных комплексов восстанавливается организм в целом, улучшается состояние кожи, волос, ногтей. На разных участках тела рост волос запрограммирован на генетическом уровне и контролируется соотношением половых гормонов в крови.

Здравствуйте! Скажите, сколько нужно принимать витаминный комплекс «Алерана»? У меня после 2 недель применения усилилось выпадение волос. Это нормально?

Добрый день! Рекомендованный курс применения Витаминно-минерального комплекса — 1 месяц, повторять курсы можно 2-3 раза в год. Усиления выпадения быть не должно. Возможно, выпадение усилилось по каким-то другим причинам (их можно выяснить, обратившись к врачу).

Здравствуйте! Я кормлю грудью моей дочери 9месяцев. можно ли мне принимать таблетки алерана???просто у меня ужасно выпадают волосы!

Добрый день! В период лактации не рекомендуется принимать Витаминно-минеральный комплекс ALERANA®. Однако, Вы можете использовать все средства серии для дополнительного и профилактического ухода: шампуни, маску, бальзам-ополаскиватель ALERANA®.

Если никакие советы не помогают, и волосы всё равно продолжают сильно магнититься, это может свидетельствовать о каких-либо проблемах в организме. В таком случае не стоит тянуть с походом к врачу-трихологу.

Источники:

  1. С. Колосова, Уход за волосами. Издательство: Научная книга, 2017 г.
  2. Дженнифер Марш, Джон Грей, Антонелла Тости, Секреты здоровья волос. Издательство: ГЭОТАР-Медиа, 2018 г.
  3. Ю.Дрибноход, Волосы. Секреты красоты. Издательство: Питер, 2003 г.

Для точной диагностики обращайтесь к специалисту.

Электризуются волосы: причины и решения


«Волосы стоят дыбом» — это не только красивая метафора, но и суровые будни тех людей, чьи волосы склонны к электризации. 
Такие волосы начинают предательски торчать как «антенки» в самый неподходящий момент, путаются, лезут в лицо, трещат и даже «стреляют» в окружающих. Почему электризуются волосы и что делать? Разберём в этой статье.

Обычно к электризации склонны сухие, повреждённые, тонкие и длинные волосы, но и лицам с короткой стрижкой данная проблема бывает знакома. 

Чаще всего электризуются волосы, когда мы надеваем одежду через голову, снимаем головной убор, сидим в кресле с высокой спинкой или просто расчёсываем волосы. 

Почему так происходит? Все очень просто. Вспоминаем уроки физики: при трении определённых материалов возникает статическое электричество. 
Когда волос сухой, тонкий и обезвоженный — он становится как раз таким «материалом», склонным производить электрический заряд. Вероятно, вы замечали, что влажные или нечистые волосы не подвержены электризации?! А вот только что вымытые и высушенные — электризуются с удовольствием! 

Хочу задать вопрос трихологу


Провокаторами электризации становятся следующие факторы:  


1. Головные уборы. Под головным убором волосы постоянно подвергаются трению друг о друга и о ткань, в результате чего на них накапливается статическое электричество. Если головной убор из синтетического материала — электризация будет сильнее в разы.


2. Дефицит витаминов. При ярко выраженном дефиците витаминов и питательных веществ волосы теряют естественную смазку, которая уберегает их от сухости. Структура стержня волоса становится пористой, чешуйки кутикулы начинают отслаиваться и тереться друг о друга, что приводит к электризации.

3. Неблагоприятные климатические условия. Перепады температур и уровней влажности воздуха, холодный ветер и активные солнечные лучи также иссушают волосы, разрушают их структуру и способствуют накоплению электрического заряда.

4. Недостаток влаги. Обезвоженные волосы активно накапливают статическое электричество. Дефицит влаги может возникать из-за недостаточного потребления жидкости и частых «горячих» укладок.

5. Неподходящий или некачественный уход за волосами. Агрессивные уходовые средства ослабляют и сушат волосы.

6. Также волосам вредит использование при мытье головы слишком горячей или, наоборот, холодной воды, чрезмерное увлечение окрашиванием и прочими парикмахерскими манипуляциями. Все это делает волосы тонкими и сухими, а значит — склонными к электризации.

Следует понимать, что, как правило, электризация волос бывает вызвана не одной какой-то причиной, а сразу несколькими. И ее решение требует комплексного подхода.

Но что делать, если нужно быстро «успокоить» наэлектризовавшиеся волосы?
Существует несколько простых средств, не решающих проблемы, но способных помочь «здесь и сейчас»:


1. Спрей-антистатик. При распылении на волосы он создает невидимую пленку, защищающую от электризации и иссушения. 
2. Термальная либо негазированная минеральная вода. Налейте воду в распылитель, опрыскайте волосы и расчешите их деревянной щеткой. Для усиления эффекта в воду можно добавить 1-2 капли лавандового или розового эфирного масла. 
3. Лак для волос. Нанесите лак на щетку и расчешите волосы. Это пригладит чешуйки кутикулы, убережёт волосы от электризации и упростит укладку. 
4. Крем для лица, рук или тела. Нанесите небольшое количество крема на ладонь и пригладьте ею непослушные волосы.
5. Если под рукой нет ни одного из перечисленных средств, просто пригладьте наэлектризованные локоны влажными ладонями.
Эти «экстренные меры» дадут быстрый, но краткосрочный эффект


Чтобы решить проблему с электризацией волос, необходимо проанализировать свой образ жизни, исключить все провоцирующие электризацию факторы, а также соблюдать хотя бы несколько простых правил: 
1. Пейте достаточное количество жидкости — не менее 1,5 литров в день, чтобы избежать обезвоживания организма и, как следствие, сухости волос.
2. Регулярно принимайте витамины и БАДы как для насыщения организма в целом, так и специальные комплексы для волос. 
3. Как можно реже пользуйтесь феном, и в любом случае используйте только фен с функцией ионизации.
4. Используйте только неагрессивные, подходящие вашему типу волос уходовые средства (маски, сыворотки, флюиды для волос на жирной основе). Помните, что сухие и повреждённые волосы сильнее подвержены электризации. 
5. Всегда своевременно подстригайте кончики волос, удаляя секущиеся концы.

Пройди тест и узнай как помочь своим волосам

Понравилась статья?

Рейтинг 4.3

Голосов (0)

Что делать, если электризуются волосы

Хорошая новость — с каждой из этих причин можно справиться! И сейчас мы расскажем как.

Сильно электризуются волосы: что делать?

Теперь вы знаете, почему электризуются волосы. К счастью, современный арсенал косметических средств и знание некоторых лайфхаков поможет вам решить эту проблему. Итак, если электризуются волосы, что делать в домашних условиях?

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Увлажняйте… воздух

Сухой воздух в помещении – одна из причин обезвоживания волос. Чтобы волосы не электризовались зимой, поставьте дома ёмкости с водой, которая будет испаряться, повышая влажность. Хорошая, но не самая дешёвая затея – приобрести увлажнитель воздуха. 

Смените косметику

Даже если у вас жирные волосы, возможно, зимой им потребуется более питательный уход, чем обычно. По длине используйте средства для сухих и повреждённых волос, а кожу головы можно мыть шампунем против жирности. Не забывайте про кондиционер и маску, можно добавить масло или увлажняющую сыворотку. После мытья ополаскивайте пряди прохладной водой.

Купите спрей-антистатик

Сегодня на рынке в изобилии представлены косметические продукты, снимающие статическое электричество с волос. Как правило, они выпускаются в форме спрея, которым удобно пользоваться и дома, и брать с собой. Применяйте антистатик после каждого мытья или по необходимости.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Дело в шапке!

Если вы носите шапку из синтетики, статическое электричество не заставит себя долго ждать. Вместо головных уборов и шарфов из полиэстера и акрила, выбирайте шерстяные и хлопковые изделия.

Поменяйте расчёску

Если волосы сильно электризуются, откажитесь от пластмассовых расчёсок. Лучше приобретите щётку из дерева и натуральной щетины или расчёску с антистатическим покрытием.

Проверьте фен

Допустим, вы следовали всем нашим рекомендациям, но всё равно волосы сильно электризуются, что делать? Изучите фен и приборы для горячей укладки, которыми вы пользуетесь. Лучше всего купить фен с функцией ионизации, а щипцы и плойки заменить на те, что снабжены специальным керамическим покрытием.

Не забывайте про стрижку

Если волосы скрыты под шапкой, это не значит, что можно пренебрегать визитом к парикмахеру. Затягивая со стрижкой, вы рискуете получить пряди с сечёными концами. К слову, больше всего проблем зимой доставляют длинные волосы — они сильнее электризуются и ломаются, поэтому стилисты советуют обратить внимание на модные стрижки для средних волос.

Электризуются волосы, что делать? 17 советов, как сделать волосы послушными

Электризуются волосы, что делать? Такой вопрос задавали себе многие. Все мы замечали у себя, особенно зимой, что волосы имеют свойство наэлектризовываться. Это очень неприятное явление, как с психологической, так и с эстетической стороны. Прежде всего, чтобы бороться с этим явлением, нужно знать его причину. Нехватка витаминов, сухой воздух, холодный ветер, дождь, снег, ношение головных уборов делают наши волосы слабыми, сухими и ломкими. Кроме того, волосы под шапкой или платком трутся друг об друга и, тем самым, вырабатывают статическое электричество.  

Чтобы волосы не электризовались нужно знать и соблюдать несколько нехитрых правил. Ответим подробнее на вопрос «электризуются волосы, что делать

Что делать с уже наэлектризованными волосами?

1. Самое известное и простое средство, чтобы волосы не электризовались – антистатик. Если его нет, можно сбрызнуть расческу лаком для волос и расчесать их. 2. Если под рукой у вас есть пиво или минеральная вода, то они – ваши помощники в борьбе с непослушными волосами. Сбрызните волосы этими жидкостями – и проблема решена. 3. Для укрощения строптивых волос подойдет крем для лица или рук. Нужно взять немного крема, намазать на руки и пригладить волосы. Крема должно быть не слишком много, иначе волосы станут жирными.

4. Используйте лавандовое или розовое эфирные масла. Для этого растворите несколько капель в пульверизаторе с водой и сбрызгивайте волосы.  

5. Чтобы волосы не электризовались, можно сделать следующее. Сложите ладони «лодочкой», поднесите к губам и выдохните в них полной грудью. Быстренько пригладьте волосы увлажненными воздухом руками. Это очень хорошее средство, чтобы волосы не электризовались, когда под рукой нет ничего более подходящего.

6. Выбор фена – тоже немаловажный вопрос. Лучше не использовать его совсем, чтобы не пересушивать волосы и не подвергать их лишнему стрессу. Но, если уж приходится использовать фен, то выбирайте такой, который имеет функцию ионизации воздуха.

7. Чтобы волосы не электризовались, всегда используйте правильный шампунь и кондиционер, подходящий именно вам. Для сухих волос обязательно использование увлажняющих и питательных масок. 8. Важен также выбор расчески. Лучше всего подойдет деревянная, сделанная из березы. Самым оптимальным вариантом станет эбонитовая расческа, которая легко справляется с электризацией волос. О пластмассовых расческах лучше забыть навсегда, это первый источник электризации ваших волос.

9. Не ходите зимой без головного убора, не переохлаждайте кожу головы, не допускайте попадания на волосы снежинок и дождинок.

10. Всегда следите за состоянием своих волос, особенно летом. В период действия ультрафиолетовых лучей волосы ослабевают, истончаются. Не удивляйтесь зимой тому, что вы похожи на одуванчик, если вы не уделяли должного внимания волосам летом. 11. Чтобы волосы не электризовались, для укладки волос используйте пенку или воск, эти средства содержат специальные антистатические компоненты.

Народные средства против электризации волос

1. Приготовьте и используйте такую маску. Возьмите половину манго, ложку кефира высокой жирности, 1 желток куриного яйца. Манго измельчите, добавьте к нему кефир и растертый желток. Все перемешайте и нанесите на вымытые и слегка подсушенные волосы. Оставьте для воздействия на 30 минут, предварительно укутав волосы пакетом или пленкой. Смойте маску простой водой. Это очень эффективное средство, чтобы волосы не электризовались. 2. Поможет избавиться от электризации и предотвратить ее маска на основе желтка яйца и меда. Возьмите столовую ложку меда, чайную ложку масла оливкового, желток. Все смешайте. Можно добавить также ростки пшеницы. Использовать так же, как в предыдущем рецепте.

3. Чтобы волосы не электризовались, можно ополаскивать их пивом или разбавленным лимонным соком после основного мытья.

4. Сбрызгивайте волосы в течение дня минеральной водой или ополаскивайте ею волосы после каждого мытья.

5. Добавляйте в ваш шампунь взбитый яичный желток и немного желатина, это поможет утяжелить волосы и обеспечит им защиту.

6. Ополаскивайте волосы после мытья холодной водой.

 © Специально для 24hair.ru

Наука за магнитными средствами для ухода за волосами Джованни

Наука за магнитными средствами ухода за волосами Джованни

По мере роста волосы приобретают более сильный отрицательный электрический заряд. Более того, ежедневное расчесывание, чистка щеткой и сушка феном еще больше увеличивают отрицательный заряд (-). Химические продукты, такие как краска для волос, релаксанты и перманентные волны, усиливают отрицательные заряды.

Магнитные средства для ухода за волосами Giovanni содержат микроскопические частицы магнетита (Fe3O4), природного минерала, обладающего естественным магнитным зарядом.Мы взяли этот минерал и добавили в него протеины и кондиционеры. Они называются Micro-Magnets ™. Микромагниты (с положительным (+) электрическим зарядом) естественным образом притягиваются к тем частям ваших волос, которые имеют отрицательный (-) заряд. Микромагниты (а также его протеины и кондиционеры) прикрепляются только к тем участкам волос, которые нуждаются в кондиционировании. Эти свойства гарантируют вам индивидуальный уход за волосами, каждую прядь, в результате:

-Безопасная формула для всех цветов волос
-Кондиционирование ваших волос там, где вам это нужно больше всего
-Супер блеск
-Меньше спутывания, меньше вьются
-Углавляет волосы и кожу головы
-Добавляет пышность, объем и управляемость
-Соединение с пористыми участками каждого волоса
-Питание и обогащение волос для придания блеска и силы

УРОВЕНЬ МАГНИТНОЙ ПЛОТНОСТИ (MDL) ™
Каждый продукт Giovanni для ухода за магнитными волосами имеет определенный уровень магнитной плотности.Чем выше число, тем большее количество магнетита используется в продукте. Таким образом, уровень 10 имеет в два раза больше магнетита, чем уровень 5. Чем выше уровень магнетита, тем лучше кондиционирующие свойства продукта. Кроме того, с повышенным содержанием магнетита увеличивается польза от магнитотерапии для волос и кожи головы. Конечно, Джованни использует только магнетит самого высокого качества, чтобы обеспечить чистую и устойчивую магнитную энергию.

ФОРМУЛА ДЛЯ КРАСИВЫХ ВОЛОС *

E = Магнитная потенциальная энергия
= Магнитный момент
= Сила и направление магнитного поля

* На основе формулы Максвелла, созданной физиком Джеймсом Клерком Максвеллом, который работал над теорией электромагнитного поля.

На протяжении тысячелетий человечество очаровывалось магнетизмом. . . и на протяжении веков мы пытались обуздать и направить его силу. Еще 4000 лет назад люди спали, положив свои тела на север / юг, чтобы они могли присоединиться к «силам Матери-Земли».

Первое использование магнетизма для улучшения здоровья относится к 2000 году до нашей эры. Китайские врачи использовали магниты (магниты природного происхождения), чтобы «привести тело в равновесие». К середине 1800-х великие ученые, такие как Майкл Фарадей, начали экспериментировать с магнитами и электричеством.Даже Самуэль Ганеман, основатель гомеопатической медицины, был очарован магнитной силой — он часто прописывал магнитный магнит при исцелении своих пациентов. (1)

В последние годы люди успешно использовали магниты для снятия боли, укрепления здоровья и улучшения самочувствия. Когда-то считавшиеся «магией», уважаемые врачи и ученые теперь изучают магнетизм. Люди находят успокаивающее действие в ношении магнитов, сне на магнитных кроватях, использовании магнитных вкладышей для обуви и во многих других полезных приложениях.

И вот, после столетий исследований магнетизма, группа ученых нашла кое-что примечательное:

Это теорема Джованни… ваша формула для красивых, блестящих и послушных волос. *
Наука раскрыла секрет природы красивых волос.

Продукты

Giovanni Magnetic для ухода за волосами содержат микроскопические частицы магнетита (Fe3O4), природной руды, а также магнитный металлопротеин, который вместе создает магнитные поля для волос и кожи головы.

Магнитный металлопротеин — это белок, содержащий магнитный ион, который действует как крошечный стержневой магнит. Этот крошечный стержневой магнит можно представить стрелкой, направленной от южного полюса к северному. Эта стрелка и есть то, что называется магнитным моментом. Магнитный металлопротеин схематически показан на рисунке 1.

Магнитные частицы на самом деле представляют собой небольшие магниты размером около 1 микрона (1/1000 мм). Они создают мириады микроскопических доменов намагниченности. Внутри этих доменов магнитный момент металлопротеина совпадает с магнитным полем.Это показано на рисунке 2.

В то время как маталлопротеины взаимодействуют с магнетитом, выравниваясь с полем, металлопротеин, в свою очередь, взаимодействует с вашими волосами и кожей головы, опосредуя обмен магнитной энергией.

Факт: По мере роста волосы приобретают более сильный отрицательный электрический заряд. Более того, ежедневное расчесывание, чистка щеткой и сушка феном еще больше увеличивают отрицательный заряд (-). Химические продукты, такие как краска для волос, релаксанты и перманентные волны, усиливают отрицательные заряды.

Раствор: магнетит Fe3O4. Этот минерал обладает естественным магнитным зарядом. Мы взяли этот минерал и пропитали его протеинами и кондиционерами. Это так называемые микромагниты. Микромагниты (с положительным (+) электрическим зарядом) естественным образом притягиваются к тем частям ваших волос, которые имеют отрицательный (-) заряд. Микромагниты (а также его протеины и кондиционеры) прикрепляются только к тем участкам волос, которые нуждаются в кондиционировании. Эти свойства обеспечивают индивидуальный кондиционер для каждой пряди.
Технически это запатентованное изобретение Джованни для ухода за волосами следует называть суперпарамагнитной суспензией. Но не стоит отвлекаться на эти технические детали. Вы обязательно убедитесь, насколько они эффективны, просто попробуйте продукты и судите сами.

Маталлопротеин — Рис. 1

Металлопротеин [Рис. 1]
Металлопротеин — это белок, который обернут вокруг иона металла. Ион обладает магнитным моментом. Металлопротеин — одна из важнейших форм белка; Фактически, почти треть всех белков — металлопротеины.Эти белки содержат кальций, цинк, водород, азот, кислород и другие основные элементы. (Рис.1)

Магнетит — Рис. 2

Магнетит [Рис. 2]
Магнитные маталлопротеины выстраиваются в линию в поле магнетита, чтобы минимизировать их энергию согласно

.

Магнетит, природный минерал, имеет гранулированную или кристаллическую форму и содержит магнитный заряд. Он черный с металлическим блеском и может быть богат хромом.Магнетит придает этим изделиям уникальный цвет и внешний вид.

Магнетизм в действии — рис. 3

Магнетизм в действии [рис. 3]

Ваши волосы погружены в мириады микроскопических областей магнетизма.

Важность структуры — рисунок 4

Важность структуры [рисунок 4]

Структура гармонично сочетает все ингредиенты.Путем синхронизации (структурирования) активности ингредиентов между ними создается синергетическая взаимосвязь. Магнитная энергия максимизируется, контролируется и поддерживается.

Бак Structure (рис. 4) показывает, как Джованни сделал революционный шаг в производстве. Наш процесс смешивания происходит в этих резервуарах для конструкций, на которые подана заявка на патент. Магнитная энергия течет по всему резервуару, обеспечивая структуру и выравнивание всех ингредиентов. Резервуары создают «гармонию продукта» и заставляют все ингредиенты работать синергетически.

Уровень магнитной плотности

MAGNETIC DENSITY LEVEL (MDL) ™

Каждый магнитный продукт для ухода за волосами Giovanni имеет определенный уровень магнитной плотности. Чем выше число, тем большее количество магнетита используется в продукте. Таким образом, уровень 10 имеет в два раза больше магнетита, чем уровень 5. Чем выше уровень магнетита, тем лучше кондиционирующие свойства продукта. Кроме того, с повышенным содержанием магнетита увеличивается польза от магнитотерапии для волос и кожи головы.Конечно, Джованни использует только магнетит самого высокого качества, чтобы обеспечить чистую и устойчивую магнитную энергию.

Все эти объяснения можно объединить в одну простую формулу…

Секрет природы красивых, блестящих и послушных волос.

БИБЛИОГРАФИЯ:
Биомагнитный справочник, Уильям Х. Филпотт. Доктор медицины, Шэрон Таплин,
Магнитная терапия, Рон Лоуренс, доктор медицины, доктор философии, Пол Дж. Рош, доктор медицины, F.A.C.P., Джудит Плауден,
Магнитная терапия, доктор Э. Хольцапфель, П.Crepon, C. Phillppe
Исцеление с помощью магнитов, Гэри Налл, доктор философии.

Магнитотрихография: измерение постоянного магнитного поля, создаваемого волосяными фолликулами

Объекты

Участниками были 15 нормальных субъектов (5 женщин) и 2 человека с алопецией (нефункционирующие фолликулы) в возрасте от 19 до 79 лет / о. d. Информированное согласие, одобренное институциональным наблюдательным советом (IRB, Массачусетская больница общего профиля, Бостон, Массачусетс), было получено от всех участников. Все методы были выполнены в соответствии с соответствующими инструкциями и правилами.Все участники заполнили письменное информированное согласие перед экспериментом и получили денежную компенсацию за свое участие.

Нормальные субъекты были здоровы, что мы подразумеваем, что у них не было очевидного здоровья, особенно дерматологических проблем. Кроме того, их подробно расспрашивали о магнитных артефактах и ​​предъявляли без явного ферромагнитного материала во рту (стоматологическом) или теле, или с помощью любого недавнего МРТ, потому что это намагнитило бы не только зубной или телесный ферромагнитный материал, но и частицы магнетита в старшие мозги 9 .От этих субъектов требовалась только визуализация МЭГ, как было одобрено IRB. Не было необходимости выполнять компьютерную томографию или магнитно-резонансную томографию для поиска металлических (ферромагнитных) артефактов в голове, потому что в этом отношении dcMEG гораздо более чувствителен к ферромагнитному материалу и легко реагирует на артефакты, которые не видны на компьютерной томографии или компьютерной томографии. МРТ. Нам повезло, что трое мужчин-испытуемых побрили головы до или во время цикла измерения, в том числе испытуемые №1 и №4, чьи результаты и фотографии показаны здесь.

DCMEG

Детектор в ранних работах 3 состоял только из одной пары считывающих катушек, называемой парой планарных градиентометров. Он был расположен в маленьком хвосте большого дьюара, и любая часть тела субъекта могла быть помещена в хвост, но только в одном месте за раз; поэтому, например, отображение постоянного тока по всей голове было наиболее обременительным, поскольку оно предполагало длинную последовательность размещений. Но с нашей современной системой МЭГ у нас теперь есть много пар планарных градиентометров, разнесенных по всей голове, и одно сканирование MTG измеряет всю голову.

Наш MEG производится компанией Elekta Co. и называется моделью VectorView. Более поздние модели имеют такие же звукосниматели и поэтому также подходят. Эти модели содержат 306 детекторов SQUID (сверхпроводящее устройство квантовой интерференции), расположенных группами по три в 102 точках над головой, где каждый SQUID получает питание от катушки датчика, определяющей окружающее поле. Таким образом, в каждом из 102 местоположений имеется по три катушки звукоснимателя. Одна катушка представляет собой магнитометр (простая петля), а две другие катушки составляют пару планарных градиентометров.Мы используем только градиентометры, то есть 204 сквида, а не 102 магнитометра.

Чтобы использовать нашу современную систему Elekta VectorView MEG для постоянного тока, мы не только снизили полосу пропускания до постоянного тока, но также изменили выходы пары 102 планарных градиентометров, пропустив их через различные преобразования на итоговую онлайн-карту стрелок, как в нижние панели рис. 2. Мы выбрали систему на основе градиентометра, а не систему на основе магнитометра из-за флуктуирующего фона постоянного поля. Система на основе градиентометра обычно невосприимчива к этим колебаниям, особенно в сильно экранированной комнате 15 , подобной той, которая использовалась для этого исследования.

При подготовке к dcMEG субъект переодевается в немагнитную одежду, его кожа головы и / или волосы моются, чтобы удалить любые артефактические ферромагнитные частицы, часто встречающиеся в городской пыли. Положение и ориентация головы относительно шлема МЭГ регистрировались с помощью четырех катушек индикатора положения головы (HPI) 16 .

Чтобы избежать возможного загрязнения сердцебиением, сегменты данных между двумя сердцебиениями выбираются для последующего анализа.

Настройка стрелок для dcMEG

Мы настраиваем вычислительное оборудование, начав с карты стрелок. Отметим, что оригинальные градиометры принимают градиент в сферической системе координат, т.е. по широте и долготе. Следовательно, они отображаются на виртуальные градиентометры, измеряющие градиент в декартовой системе координат. Затем к этим градиометрам применяется преобразование Хосаки – Коэна 17 :

$$ \ overrightarrow {{v} _ {n}} = \ frac {\ partial {B} _ {z}} {\ partial y} { \ hat {x}} _ {n} — \ frac {\ partial {B} _ {z}} {\ partial x} {\ hat {y}} _ {n} $$

Где \ (\ overrightarrow { {v} _ {n}} \) — преобразованные градиенты (преобразование Хосаки – Коэна) в каждом месте, \ ({B} _ {z} \) — z-компонента магнитного поля, \ (\ frac {\ partial {B} _ {z}} {\ partial y} \) и \ (\ frac {\ partial {B} _ {z}} {\ partial x} \) являются выходными данными виртуального планарного градиентометра, \ ( {\ hat {x}} _ {n} \, \) и \ ({\ hat {y}} _ {n} \) являются векторами единичной ориентации.{2} \), где k, — постоянная пропорциональности, а мкА, — микроампер. Следовательно, каждая стрелка пропорциональна локальной плотности тока. Это относится к стрелкам, расположенным над резистивной средой. Однако есть и другое описание. Если ниже точки измерения находится генератор, стрелки наверху имитируют дипольную силу генератора. Мы выбираем калибровку на рис. 1 (c) следующим образом: мы позволяем самой большой стрелке (вместо общей узкой группы) отражать нижележащий диполь, тем самым давая нам калибровочную шкалу в нижнем левом углу каждой карты MTG.Полоса относится только к тангенциальным генераторам, по сути, к тангенциальной батарее, приводимой в действие давлением на кожу головы. Мы не видим радиальную составляющую из-за симметрии, хорошо известного явления в литературе acMEG 2 .

Измерение постоянной времени

Знание постоянной времени сигнала фолликула, безусловно, необходимо для понимания источника этого феномена фолликула. Мы выбрали простой и прямой способ получить эту информацию. Мы измерили кривую включения магнитного поля из-за внезапного приложения скачкообразного давления.Мы выбрали необработанный сигнал от одного из СКВИДов, который имел большой устойчивый отклик на включение давления. Наиболее эффективным местоположением считалась область «сенсорного экрана» у субъекта, у которого была полная шевелюра с устойчивым сигналом касания, в данном случае у субъекта № 1. Сначала он слегка наклонил голову, а затем после того, как сигнал стал устойчивым, ему было приказано «отжаться». Он вошел в контакт со шлемом за короткое время по сравнению с нарастанием сигнала, что дало хорошую кривую сигнала, как показано на рис.7.

Измерение поверхностных потенциалов

Важно увидеть, есть ли у MTG потенциальный аналог, то есть ETG на поверхности кожи головы; уникальна ли MTG или есть другой способ увидеть электрическую активность фолликулов? Эквивалентный дипольный генератор (как радиальный, так и тангенциальный) обязательно должен создавать потенциал постоянного тока на поверхности кожи головы. Вопрос в том, можно ли его измерить? Это сомнение связано с большим электродермальным потенциалом кожи 30 мВ 18,19,20 , который имеет вариации, которые могут маскировать сигнал фолликула.Предполагая, что сила радиального диполя источника составляет 30 мкА-см, расположенного на 3 мм ниже поверхности кожи головы, мы вычислили максимальную разность потенциалов между двумя близлежащими точками поверхности около 4 мВ. Таким образом, это едва ли возможно увидеть в диапазоне электродермальных вариаций, скажем, в диапазоне 5–20 мВ. Поэтому мы попытались измерить объект №1, который в какой-то момент обрил голову. Как показано на рис. S4, паста для ЭЭГ была нанесена на точки измерения на коже черепа, затем электроды ЭЭГ были встроены в пасту (обычная паста для ЭЭГ).После такой подготовки сигнал фолликула активировался простым нажатием пальца на кожу головы экспериментатором; не было необходимости использовать dcMEG.

Обратное решение

Положение и площадь поверхности головы, прижатой к шлему, были оценены на основе исходных данных градиентометра следующим образом. Для прямого решения модель головы: Т1-взвешенные изображения структуры MPRAGE с высоким разрешением (Magnetization Prepared Rapid Gradient Echo) были получены на сканере МРТ всего тела (магнитно-резонансный) Siemens 1,5 Тл (Siemens Medical Systems) с использованием 12 — канальная головная катушка.

Структурные данные головы были предварительно обработаны с помощью FreeSurfer 21 . Вычислить прямое решение; череп был сегментирован с использованием алгоритма водораздела в FreeSurfer. Затем поверхность головы дискретизировалась в трехмерном пространстве источника. Исходное пространство состояло из сетки из 1568 диполей.

Текущее распределение диполей было оценено с использованием подхода распределенных решений с использованием оценки минимальной нормы (MNE) со свободными ориентациями. MNE оценивает источники как решение линейной задачи построения изображений и оценивает изображение плотности источника совместно для всех диполей, которые наилучшим образом соответствуют данным и отдают предпочтение решениям с минимальной энергией (или нормой L2).В отличие от параметрических методов, таких как подгонка одного или нескольких диполей, которые предполагают, что источники могут быть представлены несколькими эквивалентными диполями, распределенное решение оценивает изображение плотности источника совместно для всех диполей. Регуляризованная (регуляризация = 0,1) ковариационная матрица шума, используемая для вычисления обратного оператора, была сгенерирована с использованием данных пустой экранированной комнаты. Карта динамического статистического параметрического отображения (dSPM) 22 была рассчитана путем деления значения MNE на проекцию оцененной матрицы ковариации шума в каждой точке источника (рис.S6).

Сравнение углов

Волосы, покидая кожу, имеют характерный наклон (угол) как у человека, так и у животных 23,24,25 . В старом отчете 3 отмечена связь между углом наклона волос и углом магнитного градиента, и здесь мы более подробно исследуем эту связь. У трех мужчин с бритыми головами мы сфотографировали скальпы и нанесли наклоны, проецируемые на голову, обычно на головке из пенопласта. Затем эти наклоны сравнивали с измеренными стрелками под точками давления, то есть углами генератора.Пример части этого процесса показан на рис. 6 на коже черепа субъекта №4.

Магнетизм: бесконтактная сила

Эта идея фокусировки исследуется через:

Противопоставление взглядов студентов и ученых

Ежедневный опыт студентов

Многие молодые студенты испытали запоминающийся, но часто сбивающий с толку опыт работы с магнитами и магнитными материалами. Магнитные материалы регулярно встречаются в доме, часто они держат мелкие предметы на кухонном холодильнике или держат шкафы и дверцы холодильника закрытыми.Во многих детских игрушках используются слабые магниты, чтобы «склеивать» материалы (например, деревянные вагоны поезда), или они используются в простых детских конструкторах, чтобы они могли быстро собирать более сложные конструкции без использования грязного клея или сложных соединений. В игрушках очень редко используется магнитное отталкивание.

Многие младшие школьники еще не сформировали четких представлений или, во многих случаях, вообще каких-либо представлений о том, как магниты взаимодействуют с материей или друг с другом. Они не видят необходимости различать магнитные силы и электростатические силы (или гравитацию).Для них это часто кажется обычным переживанием одной и той же невидимой бесконтактной силы, обычно только притяжения. Например, воздушный шар, «натертый» тканью, приводящий к его притяжению к другому объекту, часто неправильно описывается молодыми студентами (и даже некоторыми взрослыми) как каким-то образом «намагниченный».

Путаница студентов по поводу бесконтактных сил исследуется в основной идее Электростатика — Уровень 4.

Хорошо известно, что старшие ученики придерживаются ряда взглядов на магнетизм, которые значительно различаются по степени сложности, от магнитных моделей с окружающими «облаками» действия до идей об «электрических лучах» и «полях». .Однако многие младшие школьники просто ассоциируют магнетизм с «притягивающей силой». Понятно, что их наивная модель не имеет предсказательной или объяснительной силы, и они обычно не ощущают необходимости делать больше, чем идентифицировать и маркировать привлекательное или менее частое отталкивающее поведение как магнитное.

Исследование: Эриксон (1994), Борхес и Гилберт (1998), Хаупт (2006), Ван Хук и Хузиак-Кларк (2007), Эшбрук (2005), Хикки и Шибечи (1999), Мэлони, О’Кума, Хейггельке и Ван Хеувелен (2001)

Научная точка зрения

Мы часто сталкиваемся с магнитные поля в нашем повседневном опыте (например,г. магнитное поле Земли и магнитные поля, создаваемые электрическим током). Однако подавляющее большинство магнитных полей вокруг нас просто слишком слабы, чтобы вызывать какие-либо наблюдаемые эффекты, или остаются «удаленными от нас», потому что они используются в более сложных машинах, таких как электродвигатели и жесткие диски компьютеров.

Магнитное притяжение и отталкивание — одна из трех фундаментальных сил бесконтактной природы. Две другие силы электростатические и гравитационные (см. идею фокусировки Бесконтактные силы на уровне 4, Электростатика — Уровень 4 и Гравитация — Уровень 6).

Подавляющее большинство магнитов, с которыми мы сталкиваемся (например, магниты на холодильник, дверные защелки и магнитные игрушки), изготовлены из материалов, которые ферромагнетик. Эти материалы основаны на смесях железа, никеля или кобальта, поскольку это единственные три известных ферромагнитных элемента. С их помощью и добавлением более дорогих редкоземельных элементов можно сделать более сильные промышленные магниты.

Атомы в ферромагнитных материалах разные, потому что они могут вести себя как маленькие магниты.Обычно магнитное поле вокруг каждого атома направлено в случайном направлении, в результате чего они компенсируют друг друга (см. Рисунок 1). Однако, если окружающее магнитное поле достаточно сильное, они могут выровняться так, чтобы каждый из них способствовал созданию более сильного магнитного поля в материале (см. Рисунок 2). Они также могут оставаться выровненными, когда окружающее поле удаляется, создавая постоянный магнит.

Типичные магниты, которые можно найти вокруг дома или использовать в гитарных «звукоснимателях» или очистителях стекол аквариумов, сделаны из ферромагнитных материалов и могут создавать постоянные магнитные поля с интенсивностью до 3000 раз большей, чем магнитное поле Земли.

Ферромагнитные материалы обычно очень хрупкие и легко раскалываются или ломаются при падении или ударе. Они также потеряют свои постоянные магнитные свойства при сильном нагревании. Все эти действия приводят к тому, что отдельные атомы теряют выравнивание.

Считается, что магнитные поля, окружающие все магниты, имеют два полюса: северный и южный. Эти названия происходят из наблюдения, что магниты будут выстраиваться в направлении слабого магнитного поля Земли, если им позволено свободно качаться i.е. Магнитные компасы для определения направления работают по этому принципу. «Северный полюс» магнита получил это название, потому что он всегда указывает на северный географический магнитный полюс Земли.
Подобные магнитные полюса отталкиваются, а разные магнитные полюса притягиваются друг к другу.

Критические идеи обучения

  • Магнитные силы — это неконтактные силы; они тянут или толкают предметы, не касаясь их.
  • Магниты притягиваются только к некоторым «магнитным» металлам, а не ко всей материи.
  • Магниты притягиваются к другим магнитам и отталкивают их.

В соответствии со стандартами до Уровня 3 включительно, уместно поощрять учащихся наблюдать и исследовать магнитные явления через игру. Студентам следует помочь развить простое понимание наблюдаемого притяжения магнитов к некоторым «особым» металлам (не ко всем металлам), а также их притяжения и отталкивания к другим магнитам. Учащимся следует поощрять различать магнитные, электростатические и гравитационные силы как различающиеся друг от друга, но примеры сил, которые могут действовать без физического контакта i.е. примеры бесконтактных сил.

Изучите взаимосвязь между идеями о магнетизме и неконтактными силами в Карты развития концепции — Электричество и магнетизм.

Обучающие задания

Предложите открытую проблему для изучения в игре или путем решения задач

Предоставьте учащимся различные материалы, чтобы они могли исследовать, какие из них обладают магнитными свойствами. Эти материалы могут включать образцы: бумаги, пластика, полистирола, дерева, стекла, веревки, листьев, керамики, камня и некоторых предметов из железа или стали.Старайтесь использовать только металлические предметы, сделанные из железа или стали, чтобы учащиеся могли понять, что быть состоящими из твердого металлического материала — обычное свойство.

Раздайте ученикам пакеты с образцами (скажем, 12–15) и попросите их протестировать образцы с помощью стержневого магнита или магнита на холодильник, чтобы увидеть, какие из них притягиваются к магниту. Попросите их разделить предметы на две отдельные группы: те, которые кажутся притягиваемыми магнитом, и те, которые не притягиваются.

Предложите студентам предложить общие черты объектов в группе, которые были привлечены магнитом.Может ли разница в их цвете, весе или веществе, из которого они сделаны? Попросите учащихся предложить и проверить свои идеи, чтобы определить возможные общие свойства.

Затем спросите учащихся, все ли предметы из металлических материалов магнитные. Был ли у кого-нибудь из студентов опыт, свидетельствующий об обратном? Теперь предоставьте учащимся несколько предметов, сделанных из разных металлов, и попросите их рассортировать предметы на две стопки, предсказывая, какие предметы будут притягиваться к магниту, а какие нет.Некоторыми примерами металлов и их источников могут быть: алюминиевые банки или фольга, латунные ключи, медные гвозди или проволока, стальные винты или гвозди, цинкование или припой, железные болты или гвозди, свинцовые грузила и никелевые сварочные стержни.

После сортировки объектов ученики могут протестировать их, чтобы убедиться, что они правильно предсказали, какие материалы являются магнитными.

Цель состоит в том, чтобы побудить студентов испытать различные материалы и путем исследования признать, что только некоторые металлы обладают магнитными свойствами.Важно отметить, что в нашем повседневном опыте большинство металлов кажутся магнитными, потому что наиболее широко используемым металлом является сталь, содержащая железо.

Начните обсуждение через общий опыт

Большинство студентов знакомы с магнитами, которые «притягивают» магнитные материалы или их притягивают к некоторым металлическим поверхностям, таким как холодильники и белые доски, но они гораздо менее знакомы с магнитными силами, которые отталкивают друг друга. Студентам становится труднее исследовать это, потому что у них должно быть по крайней мере два магнита сопоставимой силы, а многие из знакомых рекламных магнитов на холодильник, используемых для простых исследований, являются слабыми и сконструированы таким образом, что у них нет идентифицируемых магнитных полюсов.

Постарайтесь приобрести несколько магнитов для чистки стекла «аквариум», которые поставляются парами, или «магниты для коров», которые можно приобрести в некоторых магазинах сельскохозяйственной продукции. Поверхности этих магнитов хорошо защищены, что снижает риск случайного защемления учениками пальцев или разбрасывания фрагментов магнитов при неосторожном обращении.

Попросите учеников выяснить, что им нужно сделать, чтобы магниты притягивались и отталкивались друг от друга. Попросите их идентифицировать разные концы каждого магнита с помощью стикеров.Насколько хорошо ученики могут предсказать, что произойдет, когда магниты поднесут друг к другу?

А теперь предложите ученикам закрепить один магнит липкой лентой на крыше игрушечной машины. Используйте ручной магнит, чтобы толкать автомобиль, не касаясь его, или притягивать автомобиль к себе, изменяя его ориентацию. Могут ли студенты предсказать, будет ли магнит на машине притягиваться или отталкиваться приближением нового магнита?

Цель этого урока — показать учащимся, что магниты могут как отталкивать, так и притягивать друг друга.На этом уровне для учащихся не считается важным уметь вспоминать, что одинаковые полюса отталкиваются, а разные полюса притягиваются, но осознавать, что магниты могут отталкивать и притягиваться, не вступая в физический контакт, и что важна их ориентация.

Открытое обсуждение через общий опыт

Учащимся можно предложить изучить, проходят ли магнитные силы через другие немагнитные материалы. Чтобы привлечь интерес учащихся, поместите магнит (например, магнит для чистки стекла аквариума) на классный стол.Поместите еще один магнит (другой магнит для чистки стекла) под стол, чтобы они оба сильно притягивались. Расположите магнит так, чтобы вы могли перемещать магнит под столом коленом или другой рукой. Магнит на столешнице будет следовать за движением магнита внизу. Это загадочное движение магнита на столе произведет впечатление на студентов, но в конечном итоге они откроют для себя «уловку» второго магнита под столом.

Попросите учащихся прикрепить магнит к подставке или верхней части небольшой бутылки с водой с помощью «синей застежки» или липкой ленты, чтобы он выступал за боковую поверхность бутылки.Затем попросите их прикрепить канцелярскую скрепку к отрезку хлопка достаточной длины, чтобы дотянуться от поверхности стола до магнита. Наконец, используйте «синюю кнопку», чтобы прикрепить вату к столу, чтобы скрепка не доходила до магнита и казалась подвешенной в воздухе с зазором между ней и магнитом.

Предложите студентам исследовать, могут ли различные материалы остановить магнитную силу притяжения, когда они помещаются между магнитом и скрепкой. Попробуйте листы бумаги, стекла, плитки, алюминиевой фольги, меди и цинка.Влияет ли какой-либо из этих материалов на уменьшение магнитной силы?

Цель этого урока состоит в том, чтобы ученики поняли, что магнитные силы останутся беспрепятственными и могут проходить через большинство материалов без какого-либо воздействия.

Помощь студентам в отработке некоторых «научных» объяснений для себя.

Соберите несколько вешалок из проволоки без покрытия, разрежьте и выпрямите их на короткие отрезки от 10 до 20 см. Раздайте пару штук ученикам, работающим в парах или тройках, убедившись, что они имеют разную длину.Также передайте каждой группе несколько (от 5 до 8) маленьких скрепок. Сознательно не отдавайте магниты друг на друга, чтобы ученики не соприкасались с проволокой.

Предложите студентам исследовать, удается ли притянуть какую-либо из длин проволоки скрепки. Если отрезки проволоки ранее не контактировали с какими-либо магнитами, они не должны проявлять магнитных свойств и не мешать скрепкам.

Теперь раздайте постоянный магнит каждой группе студентов и продемонстрируйте, как можно использовать один конец магнита, чтобы последовательно перемещать провод в одном направлении, заставляя его намагничиваться.Затем ученики могут повторить это со своей собственной длиной проволоки и определить, удалось ли им сделать магнит, проверив его способность притягивать или поднимать несколько скрепок.

Этот метод намагничивания соответствует идее использования магнитного поля (от магнита) для выравнивания направления атомов, действующих как крошечные магниты в проводе. Не рекомендуется делиться этим объяснением со студентами.

Попросите учащихся описать, что они делали, и обсудить, насколько успешно им удалось создать магнит.

Сбор доказательств и данных для анализа

После того, как ученики успешно превратили один кусок проволоки в постоянный магнит, поставьте перед ними задачу сделать самый мощный магнит, который они могут. Они могут снова проверить свой успех, привлекая и поднимая как можно больше скрепок с помощью проволочных магнитов. Попросите учащихся из каждой группы записать, сколько скрепок может поднять их магнит. Поощряйте студентов исследовать различные свойства проволоки, которые могут способствовать созданию лучших магнитов. E.г. сравните количество поглаживаний по каждому из них, длину проводов и методы, использованные для поглаживания каждой проволоки.

Поощряйте студентов проверять свои идеи и сравнивать результаты.

Что делать, если ваши часы намагничены

Одной из самых известных является модель Rolex Oyster Perpetual Milgauss, представленная в 1956 году; обновленная версия предлагается компанией. Говорят, что часы выдерживают до 1000 гауссов магнетизма (в названии сочетаются разновидность mille, французского слова, обозначающего тысячу, и gauss, измерения намагниченности).Это достаточная защита от предметов повседневного обихода, таких как обычный фен, но лишь часть защиты, необходимой от современного аппарата МРТ, который может излучать магнитное поле силой 30 000 гаусс.

Швейцарский бренд Alpina представил несколько антимагнитных часов с 1930-х годов. Его последний вариант, Alpiner 4, появился в 2016 году. Он обещает противостоять воздействию магнетизма чуть более 60 гаусс — магнитного поля, создаваемого примерно 40 стереодинамиками, грохочущими поблизости.(На самом деле бренд рассчитывает магнитную силу с помощью альтернативной единицы измерения, называемой амперами на метр. Выбор используемой системы, по словам г-на Куллаписа, просто «вопрос стиля».)

IWC and Jaeger-LeCoultre со времен Второй мировой войны предлагали антимагнитные часы, которые продавались в основном пилотам; В 1957 году компания Omega представила часы Railmaster, способные выдерживать 1000 гауссов магнетизма.

Последняя серия пилотных часов Top Gun от IWC, представленная в прошлом году, выдерживает более 50 000 ампер на метр.- сказал Инен. Это намного больше 600 гаусс. Он добавил, что в ближайшие несколько лет бренд планирует выпустить больше часов с очень высоким уровнем магнитного сопротивления, предположительно, чтобы противостоять практически неизбежному натиску предметов с сильными магнитами сегодня.

Бренды обычно делают часы антимагнитными двумя способами: используя такие материалы, как силикон, который не проводит магнитный заряд, или заключают механизм в корпус из мягкого металла.

Многие бренды разработали свои собственные версии антимагнитных материалов — в основном кремниевых сплавов, таких как, например, Silinvar, созданный в сотрудничестве с Rolex, Patek Philippe, Swatch Group (которой принадлежит Omega) и швейцарской исследовательской группой CSEM.

Магниты и магнетизм, магнитное поле

эта информация на этой странице все еще находится в черновике формы

Введение

Древние греки знали, что камень с магнитными свойствами, известный как магнит или магнетит, притягивает железо. Компас, важное устройство для навигации, имеет подвешенный магнит, который выравнивается параллельно магнитному полю, производимому Землей, и в результате указывает на компас. Компас был задокументирован еще в 1040 году. Чинг Цзун Яо описывает, как можно намагничивать железо. нагреванием и закалкой в ​​воде.Известно, что викинги использовали магнитный камень для навигации. К концу двенадцатого века европейцы использовали этот простой компас для облегчения навигации. Стальная игла, по которой поглаживали такой «магнит», тоже становилась «магнитной».

В 1600 году Уильям Гилберт (также известный как Гилберд) из Колчестера в своей работе De Magnet предложил объяснение работы компаса и того, что Земля сама по себе является гигантским магнитом с ее магнитными полюсами на некотором расстоянии от ее географических полюсов ( я.е. около точек, определяющих ось вращения Земли). Он сделал экспериментальную модель Земли, создав сферу магнитного камня.

Свойства магнитов

Уильям Гилберт также экспериментировал со стержневыми магнитами и обнаружил следующие свойства:

У магнита всегда будет два полюса, которые мы условно называем Северным и Южным. Если магнит сломан пополам, это создаст два новых магнита с северным (северным) и южным (южным) полюсами. Если стержневой магнит сломан надвое, в месте разрушения образуются новые северный и южный полюса.

Свойства магнитов

  • Подобные полюса отталкиваются друг от друга. Если полюс N приблизить к полюсу N второго магнита, будет ощущаться сила отталкивания. Точно так же, если полюс S приблизить к полюсу S другого магнита, два магнита будут отталкивать друг друга.
  • В отличие от полюсов притягиваются и будут склеиваться.
  • Магниты притягивают материалы, богатые железом, и одинаковые полюса, и отталкивание между одноименными полюсами можно уменьшить, если поместить между ними полоску железа.

Теория предметной области магнетизма

Как мы можем объяснить эти интригующие свойства? Теория доменов утверждает, что внутри магнита есть небольшие области, в которых магнитное направление всех атомов ориентировано в одинаковых направлениях. Эти регионы известны как домены.

Внутри домена изменение магнитного направления одинаково. В следующей области это может быть совсем другое направление. В среднем по множеству доменов в магните нет предпочтительного направления для магнитной силы.Однако, используя внешнее магнитное поле от другого магнита, скажем, направление магнитного направления в каждом домене может быть выровнено с магнитным полем, итоговое магнитное поле может быть увеличено.

Почему образуются магнитные домены?

Рассмотрим стержневой магнит, который намагничен так, что весь магнит образует единый магнитный домен. Поверхностные заряды появятся на обоих концах кристалла. С поверхностными зарядами связано вторичное магнитное поле, называемое размагничивающим полем, которое уменьшает магнитное поле.Энергия поверхностных зарядов называется магнитостатической энергией.

Образование доменов в магните

Магнитостатическая энергия может быть уменьшена, если кристалл образует второй домен, намагниченный в противоположном направлении. Таким образом уменьшается разделение положительных и отрицательных поверхностных зарядов, уменьшая пространственную протяженность размагничивающего поля.

Естественно, можно спросить, если магнитостатическая энергия уменьшается за счет образования доменов, могут ли они продолжать формироваться бесконечно? На что ответ отрицательный.Причина в том, что энергия требуется для создания и поддержания области перехода от одного домена к другому, доменной стенки. Равновесие будет достигнуто, когда магнитостатическая энергия равна энергии, необходимой для поддержания доменных стенок. Однако домены намного больше, чем отдельные молекулы внутри магнита.

При комнатной температуре всего 4 ферромагнитных элемента. Из них выше показаны железо (Fe), никель (Ni) и кобальт (Co). Четвертый — гадолиний (Gd).

На рисунках ниже показано образование, видимое с помощью магнитных коллоидных суспензий, которые концентрируются вдоль границ домена. Границы доменов можно визуализировать с помощью поляризованного света, а также с помощью дифракции электронов. Наблюдение за движением границ домена под действием приложенных магнитных полей способствовало развитию теоретических подходов. Было продемонстрировано, что образование доменов сводит к минимуму магнитный вклад в свободную энергию.

Если к кристаллу приложить магнитное поле, домены, которые выровнены с магнитным полем, будут расти за счет доменов, указывающих в других направлениях.

Атомная теория магнетизма

Нам знакома модель атома с ядром, которое содержит протоны и нейтроны, а электрон вращается вокруг ядра. Внутри атома электроны ведут себя как магниты. Электроны, протоны и нейтроны имеют магнитные дипольные моменты, однако магнитный момент электрона является наиболее важным.Фактически, ему удобно присвоить единицу, называемую магнетоном Бора, которая равна магнитному дипольному моменту электрона. (μ B = м /2 e = 9,274 x 10 -24 J T -1 )

Помимо магнитного дипольного момента электронов, тот факт, что электроны вращаются вокруг ядра, порождает второе магнитное поле, создаваемое движущимся вокруг ядра зарядом.

Магнитное поле

Свойства магнитов

Напряженность магнитного поля обозначается символом H в единицах Tesla

.

Плотность магнитного потока обозначается символом B и измеряется в единицах (Вт · м -2 )

Для измерения магнитного поля, вызванного током, используется закон Био-Савара

Магнитное поле — это векторное поле, что означает, что оно имеет величину и направление для каждой точки в пространстве.Сила и направление магнитного поля в любой точке определяется силой, действующей на движущуюся заряженную частицу, например, электрон. Сила, создаваемая магнитным полем, исходит из уравнения Лоренца без электрического поля. путем измерения силы на единичном испытательном заряде. Магнитность и направление определяются уравнением силы Лоренца.

F = q ( v x B )

Поскольку мы имеем дело с перекрестным произведением, направление силы — это направление, перпендикулярное плоскости v и B .а величина силы тогда равна F = q v ​​B sin θ

, где тета — это угол между B и v

Магнитное поле — это силовые линии, создаваемые магнитом. Поскольку магнитный монополь так и не был обнаружен, говорить о точечном магнитном заряде не имеет смысла. Вместо этого линии магнитного поля образуют замкнутые петли вдоль линии равной магнитной силы. Сила магнитного поля определяется количеством силовых линий, проходящих через единицу площади.Чем больше силовых линий, тем сильнее магнитное поле. Единица напряженности магнитного поля, известная как Гаусс, определяется как одна линия магнитного поля на квадратный сантиметр. Направление линии поля можно определить с помощью стрелки компаса. Его направление создает касательную линию к магнитному полю в этой точке.

Обычно острие стрелки на линиях магнитного поля указывает на южный магнитный полюс и от северного магнитного полюса. Магнитные полюса всегда встречаются парами, никто никогда не обнаруживал магнитный монополь, хотя есть исследования их возможного существования.

На изображении показаны силовые линии, создаваемые стержневым магнитом. На лист бумаги насыпают железные начинки и под бумагу кладут стержень-магнит. Железные начинки выстраиваются в линию и показывают напряженность магнитного поля.

Источник Величина B (T)
Фен ~ 10 -7 -10 -3
Солнечный свет ~ 3 x 10 -6
Цветной телевизор ~ 10 -6
Маленький стержневой магнит произведет ~ 10 -2
В солнечном пятне B ~ 0.3
Магнит для МРТ-сканера тела ~ 2
Reseach Physics Labs производит до ~ 50
Поле на поверхности нейтронной звезды ~ 10 8
36

Типы магнетизма

Прежде чем обсуждать различные типы магнетизма, нам нужно прояснить несколько определений, которые используются для классификации типов магнетизма.

Магнитный приемник

По мере увеличения магнитного поля магнитный поток увеличивается.Обозначим напряженность магнитного поля H и магнитный поток B , константа пропорциональности μ 0 , она известна как магнитная диэлектрическая проницаемость

.

В вакууме μ 0 имеет значение 4π x 10 -7 H м -1 в единицах СИ

Для других материалов эта пропорциональность выражается относительной диэлектрической проницаемостью, μ r

Восприимчивость χ определяется через относительную диэлектрическую проницаемость. χ = (μ r — 1)

Ферромагнетизм

Это когда большая часть отдельных атомных магнитных моментов выстраивается в линию и создает сильное магнитное поле.Железо сильно ферромагнетик. Внешнее магнитное поле можно использовать для выравнивания атомных магнитных моментов. Когда внешнее магнитное поле удаляется, магнитные моменты остаются в том же направлении, при условии, что они не получают удара или нагреваются выше температуры Карри, когда тепловое движение может хаотизировать магнитное выравнивание.

Антиферромагнетизм

Антиферромагнитные материалы демонстрируют модели магнитного спина со спинами соседних атомов, расположенных в противоположных направлениях.Обычно антиферромагнетизм проявляется при низких температурах. Поскольку спины компенсируют друг друга, в основном это приводит к парамагнитному поведению, но также может проявляться в ферримагнитном поведении.

Ферримагнетизм

Магический материал Ферри имеет два набора магнитных дипольных моментов, направленных в противоположных направлениях. Магнитные моменты не компенсируют друг друга, потому что дипольный момент в одном направлении меньше, чем в другом. На графе B-H ферримагнетизм похож на ферромагнетизм.

Парамагнетизм

Парамагнитные материалы, такие как жидкий кислород и алюминий, проявляют слабое магнитное притяжение при размещении рядом с магнитом. Некоторые атомы или ионы в материале обладают чистым магнитным моментом из-за неспаренных электронов на частично заполненных орбиталях. В присутствии поля происходит частичное выравнивание атомных магнитных моментов в направлении поля, что приводит к чистому положительному намагничиванию и положительной восприимчивости.

В сильном магнитном поле парамагнитные материалы становятся магнетическими и остаются магнитными, пока присутствует поле.Когда сильное магнитное поле убирается, чистое магнитное выравнивание теряется, и магнитные диполи релаксируют в случайное движение.

Диамагнетизм

Диамагнитные материалы состоят из атомов, у которых нет чистого магнитного момента. Однако при воздействии поля создается слабая отрицательная намагниченность, которая вызывает отталкивание вместо притяжения. Диамагнитные материалы имеют отрицательную восприимчивость с магнитудой от -10 до -10 -4

Многие распространенные материалы являются диамагнитными, и поэтому в присутствии очень сильных магнитных полей отталкивание, вызванное диамагнетизмом, может заставить объекты левитировать, даже лягушки.

Магнитные свойства элементов периодической таблицы

Квантовая теория магнетизма

Все это очень хорошо, но немного странно, почему только некоторые элементы являются магнитными, а другие — нет. Чтобы объяснить, почему требуется информация об атомной структуре элементов и о том, как они взаимодействуют. Для объяснения нам нужна квантовая физика.

Магнитный момент состоит из двух различных источников. Электрон — это частица, у которой есть собственный спин, который может принимать значения ± 1/2 ħ.В ядре также есть протоны и нейтроны, которые также имеют свои собственные спины, однако магнитный момент обратно пропорционален массе, поэтому по сравнению с электроном магнитный момент ядра минимален.

Магнетон Бора — это единица магнитного дипольного момента электрона:

мкм B = e ħ / (2м e )

В единицах СИ это μ B = 9,274 x 10 -24 A m 2

Существует также вклад в магнитный момент, создаваемый электроном, движущимся вокруг ядра, который можно рассматривать как токовую петлю.

Ток, создаваемый движением электронов по орбите, дается из определения тока, потока заряда в единицу времени, или

I = dQdt = — e / T .

Мы можем переписать магнитный момент в терминах Дж как γ Дж (если мы положим γ = — e / (2 m e ))

Мы называем γ гиромагнитным отношением

Если J = м ħ, μ = — m ( e ħ / (2 м e )) = м μ B

Перегородки

  1. Примечания к магнетизму — Бирмингемский университет.
  2. Magnet Man Крутые эксперименты с магнитами
  3. Инженерный факультет Кембриджского университета
  4. Университет штата Делавэр — магнетизм
  5. Киттель по физике твердого тела
  6. Твердое тело — от сверхпроводников к суперсплавам

% PDF-1.6 % 167 0 объект > эндобдж 194 0 объект > поток application / pdf2013-04-16T05: 21: 04.091-04: 00application / pdf конечный поток эндобдж 32 0 объект > эндобдж 163 0 объект > эндобдж 37 0 объект > эндобдж 41 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 39 0 объект > эндобдж 40 0 объект > эндобдж 46 0 объект [159 0 R] эндобдж 47 0 объект >] / P 62 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 48 0 объект >] / P 49 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 49 0 объект > эндобдж 50 0 объект > эндобдж 51 0 объект > эндобдж 1 0 объект > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / StructParents 1 / Type / Page >> эндобдж 2 0 obj [23 0 R 24 0 R] эндобдж 3 0 obj > поток HWnF} WQfw0cO`wM%) R!) + NIˤ yВXuԩÇ_n ~ e [\ y, kj, kq ~ \ xy> [gl? $ 7 ‘! dzp \ b6 \ 5 챪./ 6 * quO] Kz, f ~% 0 | F`8 » w! k.º1 ~ \ h — @ & FO8DXW {TGh} 0bi «DЋΧ / Wsp ܩ} A | SCCHҍ1 / @ _ ֚ hDteL $ X / _) EH» yJaGFEoKQ̋ҢYM / йNȒҽA9zr * A (ۨ gUTVizWtB% * uFP XUi} + UʘBhS! H_yUjZ \ $ u7Q0SQYz8x [5_X ] (jZēU hY [ٯ $ TtQ $ b ڝ # `mYq ܨ v`YbiYAO» d

Магнитные стратегии для контроля нервной системы

Annu Rev Neurosci. Рукопись автора; доступна в PMC 2020 8 января.

Опубликовано в окончательной редакции форма как:

PMCID: PMC6617523

NIHMSID: NIHMS1029805

Michael G. Christiansen

1 Департамент здравоохранения и технологий, Швейцарский федеральный Технологический институт (ETH Zürich), Цюрих, Швейцария

Alexander W.Сенько

2 Департамент материаловедения и инженерии, Исследования Лаборатория электроники и Институт исследования мозга Макговерна, Массачусетс. Технологический институт, Кембридж, Массачусетс, США

Аникеева Полина

2 Департамент материаловедения и инженерии, Исследования Лаборатория электроники и Институт исследования мозга Макговерна, Массачусетс. Технологический институт, Кембридж, Массачусетс, США

1 Департамент медицинских наук и технологий, Швейцарский федеральный Технологический институт (ETH Zürich), Цюрих, Швейцария

2 Департамент материаловедения и инженерии, Исследования Лаборатория электроники и Институт исследования мозга Макговерна, Массачусетс. Институт технологий, Кембридж, Массачусетс, США

Окончательная отредактированная версия этой статьи издателем доступна на Annu Rev Neurosci. См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Из-за низкой проводимости и незначительной магнитной восприимчивости органическое вещество, магнитные поля могут проходить через ткани в неизменном виде и без производящие вредные эффекты. Их результирующая способность доставлять стимулы по беспроводной сети. для целей произвольной глубины в теле мотивировало их использование в качестве минимально инвазивные средства контроля нервной активности. Здесь мы рассматриваем механизмы и методы, которые связывают магнитные поля с изменениями электрохимических потенциалов через нейрональные мембраны.Биологическая магниторецепция, лежащая в основе механизмы которых остаются активной областью изучения, обсуждается как потенциальный источник вдохновения для схем искусственной магнитной нейромодуляции. В кратко рассмотрено появление магнитных свойств в материалах, чтобы прояснить различие между биомолекулами, содержащими железо или другие переходные металлы, и наночастицы феррита, которые обладают значительным суммарным моментом. Затем мы описываем последние разработки в области использования магнитных наноматериалов в качестве преобразователей, которые преобразовывать магнитные стимулы в формы, более легко воспринимаемые нейронными сигналами машины и обсудить возможности мультиплексного и двунаправленного управления, а также проблемы, связанные с доставкой в ​​мозг.Широкая палитра условия магнитного поля и набор механизмов, с помощью которых они могут быть в сочетании с нейронными сигнальными каскадами служит для подчеркивания желательности обмен между физикой магнетизма и нейробиологией, а также необходимость продолжение диалога между инженерным и нейробиологическим сообществами.

ВВЕДЕНИЕ

Системная нейробиология и почти все физиологические вмешательства в психиатрические пациенты полагаются на усиление или подавление активности специфические нейронные цепи или нейрональные подтипы.Исторически это было достигается с помощью фармакологии или хирургического вмешательства. За последние несколько десятилетий однако появилось множество подходов к нейромодуляции, некоторые из которых нашел широкое клиническое применение. Например, глубокая стимуляция мозга (DBS) при хроническом имплантированные электроды являются одобренным методом лечения болезни Паркинсона (Obeso et al. 2001) и исследуются как лечение психических расстройств. Другие методы, такие как оптогенетика, являются в основном занимается фундаментальными исследованиями в области нейробиологии (Deisseroth, 2015).Этот обзор посвящен классу нейромодуляции. подходы, которые полагаются на магнитные поля в качестве стимулов.

По сравнению с другими сигналами, такими как электрические поля, свет или ультразвук, которые могут использоваться для доставки стимулов в мозг, магнитные поля привлекательны благодаря их ограниченное связывание с биологической тканью (Янг и другие. 1980). Заметным исключением являются магнитные поля с большой производные по времени, которые используются для транскраниальной магнитной стимуляции и обсуждаются в разделе «Индуктивные методы».Способность магнитных полей проходить через корпус без повреждений и без вредных воздействий предполагает их использование в беспроводных сетях. доставка стимулов к глубинным целям. Для многих организмов, но не для всех, магнитные стимулы должны быть незаметными, что является желательной чертой для поведенческих экспериментов в что способность субъекта ощущать применение стимула может поставить под угрозу результаты. Примером может служить оптогенетика, в которой видимый свет, рассеянный с помощью волноводов или ткани могут быть видны субъектам периферически.Медицинское вмешательства также выиграют от полностью удаленных методов стимуляции, и действительно, одна из целей стратегии магнитной нейромодуляции — предложить средство DBS с системой, которая не полагается на физическое подключение к сайтам стимуляция. Это снизит инвазивность DBS-терапии и повреждение тканей. связанные с имплантированным оборудованием.

Некоторые организмы обладают магниторецепцией, способностью воспринимать магнитное поле. полей (Ритц и др., 2000, Вильчко и Вильчко, 2005).Хотя биофизическая механизмы, лежащие в основе магниторецепции, остаются плохо изученными (Johnsen et al. 2005), его существование предполагает, что обратное инженерия может быть интригующим подходом к разработке инструментов для магнитного контроля сверх нейронной активности, особенно если необходимый генетический механизм может быть переданы в определенные нейронные цепи, чтобы обеспечить селективную активацию с помощью магнитного стимулы.

В качестве альтернативы магнитные поля могут использоваться в качестве посредника почти для каждый тип стимула, на который нейроны эволюционировали, чтобы реагировать.Потому что все нейроны способны к электрическому и химическому взаимодействию, естественно рассматривать использование этих механизмов для внешней модуляции их активности. Один подход к сделать это с помощью магнитных полей, вызвать в мозгу электрические токи, которые может либо вызывать, либо подавлять потенциалы действия, как в транскраниальном магнитном стимуляция (ТМС). Альтернативно, локализованное срабатывание потенциалзависимых ионных каналов магнитными полями может стать возможным благодаря введению наноразмерных магнитоэлектрические композитные материалы (Guduru et al.2015).

Другие маршруты предлагаются специализированными нейронами, которые проявляют чувствительность к физические сигналы за счет включения белков, переносящих ионы, которые реагируют на определенные раздражитель, такой как свет, механические силы или изменения температуры. Такой канал белки могут быть трансгенно введены там, где они иначе отсутствовали бы, так как делается в оптогенетике с опсинами, микробными оптически чувствительными ионными каналами и насосы, чтобы сенсибилизировать нейроны к свету. По аналогии, белки, присущие млекопитающим сенсорные нейроны могут быть искусственно экспрессированы в нейронах глубоко в головном мозге, чтобы сделайте их чувствительными к механической силе или теплу.Использование магнитных материалов в качестве преобразователей, энергия магнитного поля может быть локально преобразована в тепло (Chen et al. 2015, Munshi и другие. 2017, Мунши и др. 2018) или сила (Ценг и др., 2012 г., Манникс и др., 2008 г., Ли и другие. 2014).

Стоит отметить, что магнитные подходы представляют собой подмножество более широкого попытка определить беспроводные средства стимуляции нейронов, такие как транскраниальные сфокусированный ультразвук (Legon et al.2014), временные помехи высокочастотным электрическим полям (Grossman et al.2017), ближний инфракрасный (NIR) свет освещение и NIR в сочетании с повышающим преобразованием наночастиц, которые позволяют транскраниальная доставка света для оптогенетической стимуляции глубоких структур головного мозга (Чен и др., 2018). Ни один из этих подходы, однако, соответствуют комбинированному разрешению и глубине проникновения, обеспечиваемым магнитные поля.

ПРИРОДНОЕ МАГНИТОРЕЦЕПЦИЯ КАК МОДЕЛЬ

Поведенческие исследования показывают способность различных животных воспринимать магнитное поле Земли, включая насекомых, земноводных, рептилий, рыб, и птицы.Например, перелетным птицам предлагалось не только ориентироваться сами по себе, ощущая наклон поля (Wiltschko & Wiltschko 1972), но также могут определять местоположение по различение мельчайших локальных вариаций геомагнитного поля (Кишкинев и др., 2015). По аналогии с другими сенсорными входами такие как свет или звук, существование специализированных рецепторных клеток считалось для определения направления и напряженности магнитного поля. Биофизический механизмы, лежащие в основе магниторецепции в природе, были бы привлекательным источником откуда черпать вдохновение для разработки эффективных технологий включить магнитный контроль нервной системы.Можно представить либо эмуляцию эти механизмы косвенно или, возможно, манипулируют клетками, представляющими интерес для искусственно производить биомолекулы, необходимые для магнитной чувствительности. Хотя это имеет свои достоинства, эта линия рассуждений до сих пор сталкивалась с практическими трудности по двум вероятным причинам: 1) он не учитывает несходство между естественными магнитными сигналами и магнитными стимулами, доступными в лаборатории, и 2) однозначные механизмы естественного магниторецепции остаются неуловимыми, несмотря на десятилетия исследований и дискуссий.

Геомагнитное поле относительно слабое (от 50 до 60 мкТл) и может быть считается единообразным в масштабе организма и постоянным в масштабе времени поведение животных. Помимо редкого переходного импульса магнитного поля, связанного с удары молнии с очень близкого расстояния (Fuchset et al. 1998) или слабые электромагнитные сигналы, связанные с технологиями человека или солнечным ветром (LaBelle & Treumann 2002, Engels et al. al. 2014), геомагнитное поле, по-видимому, является основным магнитным стимул, имеющий эволюционное значение для животных в их естественной среде обитания.В напротив, типы магнитных полей, доступные в лаборатории, порядка величина более сильная в напряженности поля (например, ~ 1 Тл для TMS), может показывать резкие градиенты (например,> 100 Т / м) и могут действовать динамически, например, за счет вращающийся или чередующийся (). Пока изучение биологической магниторецепции представляет собой захватывающее исследовательское направление, использование полной палитры магнитных полей, доступных в лаборатории, может предлагают более удобный и надежный способ управления нервной системой, чем прямая эмуляция магниточувствительных молекулярных и клеточных механизмов.

Палитра искусственных магнитных стимулов, классифицированная в соответствии с пространственно-временные характеристики. ( a ) Почти однородные поля можно создать, например, с помощью катушки Гельмгольца (два токоведущих кольца разделенных расстоянием, равным их радиусу). ( b ) A коническая постоянный магнит, намагниченный вдоль своей азимутальной оси, создает поле на конце который быстро затухает с расстоянием, что приводит к сильному градиенту магнитного поля. Поля с различным пространственным распределением также можно разделить на категории по тому, как они меняются во времени.( c ) Магнитные поля могут оставаться постоянными в течение интересующие сроки. ( d ) Вращающиеся поля поддерживают постоянство величина при изменении направления, вращаясь вокруг некоторой оси. Простая, плоская показано вращение. ( e ) Переменные магнитные поля синусоидально изменить полярность и обычно генерируются путем подачи переменного тока на соленоид. Если линейные размеры соленоида намного меньше, чем соответствующей длине волны электромагнитного излучения, поле равно квазимагнитостатический.( f ) Импульсные поля, показывающие высокие дБ / dt, может быть сгенерирован путем разрядки кратковременного всплеска тока через катушка. Этот подход часто используется в импульсах TMS.

Несмотря на многие десятилетия научных поисков биофизического механизма лежащая в основе магниторецепция, консенсуса не было и ключевые вопросы остаются без ответа (Mouritsen 2018). Есть две основные гипотезы механизмов магниторецепции у наземных животных (): 1) радикальное магнитное воздействие парная химия, обычно предполагающая наличие криптохрома (Hore & Mouritsen, 2016), и 2) использование биоминерализованные магнитные наночастицы или сборки, сформированные из них для приведения в действие механотрансдукция (Kirschvink et al.2001). Третья гипотеза предполагает, что пластиножаберные рыбы, такие как акулы, могут воспринимать магнитные поля посредством чувствительного обнаружения наведенных электрических потенциалов (Kalmijn 1981, Paulin 1995).

Уроки предполагаемых механизмов магниторецепции. ( a ) Голуби — это пример организмов, которые чувствуют наклон магнитного поля Земли, а также иметь «карту смысл.» Считается, что они обнаруживают мельчайшие локальные изменения в магнитное поле и запомните эти вариации, чтобы облегчить навигацию.( b ) Согласно гипотезе радикальной пары, криптохром генерирует радикальные пары при воздействии ультрафиолетового или синего света и слабомагнитных поля изменяют пропорцию радикальных пар в триплетном или синглетном состоянии, изменение генерации последующих продуктов, обнаруживаемых нейронами. ( c ) Наночастицы магнетита были обнаружены в многие животные и, возможно, могут взаимодействовать с магнитным полем Земли достаточно сильно, чтобы производить силы, обнаруживаемые нейронами. Магнетит 50 нм частица контрастирует с минерализованным ядром ферритина с точки зрения энергия взаимодействия с магнитным полем Земли (50 мкТл).Тепловая энергия при комнатной температуре обозначена как k B T, ​​где k B — постоянная Больцмана, T — температура.

Многие считают образование радикальных пар вероятным объяснением «Чувство компаса» по крайней мере у некоторых организмов, и растущее количество биофизические, генетические и поведенческие данные согласуются с этой гипотезой и с представлением, что криптохром необходим для магниторецепции (Gegear et al. 2008, Muheim et al. 2016). Считается, что криптохром опосредует образование метастабильные радикальные пары при воздействии фотонов ультрафиолетового или видимого света с подходящей энергией и поляризацией, неравновесное состояние, которое вскоре наступит вдоль путей реакции к одному из двух возможных наборов продуктов (Muller & Ahmad 2011).Поскольку радикалы содержат неспаренные электроны, они демонстрируют чистый магнитный момент, а наличие и ориентация геомагнитного поля может влиять на долю этих радикальные пары, существующие в синглетном или триплетном состояниях. Это, в свою очередь, искажает продукты, возникающие в результате их реакции, и неизвестный в настоящее время механизм ниже по потоку предполагается использовать этот смещающийся баланс продуктов для преобразования нейронных Мероприятия. Одна убедительная форма доказательства, основанная на магнитном стимуле, — это использование переменные магнитные поля менялись в широком диапазоне частот от низких до вызывают переходы между синглетным и триплетным состояниями, которые, по-видимому, мешают с магниточувствительностью (Ritz et al.2004 г., Wiltschko et al. 2015). Полный радикал парная гипотеза концептуально богаче и подробно обсуждается в недавнем всесторонний обзор Хора и Моуритсена (Hore И Mouritsen 2016). Для настоящего обсуждения наиболее интригующий аспект этой теории — элегантный способ, которым она правдоподобно обходит внутренняя энергетическая слабость магнитных взаимодействий с отдельными спиновыми моментами, просто требуя от него смещения пути метастабильного состояния в сторону возможного равновесия.

Вторая гипотеза магниторецепции позволяет обойти энергетическую слабость биомолекулярных взаимодействий с магнитными полями, вместо этого предполагая, что биоминерализованные магнитные материалы могут сыграть свою роль.Магнитные моменты этих частицы, которые на порядки больше момента неспаренного электрон, способны взаимодействовать с геомагнитным полем при энергиях значительно превышающий окружающий тепловой шум. Этот принцип иллюстрируется магнитотактические бактерии, содержащие магнитосомы, инвагинации клеточных мембран заполнены цепочками наночастиц магнетита (Fe 3 O 4 ), которые выровняйте с местным геомагнитным полем. В то время как магнетит предположительно биогенного происхождения был также идентифицирован у других организмов (Gould и другие.1978, Уолкотт и др. 1979, Киршвинк и др. 1985), включая людей (Kirschvink et al. 1992, Gilder et al. 2018), вероятно, он служит скорее метаболическому чем сенсорная функция, и доказательства зависимой от магнетита клеточной передачи сигналов остаются неуловимо (Treiber et al.2012, Edelman et al.2015). Пожалуй, самый Неопровержимое доказательство этой гипотезы исходит из обращения магнитного поля на противоположное. чувство компаса у различных организмов при применении миллисекундного магнитного пульс, явление, которое можно прямо объяснить остаточной намагничивание в магнитных частицах или их сборках, а не каким-либо другим теории (Голландия, 2010).

Чтобы извлечь полезные уроки из прогресса в этой области, стоит задуматься о том, какое значение может иметь каждая гипотеза для информирования магнитных технологии стимуляции, если бы это было правдой. Обратите внимание, что рассмотренные выше гипотезы являются не исключают друг друга, и что дополнительные непредвиденные механизмы, вероятно, Работа. Механизм криптохром-зависимой пары радикалов требует образования метастабильные химические интермедиаты посредством оптического возбуждения на поглощаемых длинах волн и разбросаны тканью.Подход, требующий как освещения, так и магнитного поля для стимулировать популяцию клеток в центральной нервной системе не дает четких преимущества перед существующими оптогенетическими методами. Если гипотеза магниторецепции через клеточное взаимодействие с наноразмерными биогенными кристаллами магнетита. в некоторых случаях естественная магниторецепция могла иметь основную механистическую сходство с методами, основанными на синтетических магнитных наночастицах, обсуждаемых на длина в следующем разделе.

МАГНИТОГЕНЕТИКА

Желание простых методов «магнитогенетики» привлекло значительный интерес в последнее время. По идее, эти методы были бы аналог оптогенетики (Deisseroth 2015) или хемогенетика (Rogan & Roth 2011), полагаясь исключительно на экспрессию одного белка, реагирующего на магнитное поле. Это видение привлекательно, потому что такие методы могут быть легко приняты сообщество нейробиологов, позволяющее сохранить многие из установленных методы, используемые в оптогенетике, устраняя при этом необходимость в имплантированных оптические волноводы или светоизлучающие устройства, которые доставляют стимулы в поведенческих эксперименты.

Эта цель была достигнута путем слияния ферритина, связывающего железо, с ионные каналы из семейства ваниллоидов с временным рецепторным потенциалом (TRPV). В Самый ранний опубликованный пример слитого ферритина с рецептором капсаицина, TRPV1 и показали, что воздействие слабого (5 мТл) быстропеременного (465 кГц) магнитного поля инициировал приток внутриклеточных ионов кальция (Ca 2+ ) (Stanley et al. 2012). Поскольку TRPV1 — это термочувствительный, Ca 2+ проницаемый катионный канал (Caterina et al.1997), гистерезисный нагрев ферритина был предложен в качестве предполагаемого механизма активации канала (Stanley et al. 2012). В последующем исследовании то же самое ферритин-слитый TRPV1, по-видимому, активировался при применении сравнительно больших (~ 0,5 Тл) статические магнитные поля (Stanley et al. al. 2014). Независимое исследование представило доказательства того, что подобное слияние ферритина на другой канал TRPV, TRPV4, было достаточно для получения аналогичного эффект при в десять раз меньших величинах приложенного поля (50 мТл) (Wheeler et al.2016). Способность TRPV1 и TRPV4 к реакция на механические раздражители привела к гипотезе о том, что механизм, лежащий в основе наблюдаемое влияние магнитных полей на клеточную сигнализацию и поведение грызунов был механическим (Stanley et al., 2014, Wheeler et al., 2016). Одна аминокислота замещение в порах модифицированного TRPV1, как впоследствии сообщалось, преобразовало этот белок к хлорид-селективному каналу, активируемому аналогичными магнитными стимулами для получения ингибирующих эффектов (Stanley et al. 2016).

Энергетическая шкала взаимодействия ферритина с магнитными полями. Однако с магнитудой, использованной в этих исследованиях, было показано, что она составляет 4–10 на несколько порядков ниже температурных флуктуаций окружающей среды (Meister 2016) (), которые слишком слабы, чтобы непосредственно генерировать механически индуцированные конформационные изменения в белке. Хотя эти статьи выглядят осторожно в своих экспериментального исполнения, попытки выявления механизмов следует рассматривать как пробный. Например, функциональная эквивалентность ферригидритового сердечника наночастицы ферритина и магнетита, неявно предполагаемые в этой работе, не подтверждено литературой, характеризующей ферритин (Chasteen & Harrison 1999).Магнитные поля генерируются на шкале длины сантиметра, и чередование с частотами, соответствующими электромагнитное излучение с длиной волны более полукилометра называются «радиоволнами», что неточно, учитывая их квазимагнитостатическая природа (Stanley et al. 2012 г., Стэнли и др. 2014 г., Стэнли и др. 2016). Чтобы эти методы были правильно понят и распространен, дополнительные экспериментальные и теоретические необходимы исследования, чтобы раскрыть биофизические принципы, лежащие в основе наблюдаются физиологические эффекты.

Другой стратегией развития магнитогенетики была попытка идентифицировать ранее неизвестный магнитный рецептор. Если это действительно так, такое открытие будет одновременно улучшить понимание магниторецепции и предложить ценный технология генетически направленной магнитной стимуляции. Недавно было заявлено этот белок кластера железо-сера 1 (IscA1), выделенный через геномный скрининг Drosophila и переименован, поскольку MagR взаимодействует с криптохром генерирует крутящий момент в магнитных полях и действует как «магнитный белковый биокомпас »(Qin et al.2015). Были высказаны опасения по поводу основные механизмы магниторецепции, описанные в этой работе, тем более что данные, представленные в той же статье, показали, что намагниченность MagR составляет примерно в тысячу раз ниже, чем у ферритина (Мейстер 2016, Винкльхофер и Моуритсен 2016). Независимые усилия по воспроизведению основных результатов этой работы пока не удалось (Panget et al., 2017).

Эти исследования подчеркивают сильный импульс, который существует, чтобы предложить магнитогенетика как инструмент сообщества нейробиологов (Long et al.2015) и дискуссии, которые они вызвали подчеркните необходимость уточнения или пересмотра нашего понимания основных физика этих систем.

ИНДУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ

Электромагнитная индукция — это явление, описываемое законом Фарадея, в котором изменяющийся во времени магнитный поток индуцирует электрические поля в проводящем средний. Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС) основана на этом эффекте, но электромагнитная индукция также играет центральную роль в некоторых других типах методы беспроводной стимуляции мозга.

TMS, транскраниальная стимуляция постоянным током (tDCS) и электросудорожная Все методы терапии (ЭСТ) основаны на прохождении тока через мозг, чтобы изменить нервное возбуждение. узоры. Предполагается, что это приводит к нейропластичности (Nitshe et al. 2008, Lefaucheur et al. 2017), хотя точный механизм какие долговременные поведенческие изменения проявляются, пока неясно. Понимание Эффекты TMS дополнительно усложняются неоднородностью индуцированного тока, вероятное значение ориентации стимулируемых аксонов, влияние длительности импульса (которая может либо усиливать, либо подавлять активность), и косвенная активация других областей мозга (Yasuo 2002, Ruff et al.2009 г.). Некоторые попытки выяснить механизмы включают сочетание ТМС с фМРТ для коррелировать поведенческие изменения с гемодинамическими сигналами как прокси для нейронной активации (Бергманн и др., 2016). TMS показала многообещающе для лечения депрессии (Brunoni et al. 2017 г., Макклинток и др. 2018) и невропатическая боль, в то время как новые применения, такие как лечение инсульта и Болезнь Альцгеймера требует дальнейшего изучения (Lefaucheur et al. 2014).

TMS включает размещение катушки магнитного поля близко к коже головы и наложение миллисекундные импульсы тока через катушку для получения производных по времени от магнитное поле (дБ / dt ≈ 3 × 10 4 Тл / с, пиковая амплитуда поля ~ 2 Тл), которые вызывают токи в головном мозге (Wagner et al.2007) (). Стимулируются только верхние 1-2 см коры непосредственно под катушкой, и путем разработки формы катушки поле может быть сконцентрировано до размеров пятна меньше диаметра катушки. Обычная геометрия катушки — восьмерка или Катушка-бабочка, которая имеет две слегка перекрывающиеся катушки, намотанные друг напротив друга направления (). Эта геометрия производит сосредоточенное поле в точке перекрытия катушек. Независимо от Форма катушки TMS, магнитное поле уменьшается по мере удаления от центра катушки, что означает, что поверхностные структуры мозга будут постоянно получать более сильную стимулом, чем более глубокие структуры мозга (Wagner et al. al.2007).

Электромагнитная индукция может использоваться для управления нейронной активностью. ( a ) Схема электромагнитной индукции в контекст TMS. Катушка бабочки держится над головой человека, а импульсный прикладывается ток, в результате чего возникает быстро увеличивающееся магнитное поле, которое индуцирует ток в головном мозге (из Wagner et al. al. 2007). ( b ) Примеры катушек TMS, одиночных и бабочка (с сайта magstim.com). ( c ) Электромагнитная индукция может быть использована для стимуляции глубоких структур мозга через имплантированные соленоиды миллиметрового размера (от Bonmassar et al.2012). ( d ) Имплантированные устройства могут питаться от электромагнитной индукции. Это устройство может быть имплантировано в животного и выпрямляет индуцированное напряжение от внешнего переменного магнитное поле в постоянный ток, который может стимулировать нейронную активность (из Freeman et al., 2017).

В то время как ТМС не может достичь глубоких структур мозга без стимуляции коркового ткани с большей интенсивностью, имплантация миниатюрных магнитных катушек предлагается в качестве альтернативы электродам DBS.Пример такого устройства состоял соленоида диаметром ~ 1 мм, подключенного проводами к аккумуляторной батарее, и генерировал магнитное поле, которое вызвало электромагнитную индукцию в соседней нервной ткани (). Считается, что это устройство потенциально невосприимчив к возможному отказу, вызванному глиальными рубцами, которые поражают имплантированные электроды из-за того, что индуцированные поля распространяются на несколько сто микрон (Бонмассар и др., 2012). Этот также снизит опасения по поводу безопасности, связанные с электрохимическими реакциями на прямые интерфейсы между электродами и нервной тканью (Park et al.2013, Ли и др. al 2016).

Связанные альтернативы электродам DBS включают имплантированные с индуктивным питанием устройств. В таких устройствах для подключения к внешней первичной обмотке используется измерительная катушка. через взаимную индуктивность, а мощность передается через переменный магнитный поле аналогично трансформатору. Один из примеров миниатюрного Было продемонстрировано, что имплантируемое устройство работает на расстоянии 7,5 см от силовой катушки в модель крысы (). Имеется приблизительный габаритами 2 × 0,5 × 0,5 мм и работает путем выпрямления наведенного напряжения на заданной резонансной частоте (например,г. 10 МГц) для создания постоянного тока электрическое поле, способное деполяризовать соседние нейроны (Freeman et al., 2017). Как и TMS, это устройство полагается на внешнее приложение магнитных полей, но в этом случае поле используется исключительно как источник беспроводного питания для электрического устройства. Другие виды миниатюры имплантированные электрические устройства с индуктивным питанием также были разработаны для Пример для управления светодиодами микромасштаба (μLED) для оптогенетики (Kwon et al. 2015).

МАГНИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Основа для использования магнитных частиц

Методы с использованием магнитных материалов для стимуляции центральной нервной системы система, как правило, полагается на связь магнитных полей с другими стимулами, которые более легко обнаруживается нейрональными биохимическими механизмами.Роль магнитного материал в этом подходе должен обеспечить энергетически правдоподобную ручку на на которое может действовать магнитное поле. Несходство магнитных свойств между магнитный материал и окружающие его ткани служат основой для избирательное влияние поля. Чтобы понять, почему взаимодействие магнитное поле с такими материалами отличается от его взаимодействия с биомолекул или кластеров атомов, полезно рассмотреть происхождение их магнетизм ().

Бланки магнитного заказа.( ) Парамагнетизм: несвязанных спина случайным образом ориентированы в отсутствие приложенного поля, но асимптотически приближаются к полному выравниванию с приложением больших магнитных полей. ( b ) В ферромагнетиков материалов, магнитные моменты самопроизвольно выравниваются чтобы дать материалу чистый магнитный момент. В антиферромагнетик материалы, соседние магнитные моменты выравниваются антипараллельно, чтобы полностью нейтрализовать, что приводит к нулевой чистой намагниченности.В ферримагнетиках материалов, соседние магнитные моменты ориентированы антипараллельно, но имеют неодинаковую величину, что приводит к чистому магнитному моменту материала. ( c ) Одноместный и многодоменные частицы: ниже критического размера, определяемого материалом свойств, все моменты внутри ферромагнитной частицы выровнены. На большем размеры, частицы образуют несколько доменов, чтобы минимизировать их магнитостатические свойства. энергия. Для простоты доменная стенка изображена как резкая; в в действительности, между двумя противоположные домены.( d ) Суперпарамагнетизм: an ансамбль однодоменных частиц ферромагнетика или ферримагнетика имеет нулевую суммарную намагниченность при нулевом приложенном поле, но при приложении умеренные магнитные поля, моменты частиц совпадают с приложенным полем.

Хотя некоторые элементы, такие как железо или редкоземельные металлы, обладают более высокими показателями магнитных моментов, чем у других атомов, их присутствие в системе само по себе не составляют магнит. Магнитное поле, приложенное к совокупности таких атомов, реагируя на эффективную изоляцию друг от друга, приводит к парамагнитным поведение (Каллити и Грэм 2009) ().Это наблюдается в комнате температура в FeO (вюстите), который содержит атомы железа и кислорода в композиция из кристаллов каменной соли. Конкуренция тепловых флуктуаций с энергетическое влияние приложенного магнитного поля определяет степень, в которой такая совокупность моментов соответствует полю. Для парамагнитного материала энергии взаимодействия между полем и отдельными атомами настолько малы что даже такое сильное приложенное поле, как 1T, обычно создает значение намагниченности <1% от насыщения (полное выравнивание).Так как парамагнетизм - это по своей сути слабый эффект, такие материалы неоптимальны ручки для магнитного срабатывания ().

Когда атомы расположены в непосредственной близости, например в кристалле, возможность самопроизвольного упорядочения их магнитных моментов иногда возникает (). Магнитные моменты атомы могут взаимодействовать друг с другом посредством «обмена взаимодействие », квантово-механическое явление, которое может происходить либо между ближайшими соседями или может передаваться через соседние немагнитные атомы (Каллити и Грэм 2009).Так как требует перекрытия волновых функций, обменные взаимодействия между атомами заметны только тогда, когда они разделены субнанометровыми расстояниями. Если это взаимодействие заставляет соседние магнитные моменты в кристалле выстраиваться в параллельно, например, как в объемноцентрированном кубическом кристалле металлического Fe, материал упоминается как «ферромагнитный» (). Если вместо этого обменное взаимодействие диски антипараллельные соосность и их моменты нейтрализуются, материал упоминается как «антиферромагнетик» (), например, FeO при температурах ниже -80 ° C (Fischer et al.2009 г.). Средний Возможны «ферримагнитные» случаи с антипараллельным расположением несходные моменты или антипараллельное выравнивание неравных субпопуляций моменты, так что общая чистая намагниченность сохраняется (). Биоминерализованные кристаллы Fe 3 O 4 (магнетит) и грегит (Fe 3 S 4 ) попадают в эту категорию (Roberts et al. 2011). Кристаллические дефекты и поверхность эффекты в достаточно малых наноразмерных кристаллах могут играть значительную роль в определение свойств.В то время как белковая оболочка ферритина использовалась в качестве сайт зародышеобразования для роста различных синтетических наноматериалов (Jutz et al 2015) у людей и других у млекопитающих его минерализованное ядро ​​5,5-6,0 нм состоит из ферригидрита. (5Fe 2 O 3 9H 2 O) (Chasteen & Harrison 1999). Модель Fe 3+ ионы в кристалле ферригидрита антиферромагнитно упорядочены, но дефекты и поверхностные состояния приводят к неполному сокращению, оставляя слабую остаточную момент приблизительно 300 магнетонов Бора (Jutz et al 2015).Магнитное упорядочение — это эффект, возникающий из структура и не может быть сведена к наличию или отсутствию определенных элементалей составляющие. Приведенные выше примеры парамагнетиков, ферромагнетиков, антиферромагнетики и ферримагнетики получают свои магнитные свойства железа, и все же поведение этих материалов отличается заметно.

В макроскопическом объекте наличие магнитного упорядочения в масштабе кристалла часто не приводит к общей чистой намагниченности.Это потому что в отсутствие приложенного поля магнитостатическая энергия может быть уменьшена через спонтанное образование противоположных доменов (). Эти домены разделены доменами стены, где местная намагниченность постепенно меняется с одного направления на Другая. Эти стены имеют характерную ширину, которая зависит от прочности обменное взаимодействие и другие свойства материала. В частицах много меньше этой ширины, затраты энергии, связанные с формированием доменной стенки перевешивает результирующее снижение магнитостатической энергии, поэтому несколько доменов не образуют.Для магнетита приблизительное ограничение для однодоменного поведения составляет примерно 80 морских миль (Московиц и Банерджи 1979). Примечательно, что в конструкциях с линейными размерами в пределах этого диапазон, может возникнуть поведение, промежуточное между одно- и многодоменным состояниями, включая возможность вихревых состояний (Liu и другие. 2015, Ян и др. 2014).

То, что частица намагничена равномерно, не означает, что его момент сохраняет фиксированное направление. Действительно, моменты достаточно мелкие частицы быстро колеблются относительно своих кристаллических осей со скоростью который экспоненциально уменьшается с увеличением объема частицы для данного температура (Neél 1949).Когда магнитное поле применяется, если масштаб времени больше, чем характерный скорости колебаний, популяция этих частиц будет вести себя аналогично парамагнетизму, с тем важным отличием, что насыщение происходит в поле величины в тысячи или десятки тысяч раз меньше (от миллитесла до десятков миллитесла) в зависимости от их объема и намагниченности материала (). Такое поведение известно как «Суперпарамагнетизм», потому что популяция одного домена магнитные наночастицы действуют как совокупность магнитных моментов, которые индивидуально во много тысяч раз больше, чем у отдельных атомов (Бин и Ливингстон, 1959).

Именно эти большие эффективные моменты стали возможны благодаря ферро- или ферримагнитный порядок в кристаллах, который делает эти частицы такими полезными для внешняя магнитная манипуляция. Это отражается в цепях высокого качества, биоминерализованные наночастицы магнетита или грегита, полученные естественным отбором благоприятствует магнитотактическим бактериям (Moskowitz et al. al. 1993, Schüler & Франкель 1999, Faivre & Schüler 2008).

Синтез магнитных наночастиц

Наблюдение за тем, что высококачественные магнитные наночастицы могут быть генерируемые клетками, давали надежду на то, что необходимые гены могут быть переданы к клеткам млекопитающих, чтобы искусственно вызвать магниторецепцию.Это видение не еще реализовано, но был достигнут некоторый прогресс, в том числе введение Синтез наночастиц оксида железа в мезенхимальных стволовых клетках человека (Elfick et al., 2017). Один барьер для трансфекция клеток мозга магнитосомными генами in vivo — это их большой размер, что представляет собой проблему для их упаковки в вирусные векторы.

Альтернативой генетической инженерии клеток для производства магнетита является для введения синтетического магнетита в организм, например, путем инъекции раствор наночастиц магнетита непосредственно в целевой области мозга (Chen et al.2015, Мунши и др. 2017). Наночастицы магнетита могут быть синтезируется различными способами, каждый из которых имеет определенные преимущества. За Например, соосаждение с дешевыми затратами дает большие количества магнетита и гидротермальные методы могут создавать интересные морфологии, например, пустотелые структур (Ву и др., 2015). Достигать высокая степень однородности размеров и высокая намагниченность насыщения (мера магнитных моментов частиц) высокотемпературный тепловой методы разложения часто являются предпочтительными (Kim и другие.2009 г., Park et al. 2004 г.). При термическом разложении синтеза раствор высококипящего точечные органические растворители и металлоорганический прекурсор (например, олеат железа или железо ацетилацетонат) нагревают до разложения металлоорганического прекурсор приводит к зарождению и росту наночастиц оксида железа (van Embden et al. 2015). Выбирая растворители, которые подвергаются радикальному разложению, способствуя окислительной среде, можно стимулировать получение фазово-чистого Fe 3 O 4 (Chen et al.2016, Hufschmid et al. 2015). Магнитные свойства на наночастицы можно влиять не только путем изменения их формы и размеров. но также путем введения других атомов переходных металлов, включая Co, Mn и Zn. Частичное замещение Fe 2+ на Zn 2+ позволяет увеличенная намагниченность насыщения по сравнению с магнетитом (Jang et al. 2009, Noh и другие. 2012), два других атома обычно используются для модификации магнитная анизотропия, свойство, которое обсуждается более подробно ниже в контекст нагрева наночастиц.Сродни чистому магнетиту, третичный феррит наночастицы, легированные этими атомами (Me x Fe 3-x O 4 , Me = Mn, Co, Zn) легко производится путем термического разложения с такой же высокой однородностью и кристалличность (Сан и др. 2004, Чен и др. 2013).

Магнитомеханические методы

Магнитные наночастицы в однородном магнитном поле испытывают крутящий момент который притягивает их намагниченность в направлении приложенного поля, и магнитные наночастицы в градиенте магнитного поля испытывают поступательное силу (как в магнитном пинцете) ().Эти два механизма взаимодействия магнитных наночастиц с магнитные поля позволяют частицам прикрепляться к биомолекулам, органеллам и клеткам приложить силы к этим конструкциям (Панкхерст и другие. 2003 г., Monzel et al. 2017). Сенсорные нейроны периферической нервной системы экспрессируют механочувствительные ионные каналы, отвечающие за осязание, баланс (через нейроны внутреннего уха) и болезненное давление (Delmas et al. 2011, Coste et al. 2010) (). Механочувствительные ионные каналы открываются в ответ на натяжение мембраны или непосредственно приложенная механическая сила.В принципе, сродни опсинам в оптогенетике. и дизайнерские рецепторы в хемогенетике, эти каналы могут быть трансфицированы в центральную нервную систему, чтобы обеспечить опосредованное магнитными наночастицами силовое управление нервной системой.

Стратегии использования синтетических наноматериалов для нейрональной стимуляции с магнитными полями. ( a ) Силы могут быть приложены к магнитному частицы в сильно неоднородных полях, и вращающие моменты могут быть созданы, если частицы проявляют анизотропию. ( b ) Магнитоэлектрические композитные наночастицы связать деформацию, возникающую в результате магнитострикции их сердечника, с пьезоэлектрическая оболочка, изменяющая электрическую поляризацию.( c ) Запаздывание реакции намагничивания на приложенное переменное магнитное поле, которое может быть графически представлено гистерезисом петли, приводит к рассеиванию тепла. ( d ) Сила или крутящий момент могут быть используется для активации механочувствительных ионных каналов. ( e ) Магнитоэлектрические композитные частицы, в принципе, могут быть использованы для запуска отклик потенциалзависимых ионных каналов. ( f ) Белки чувствительных к температуре каналов могут активироваться за счет тепла, рассеиваемого магнитные наночастицы, будь то наноразмерные или объемные эффекты.( г ) Тепло также может использоваться для запуска высвобождения химические агонисты или антагонисты, активирующие ионные каналы.

Использование магнитных наночастиц для активации механочувствительных ионов каналов было продемонстрировано in vitro с помощью исследований патч-зажима (Hughes et al. 2007) и визуализации кальция (Lee et al. 2014, Tay et al. 2017). Эти исследования опирались на устройства, похожие на магнитные пинцеты (Seo et al. al. 2016), которые создают высокие градиенты магнитного поля порядка 100 т / м. Это означает, что стимулируемые клетки должны находиться близко друг к другу. близость к магнитным элементам (от 10 до 100 микрон), и для этого причина того, что подход с сильным градиентом магнитного поля не может быть легко преобразован в исследования in vivo.

Напротив, можно создавать слабоградиентные магнитные поля над объемы, достаточные для размещения человека, например, магниты для МРТ. В виде отмечалось выше, однородные магнитные поля могут оказывать крутящий момент на магнитные наночастицы, особенно анизотропные. Этот подход, основанный на крутящем моменте, был используется для запуска некроза раковых клеток с использованием как анизотропных частиц, таких как как диски (Kim et al. 2009, Shen et al. 2017), а также цепочки изотропные частицы (Cheng et al.2017) в сочетании с низкочастотными однородными полями (<20 Гц) 10 мТл в амплитуда.По аналогии с магнитотермической нервной стимуляцией, которая была изначально вдохновленный лечением рака магнитной гипертермией, магнитомеханическая нервная стимуляция может работать наиболее эффективно при адаптации этого основанный на крутящем моменте подход к разрушению опухоли и снижение прилагаемых сил до физиологически безопасные уровни.

Еще одно интересное применение магнитных наночастиц в качестве силы. преобразователи находятся в каркасах для регенерации нейронов, которые могут быть задействованы без проводов. Нейроны реагируют на механические сигналы (Lamoureux et al. al.2002), а регенерация нервной системы может быть усилена механическим срабатывания (Смит и др. 2001, Абрахам и др. 2018). Прототип нейронной созданы регенерационные каркасы, приводимые в действие магнитными наночастицами. которые усиливают рост культивируемых сенсорных нейронов (Tay et al. 2018). В их состав входят гидрогели. пропитаны магнитными наночастицами, которые периодически растягиваются в ответ на периодическое приложение и удаление магнитного поля, действующего на нейроны. В будущем, возможно, появится возможность имплантировать такие каркасы для мостовидного нерва. травм, а затем наружно и неинвазивно применить медленно меняющийся магнитный поле для приведения в действие каркаса и стимулирования роста.Такие гидрогелевые каркасы могут быть рассасываемым, и, таким образом, магнитное срабатывание позволит устройствам, удаленно и не требуют эксплантации.

Магнитоэлектрические композиты

Поскольку все нейроны выражают управляемые по напряжению ионные каналы, которые необходим для распространения потенциала действия, может быть полезно разрабатывать наноматериалы, способные преобразовывать внешние магнитные поля в локализованные электрические поля в окрестности мембраны в масштабе соответствующий клеточный аппарат (Kargol et al.2012 г., Юэ и др. 2012) (,). Этот метод не основан на электромагнитной индукции, которая принципиально электродинамический по своему характеру, вместо этого находя свою основу в квазиэлектростатическое и квазимагнитостатическое поведение. По сути магнитоэлектрических материалов связь обычно слабая и проявляется только при температуры намного ниже, чем физиологическая среда (Brown et al. 1968). Магнитоэлектрический (мультиферроик) композиты предлагают более реальный подход и сочетают в себе материал, в котором деформация и намагниченность связаны (магнитострикция) с материалом, в котором деформация и электрическая поляризация связаны (пьезоэлектричество) (Nan et al.2008 г.). Напряжение внутри композитная структура затем связывает намагниченность и электрическую поляризацию (). На практике макроскопические версии таких композитов, демонстрирующих высокие коэффициенты связи, обычно работают на механический резонанс, чтобы максимизировать амплитуду деформации (Нан и др., 2008). Напротив, исследования, направленные на применять магнитострикционно-пьезоэлектрические наноразмерные композиты для нервной стимуляции прогнали эти частицы с помощью медленно меняющихся магнитных полей с частотами от 0 до 20 Гц и амплитуды 10 мТл (Guduru et al.2015). Поскольку магнитоэлектрический отклик композит может быть ограничен свойствами материала любого компонента, это важно выбирать компоненты, которые обладают сильной магнитострикцией и пьезоэлектрический. К сожалению, многие сильно пьезоэлектрические материалы содержат свинец, что вызывает опасения по поводу токсичности при использовании в биологических условиях. Композитный наночастицы, предназначенные для нервной стимуляции на этапе исследования эксперименты включали CoFe 2 O 4 в качестве магнитострикционный компонент и BaTiO 3 в качестве пьезоэлектрического компонента (Гудуру и др.2015).

Магнитотермические методы

Ряд малоинвазивных стратегий нервной стимуляции недавно появились, которые прямо или косвенно используют рассеиваемое тепло магнитными наночастицами в переменных магнитных полях с частотами в диапазоне от десятков кГц до низких МГц и амплитуд в десятки мТл. Этот нагрев возникает из-за работы, выполняемой магнитным моментом против диссипативных сил во время циклического отклика намагничивания (). Эти диссипативные силы могут включать трение с окружающей жидкой средой, когда вся частица физически вращается с вектором намагниченности или процессами затухания внутри кристалла, когда вектор намагниченности вращается независимо от движения частицы (Rosensweig, 2002).Какой из этих происходит быстрее, будет доминировать над поведением системы, но последнее имеет тенденцию преобладать, когда амплитуды переменного магнитного поля достаточно большой. Это связано с тем, что наночастицы демонстрируют предпочтительную ориентацию своих магнитный момент по отношению к кристаллу, явление, называемое «Анизотропия», а приложенные поля снижают энергетические барьеры разделение предпочтительных осей (Neél 1949 г.). Симметрия этих «легких топоров» и на высоту разделяющих их энергетических барьеров могут влиять свойства кристалл, форма частицы (Усов и Barandiaran 2012), штамм (Suzuki et al. al 1999), или поверхностные эффекты (Peddis et al 2008).Среди частиц с аналогичными свойствами материала и различного размера, барьер анизотропии приблизительно масштабируется с объемом (Neél 1949), что помогает объяснить решающее значение контроля размера и монодисперсности для синтетически произведенные магнитные наночастицы.

При просмотре магнитных наночастиц с макроскопической точки зрения периодическая задержка в реакции между их усредненной по населению намагниченностью и быстро переменное магнитное поле имеет удобное графическое представление в форма петель гистерезиса, которые принимают форму, отражающую конкретную реакция намагничивания.Несмотря на различия, модели, описывающие тепловыделение магнитных наночастиц предсказывает петли гистерезиса и находит их площадь, которая соответствует энергии, рассеиваемой за цикл поля. Примеры общих моделей с разными областями применимости включают линейные модели. теория отклика (действительна при малых амплитудах поля по сравнению с методом Стонера-Вольфарта коэрцитивное поле, «поле анизотропии») (Rosensweig 2002), динамический гистерезис (действительно при частоты низкие по сравнению с прецессией момента частицы) (Carrey et al.2011) и стохастический Модели Ландау-Лифшица-Гильберта (наиболее общие, но все еще содержащие упрощающие предположения) (Усов, 2010).

Сравнение пригодности ферримагентных частиц для отвода тепла к биомолекулам и слабомагнитным наночастицам, таким как ферригидритовое ядро ферритина можно ожидать, учитывая влияние их магнитного свойства на петлях гистерезиса. Наночастица магнетита диаметром 20 нм. содержит ~ 500000 атомов железа в ферримагнитной решетке обратной шпинели.Это ферримагнитное упорядочение приводит к более высокой намагниченности по сравнению с другими фазы оксида железа, растянутые по шкале вертикальной оси. Анизотропия энергетический барьер увеличивается с увеличением объема частицы и позволяет коэрцитивные поля при достаточно больших приложенных амплитудах. Оба из них воздействия имеют тенденцию увеличивать площадь петли гистерезиса и приводить к увеличению рассеиваемая мощность. Напротив, ферригидритовый сердечник из ферритина, содержащий ~ 2500 атомов железа демонстрируют низкую намагниченность насыщения, которая возникает только из-за малого количества нескомпенсированных спинов в дефектах кристалла его в противном случае антиферромагнитное устройство.Кроме того, его малая анизотропия барьер, о чем свидетельствует низкая температура блокировки 40K, гарантирует, что он должен ожидается, что практически не будет гистерезиса при физиологических температурах (Честин и Харрисон, 1999).

Локальное повышение температуры может вызвать реакцию белки термочувствительных каналов, такие как TRPV1, и несколько исследований продемонстрировали стимуляцию после инъекций магнитных наночастиц и вирусная доставка трансгенов trpv1 (Huang et al.2010, Стэнли и др. 2012 г., Chen et al. 2015). Приложения, использующие гистерезисное рассеивание тепла, могут быть разделены на две категории: те, которые полагаются на эффекты объемного нагрева, и те, опираясь на эффекты нагрева в наномасштабе (). Для первого требуется высококонцентрированная и локализованная капля. введенных наночастиц для нагрева себя и окружающей ткани, а также в сочетании с экспрессией TRPV1 это было продемонстрировано как жизнеспособный подход для нейромодуляции (Chen et al. 2015). С другой стороны, возможность нагрева на нанометровом уровне менее интуитивно понятна, если учитывая влияние масштабных соотношений на ожидаемую поверхность температура рассеивающей тепло наноразмерной сферы.Действительно, экстраполяция макроскопические уравнения переноса тепла в наномасштабе предполагают быстрое уравновешивание в масштабе времени в сотни наносекунд и бесконечно малое изменение температуры, которое уменьшается обратно пропорционально расстоянию (Keblinski et al. 2006, Meister 2016). Тем не менее, растущий и разнообразный совокупность экспериментальных данных противоречит этому прогнозу, вместо этого предполагая что температуры на наноразмерных границах раздела достигают установившегося состояния гораздо медленнее (секунды или даже десятки секунд) и может достичь эффективной температуры увеличивается на 10 с ° C в нанометровом диапазоне от наночастицы поверхности перед тем, как быстро погрузиться в раствор (Huang et al.2010 г., Ридингер и др. 2013, Донг и Цинк 2014).

Использование наноразмерного нагрева для беспроводного управления откликом белки термочувствительных каналов нейромодуляции предшествуют не только общий подход к нагреванию для нейромодуляции, но также и большая часть работы, которая недавно были получены убедительные доказательства наноразмерного нагрева в аналогичных ситуации. В принципе, главное преимущество систем на основе наноразмеров нагрев состоит в том, что они требуют меньшего количества магнитного материала и избегают объемное тепловое воздействие на окружающие ткани.Эта работа часто включает таргетинг фрагменты, которые связывают магнитные наночастицы с клеточными мембранами или даже термочувствительный канал, конструктивная особенность, соответствующая непосредственной близости что, по-видимому, является необходимым условием для того, чтобы эффекты нагрева в нанометровом масштабе были актуальными. (Хуанг и др., 2010 г., Стэнли и др., 2012 г.). Техника была продемонстрировано, что запускает TRPV1 и управляет нейронной активностью и поведенческими реакциями в бодрствующем состоянии, свободно передвигающиеся мыши (Munshi et al. 2017). Совсем недавно это понятие было расширено до нейронного торможения. путем активации регулируемого по температуре хлоридного канала TMEM16A (Munshi et al.2018), предлагая путь к двунаправленная нейромодуляция, аналогичная хлоридным каналам, используемым для оптогенетика (Deisseroth 2015).

Наноразмерные эффекты гистерезисного нагрева также использовались как средство запуска высвобождения химических грузов с различных носителей, в том числе термочувствительные липосомы (Amstad et al. 2011) (), мезопористый частицы кремнезема (Rühle et al. 2016), а отдельные магнитные наночастицы функционализированы термолабильные связи (Riedinger et al.2013). Если выделяемые химические вещества могут действовать как агонист или антагонист для канального белка, тогда можно связать магнитные стимул к химическому срабатыванию или подавлению нейрональной активности, опосредованный теплом. Эта концепция была продемонстрирована для in vitro, когда агонист TRPV1, аллилизотиоцианат, закрепленный на поверхности магнитного наночастицы через термочувствительные азидные связи использовались для стимуляции нейронов. экспрессирующие этот катионный канал (Romero et al.2016). Хотя этот подход был концептуально многообещающим, он был ограничен полезные нагрузки, подходящие для химического синтеза с поверхностями наночастиц с помощью термического лабильные связи, и количество, доступное для выпуска, было быстро исчерпано. Дальнейшая работа в этой области может способствовать дальнейшему развитию концепции за счет использования схемы выпуска, которые менее химически ограничены и сосредоточены на пары рецептор-агонист, которые чутко и последовательно реагируют на широкий спектр концентраций.

В ближайшие годы понимание физики, лежащей в основе наночастиц рассеивание тепла в магнитных полях может дать возможность продлить срок службы функциональность этих методик.Например, модели динамического гистерезиса имеют выявили возможность магнитотермического мультиплексирования, возможность селективно нагревают магнитные наночастицы с различными физическими или химическими свойств с использованием различных условий переменного магнитного поля (Christiansen et al. 2014). Это может позволить двунаправленное нейронное управление, будь то активация отдельного выпуска возбуждающие и ингибирующие соединения от носителей или избирательно активирующие TRPV1 или TMEM16A.

Пространственная избирательность воздействия магнитотермическими методами. в настоящее время ограничивается локализацией инъекции, но в обозримом будущем существуют возможности для более точного таргетинга благодаря наложению магнитостатические градиентные поля.Для такой конфигурации в регионах с большой магнитостатический вклад, чистое поле будет колебаться со смещением и магнитные наночастицы останутся насыщенными и в значительной степени не будут реагировать на накладывается переменная составляющая поля. В точке или на линии, где исчезнет магнитостатическое поле, магнитные наночастицы смогут подвергаются гистерезисному рассеиванию тепла. Точно такое же наложение переменные и статические магнитные поля в настоящее время используются в магнитных визуализация частиц для отделения сигнала от вокселей (Knopp & Buzug 2014), хотя амплитуду и частоту переменного поля необходимо увеличить.Эффективно создавая сильные переменные магнитные поля на частотах в сотни кГц в медицинских значимых рабочих объемах нетривиально, там не является фундаментальным препятствием для масштабирования (Christiansen et al., 2017), и эти технические возможности для методы мультиплексной и сайт-специфической нейромодуляции могут стимулировать дальнейшее развитие разработка необходимого инструментария.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПРОГНОЗ

Магнитные поля обеспечивают беспрецедентный доступ к процессам передачи сигналов возникающие на произвольной глубине внутри тела из-за пренебрежимо малого магнитного проницаемость и низкая проводимость тканей.Использование энергии магнитного поля как средства для управления нейрональной активностью, однако, требует передачи незаметного магнитные поля в стимулы, способные вызывать эндогенные или генетические сконструированные сигнальные каскады внутри этих клеток. Загадочное магнитовосприятие мигрирующие животные продолжают вдохновлять на энергичный поиск генетически закодированных оборудование, которое непосредственно реагирует на магнитные поля. Криптохром-зависимый механизм радикальной пары, предложенный в основе чувствительности магнитного компаса у птиц и насекомые, по-видимому, нуждаются в оптическом раздражении и, следовательно, не могут быть реализованы внутри тела без имплантированных источников света.Магнитосомы производства магнитотактические бактерии, в то время как они подходят для преобразования слабых магнитных полей в механические или тепловые раздражители, требуют слишком большого количества генетического материала для доставляться одним вирусным вектором.

Параллельно с фундаментальным исследованием биологической магниторецепции, использование синтетические наноматериалы являются многообещающим и постоянно расширяющимся средством контроля нейронных Мероприятия. Магнитные наночастицы могут опосредовать взаимодействие между магнитными полями. и клеточные механизмы, способные реагировать на тепло, силы и химические раздражители.Методы магнитной нейромодуляции во многих случаях могут быть реализованы без трансгены, полагаясь исключительно на эндогенно экспрессируемые ионные каналы у млекопитающих нейроны. Кроме того, рассматриваются наноматериалы, состоящие из магнетита. биосовместимость с известными примерами использования в качестве одобренных контрастных агентов для МРТ (Wang 2011) и многообещающие средства лечения опухоли головного мозга в недавнем клиническом исследовании фазы II (van Landeghem et al 2009). Одна нерешенная проблема — это доставка наноматериал к мишеням в головном мозге, который в настоящее время требует непосредственной инъекции.Хотя это не является серьезной проблемой для экспериментов на животных моделях, необходимость в прямая инъекция в нервную ткань может замедлить трансляцию в противном случае Перспективные методы магнитной нейромодуляции для клинического применения. Поставленные задачи путем доставки через гематоэнцефалический барьер являются предметом активных исследований, и ряд стратегий, включая моновалентные антитела (Niewoehner et al. 2014) и временную проницаемость барьер со сфокусированным ультразвуком (Hynynen et al. 2001, Szablowski et al.2018) или химические соединения (Cosolo et al. 1989) недавно появились, чтобы помочь транспорту молекул или вирусов, вводимых системно. Такие методы могут потребовать дополнительной инженерии для учета размеров магнитных наночастицы, необходимые для эффективного преобразования магнитных полей в тепловые (десятки нм), электрический (от десятков до сотен нм) или механический (сотни нм) стимулы.

Растущий интерес к подходам к магнитной нейромодуляции требует пристального внимания взаимодействие между физиками, химиками, инженерами и нейробиологами с целью оценить преимущества и преодолеть проблемы, связанные с этими методами.Понимание биофизических механизмов, управляющих трансдукцией магнитных стимулы в клеточные ответы важны не только для доставки надежных и надежные инструменты магнитной нейромодуляции для базового сообщества нейробиологов, но они являются ключевыми доработать эти инструменты в качестве будущих средств понимания и лечения болезней нервная система.

ССЫЛКИ

  • Abraham J-A, Linnartz C, Dreissen G, Springer R, Blaschke S, et al. 2018. Направление роста нейронов и сети формирование нейронов коры головного мозга крысы циклическим субстратом потягиваться.Langmuir [PubMed] [Google Scholar]
  • Amstad E, Kohlbrecher J, Müller E, Schweizer T., Textor M, Reimhult E. 2011. Триггерное высвобождение из липосом посредством магнитного срабатывания наночастиц оксида железа, содержащих Мембраны. Nano Lett. 11: 1664–70 [PubMed] [Google Scholar]
  • Аникеева П., Ясанов А. 2016. Магнитогенетика: проблемы со спиной конверта. электронная жизнь 5: e19569. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Bean CP, Livingston JD. 1959 г. Суперпарамагнетизм.J. Appl. Phys. 30: S120 – S29 [Google Scholar]
  • Бергманн Т.О., Карабанов А., Хартвигсен Г., Тильшер А., Зибнер HR. 2016 г. Комбинирование неинвазивных транскраниальных стимуляция мозга с помощью нейровизуализации и электрофизиологии: Current подходы и перспективы на будущее. NeuroImage 140: 4–19 [PubMed] [Google Scholar]
  • Bonmassar G, Lee SW, Freeman DK, Polasek M, Fried S, Gale JT. 2012 г. Микроскопическая магнитная стимуляция нервная ткань. Nat. Comm. 3: 921 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Brown WF, Hornreich RM, Shtrikman S.1968 г. Верхняя граница магнитоэлектрика. Восприимчивость. Phys. Ред. 168: 574–77 [Google Scholar]
  • Брунони А. Р., Чаймани А., Моффа А. Х., Разза Л. Б., Гаттаз В. Ф. и др. 2017 г. Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция для острого лечения серьезных депрессивных эпизодов Систематический обзор С помощью сетевого мета-анализа. JAMA Психиатрия 74: 143–153 [PubMed] [Google Scholar]
  • Керри Дж., Мехдауи Б., Респод М. 2011. Простые модели динамического гистерезиса петлевые расчеты магнитных однодоменных наночастиц: приложение к оптимизация магнитной гипертермии.J. Appl. Phys. 109: 083921 [Google Scholar]
  • Катерина MJ, Шумахер MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. 1997. Рецептор капсаицина: a активируемый нагреванием ионный канал в болевом пути. Природа 389: 816. [PubMed] [Google Scholar]
  • Честин Н.Д., Харрисон П.М. 1999 г. Минерализация ферритина: An Эффективные средства хранения железа. J. Struct. Биол. 126: 182–94 [PubMed] [Google Scholar]
  • Чен Р., Кристиансен М.Г., Аникеева П. 2013. Максимизация гистерезисных потерь в Магнитные наночастицы феррита с помощью модельно-управляемого синтеза и материалов Оптимизация.САУ Нано 7: 8990–9000 [PubMed] [Google Scholar]
  • Чен Р., Кристиансен М.Г., Сураков А., Мор А., Мацумото Ю. и др. 2016 г. Высококачественные наночастицы феррита через Настройка неводной окислительно-восстановительной фазы. Nano Lett. 16: 1345–1351 [PubMed] [Google Scholar]
  • Чен Р., Ромеро Дж., Кристиансен М.Г., Мор А., Аникеева П. 2015. Беспроводной магнитотермический глубокий мозг стимуляция. Наука 347: 1477–80 [PubMed] [Google Scholar]
  • Чен Р., Ромеро Дж., Кристиансен М.Г., Мор А., Аникеева П. 2015.Беспроводной магнитотермический глубокий мозг стимуляция. Наука 347: 1477–1480 [PubMed] [Google Scholar]
  • Chen S, Weitenmier AZ, Zeng X, Linmeng H, Wang X и др. 2018. Стимуляция глубокого мозга в ближнем инфракрасном диапазоне с помощью оптогенетика, опосредованная наночастицами с повышением конверсии. Наука 359: 679–684 [PubMed] [Google Scholar]
  • Cheng Y, Muroski ME, Petit DCMC, Mansell R, Vemulkar T, et al. 2017 г. Вращающееся магнитное поле вызывало колебания магнитные частицы для механического разрушения in vivo злокачественных глиома.J. Control. Выпуск 223: 75–84 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Christiansen MG, Howe CM, Bono DC, Perreault DJ, Anikeeva P. 2017. Практические методы создания переменные магнитные поля для биомедицинских исследований. Rev. Sci. Instrum. 88: 084301. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Christiansen MG, Senko AW, Chen R, Romero G, Anikeeva P. 2014. Магнитно-мультиплексный нагрев однодоменные наночастицы. Прил. Phys. Lett. 104: 213103 [Google Scholar]
  • Cosolo WC, Martinello P, Louis WJ, Christophidis N.1989 г. Нарушение гематоэнцефалического барьера с помощью маннитол: динамика и электронно-микроскопические исследования. Являюсь. J. Physiol. 256: 443–447 [PubMed] [Google Scholar]
  • Косте Б., Матур Дж., Шмидт М., Эрли Т.Дж., Ранаде С. и др. 2010 г. Piezo1 и Piezo2 являются важными компонентами отчетливые механически активируемые катионные каналы. Наука 330: 55–60 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Cullity BD, Graham CD. 2009 г. Введение в магнитные материалы. Хобокен, Нью-Джерси: Джон Уайли и Сыновья, Inc.[Google Scholar]
  • Deisseroth K 2015 г. Оптогенетика: 10 лет микробных опсинов в нейробиология. Nat. Neurosci. 18: 1213–1225 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Delmas P, Hao Jizhe, Rodat-Despoix L. 2011. Молекулярные механизмы механотрансдукция в сенсорных нейронах млекопитающих. Nat. Rev. Neurosci. 12: 139–153 [PubMed] [Google Scholar]
  • Dong J, Zink JI. 2014 г. Измерение температуры Внутренности магнитно-нагретых наночастиц. ACS Нано 8: 5199–207 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Эдельман Н.Б., Фриц Т., Нимпф С., Пихлер П., Лауэрс М. и др.2015 г. Нет доказательств наличия внутриклеточного магнетита в предполагаемые магниторецепторы позвоночных, идентифицированные с помощью магнитного скрининг. PNAS 112: 262–67 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Элфик А., Ришитор Г., Моорас Р., Азфер А., Лунгаро Л. и др. 2017 г. Биосинтез магнитных наночастиц с помощью мезенхимальные стволовые клетки человека после трансфекции магнитотактическим бактериальный ген mms6. Sci. Представитель 7: 39755. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • van Embden J, Chesman ASR, Jasieniak JJ.2015 г. Тепловой синтез коллоидных нанокристаллы. Chem. Матер. 27: 2246–2285 [Google Scholar]
  • Энгельс С., Шнайдер Н.Л., Лефельдт Н., Хайн С.М., Запка М. и др. 2014 г. Антропогенный электромагнитный шум мешает магнитный компас ориентации у перелетной птицы. Природа 509: 353. [PubMed] [Google Scholar]
  • Faivre D, Schüler D. 2008. Магнитотактические бактерии и магнитосомы. Chem Rev. 108: 4875–4898 [PubMed] [Google Scholar]
  • Фишер Г., Дане М., Эрнст А., Бруно П., Людерс М. и др.2009 г. Обменная муфта из переходного металла монооксиды: Расчеты электронной структуры. Phys. Ред. B 80: 014408 [Google Scholar]
  • Freeman DK, O’Brien JM, Kumar P, Daniels B, Irion RA, et al. 2017 г. Субмиллиметровая нейронная система с индуктивным питанием стимулятор. Фронт. Neurosci. 11: 659. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Fuchs F, Landers EU, Schmid R, Wiesinger J. 1998. Ток молнии и магнитное поле параметры, вызванные ударами молнии в высокие конструкции, относящиеся к вмешательство электронных систем.IEEE Trans. Электромагнит. Compat. 40: 444–51 [Google Scholar]
  • Gegear RJ, Casselman A, Waddell S, Reppert SM. 2008 г. Криптохром опосредует светозависимый магниточувствительность у дрозофилы. Природа 454: 1014. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Гилдер С.А., Вак М., Кауб Л., Роуд С.К., Петерсен Н. и др. 2018. Распределение носителей магнитной намагниченности в человеческий мозг. Sci. Rep. 8: 11363. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Gould JL, Kirschvink JL, Deffeyes KS.1978 г. У пчел есть магнит Остаточность. Наука 201: 1026–28 [PubMed] [Google Scholar]
  • Гроссман Н., Боно Д., Дедич Н., Кодандарамайя С.Б., Руденко А. и др. 2017 г. Неинвазивная глубокая стимуляция мозга с помощью временные интерферирующие электрические поля. Клетка 169: 1029–1041 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Гудуру Р., Лян П., Хонг Дж., Родзински А., Хаджихани А. и др. 2015 г. Магнитоэлектрический «спин» на стимуляция мозга. Наномедицина 10: 2051–61 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Holland RA.2010 г. Дифференциальные эффекты магнитного импульсы на ориентацию естественно мигрирующих птиц. J. R. Soc., Интерфейс 7: 1617–25 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Hore PJ, Mouritsen H. 2016. Радикально-парный механизм Магниторецепция. Анну. Rev. Biophys. 45: 299–344 [PubMed] [Google Scholar]
  • Хуанг Х., Деликанли С., Цзэн Х., Ферки Д.М., Pralle A. 2010. Дистанционное управление ионными каналами и нейроны за счет нагрева наночастиц магнитным полем. Nat. Nanotechnol.5: 602–06 [PubMed] [Google Scholar]
  • Hufschmid R, Arami H, Ferguson RM, Gonzales M, Teeman E, et al. 2015 г. Синтез фазово-чистого и монодисперсного железа. наночастицы оксида путем термического разложения. Наномасштаб 7: 11142–11154 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Хьюз С., МакБейн С., Добсон Дж., Эль-Хадж А.Дж.. 2007 г. Выборочная активация механочувствительные ионные каналы с использованием магнитных частиц. J. R. Soc. Интерфейс 5: 855–863 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Хайнинен К., МакДаннольд Н., Выходцева Н., Джолеш Ф.А.2001 г. Неинвазивная МРТ под контролем очаговое открытие гематоэнцефалического барьера у кроликов. Радиология 220: 640–646 [PubMed] [Google Scholar]
  • Jang JT, Nah H, Lee JH, Moon SH, Kim MG, Cheon J. 2009. Критическое улучшение контрастности МРТ и гипертермические эффекты с помощью магнитного наночастицы. Энгью. Chem. Int. Эд. 48: 1234–1238 [PubMed] [Google Scholar]
  • Johnsen S, Lohmann KJ. 2005 г. Физика и нейробиология магниторецепция. Nat. Rev. Neurosci. 6: 703–712 [PubMed] [Google Scholar]
  • Jutz G, van Rijn P, Santos Miranda B, Böker A.2015 г. Ферритин: универсальный строительный блок для бионанотехнологий. Chem. Ред. 115: 1653–701 [PubMed] [Google Scholar]
  • Kalmijn A 1981 г. Биофизика геомагнитного поля обнаружение. IEEE Trans. Magn. 17: 1113–24 [Google Scholar]
  • Каргол А., Малкински Л., Карунту Г. 2012. Биомедицинское применение мультиферроидные наночастицы In Adv. Magn. Mater: InTech [Google Scholar]
  • Keblinski P, Cahill DG, Bodapati A, Sullivan CR, Taton TA. 2006 г. Пределы локального обогрева по электромагнитно возбужденные наночастицы.J. Appl. Phys. 100: 054305 [Google Scholar]
  • Ким Д.-Х, Рожкова Е.А., Уласов И.В., Бадер С.Д. Радж Т. и др. 2009 г. Биофункциональные магнитно-вихревые микродиски для направленного разрушения раковых клеток. Nat. Матер. 9: 165–171 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Kim D, Lee N, Park M, Kim BH, An K, Hyeon T. 2009. Синтез однородного ферримагнетика. нанокубы из магнетита. Варенье. Chem. Soc. 131: 454–455 [PubMed] [Google Scholar]
  • Киршвинк Дж. Л., Кобаяши-Киршвинк А., Вудфорд Б. Дж..1992 г. Биоминерализация магнетита в человеческий мозг. PNAS 89: 7683–87 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Киршвинк Дж. Л., Уокер М. М., Чанг С. Б., Дизон А. Э., Петерсон К. А.. 1985 г. Цепочки однодоменного магнетита частицы в чавычи, Oncorhynchus tshawytscha. J. Comp. Physiol. А 157: 375–81 [Google Scholar]
  • Киршвинк JL, Уокер MM, Diebel CE. 2001 г. На основе магнетита магниторецепция. Curr. Opin. Neurobiol. 11: 462–67 [PubMed] [Google Scholar]
  • Кишкинев Д., Чернецов Н., Пахомов А., Хейерс Д., Моуритсен Х.2015 г. Евразийские камышевки компенсируют виртуальное магнитное смещение. Curr. Биол. 25: R822 – R24 [PubMed] [Google Scholar]
  • Кнопп Т., Бузуг TM. 2012 г. Магнитная визуализация частиц: введение принципам визуализации и аппаратуре сканера. Springer Science & Business Медиа [Google Scholar]
  • Kwon KY, Lee H-M, Ghovanloo M, Weber A, Li W. 2015. Дизайн, изготовление и упаковка интегрированный массив оптродов с беспроводным питанием для оптогенетики применение. Фронт.Syst. Neurosci. 9: 69. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • LaBelle J, Treumann RA. 2002 г. Авроральное радиоизлучение, 1. Шипение, Рев и всплески. Космические науки. Ред. 101: 295–440 [Google Scholar]
  • Lamoureux P, Ruthel G, Buxbaum RE, Heidermann SR. 2002 г. Механическое напряжение может указывать на аксональные судьба в нейронах гиппокампа. J. Cell Biol. 159: 499–508 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • van Landeghem FKH, Maier-Hauff K, Jordan A, Hoffmann K-T, Gneveckow U, et al.2009 г. Патологоанатомические исследования пациентов с глиобластомой лечится термотерапией с использованием магнитных наночастиц. Биоматериалы 30: 52–57 [PubMed] [Google Scholar]
  • Ли Дж.Х., Ким Дж.В., Леви М., Дао А., Но С.Х. и др. 2014 г. Магнитные наночастицы для сверхбыстрой механический контроль волосковых клеток внутреннего уха. ACS Нано 8: 6590–6598 [PubMed] [Google Scholar]
  • Lee SW, Fallegger F, Casse BDF, Fried SI. 2016 г. Имплантируемые микрокатушки для внутрикортикальная магнитная стимуляция. Sci. Adv 2 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Lefaucheur J-P, Andre-Obadia N, Antal A, Ayache SS, Baeken C, et al.2014 г. Научно обоснованные рекомендации по терапевтическому использование повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции (рТМС). Clin. Neurophysiol. 125: 2150–2206 [PubMed] [Google Scholar]
  • Lefaucheur J-P, Antal A, Ayache SS, Benninger DH, Brunelin J, et al. 2017 г. Научно обоснованные рекомендации по терапевтическому использование транскраниальной стимуляции постоянным током (tDCS). Clin. Neurophysiol. 128: 56–92 [PubMed] [Google Scholar]
  • Легон В., Сато Т.Ф., Оптиз А., Мюллер Дж., Барбур А. и др. 2014 г. Транскраниальный сфокусированный ультразвук модулирует активность первичной соматосенсорной коры у человека.Nat. Neurosci. 17: 322–329 [PubMed] [Google Scholar]
  • Лю Х.Л., Янг Й., Нг Ц.Т., Чжао ЛИ, Чжан И и др. 2015 г. Магнитные вихревые нанокольца: новый класс агент гипертермии для высокоэффективной регрессии in vivo опухоли. Adv. Матер. 27: 1939–1944 [PubMed] [Google Scholar]
  • Long X, Ye J, Zhao D, Zhang SJ. 2015 г. Магнитогенетика: дистанционная неинвазивная магнитная активация нейрональной активности с магниторецептор. Sci. Бык. 60: 2107–19 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Mannix RJ, Kumar S, Cassiola F, Montoya-Zavala M, Feinstein E.2008 г. Наномагнитное срабатывание рецептор-опосредованная передача сигнала. Nat. Nanotechnol. 3: 36–40 [PubMed] [Google Scholar]
  • McBain SC, Yiu HHP, Dobson J. 2008. Магнитные наночастицы для генов и доставки лекарств. Int. J. Наномедицина 3: 169–180 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • МакКлинток С.М., Рети И.М., Карпентер Л.Л., Макдональд В.М., Дубин М. и др. 2018. Консенсусные рекомендации для клинических Применение повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции (рТМС) в Лечение депрессии.J. Clin. Психиатрия 79: 16cs10905 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Meister M 2016 г. Физические пределы магнитогенетика. электронная жизнь 5: e17210. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Monzel C, Vicario C, Piehler J, Coppey M, Dahan M. 2017. Магнитный контроль сотовых процессы с использованием биофункциональных наночастиц. Chem. Sci. 8: 7330–7338 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Московиц Б.М., Банерджи СК. 1979 г. Пределы размера зерен для псевдодобычи доменное поведение в магнетите: последствия для палеомагнетизм.IEEE Trans. Magn. 15: 1241–1246 [Google Scholar]
  • Московиц Б.М., Франекль РБ, Базилинский Д.А. 1993 г. Рок-магнитные критерии для обнаружение биогенного магнетита. Планета Земля. Sci. Lett. 120: 283–300 [Google Scholar]
  • Mouritsen H 2018. Дальняя навигация и магнитоприемник у мигрирующих животных. Природа 558: 50–59 [PubMed] [Google Scholar]
  • Muheim R, Sjöberg S, Pinzon-Rodriguez A. 2016. Поляризованный свет модулирует светозависимая ориентация магнитного компаса у птиц.PNAS 113: 1654–59 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Müller P, Ahmad M. 2011. Светоактивированный криптохром реагирует с молекулярным кислородом с образованием радикальной пары флавин – супероксид Соответствует магниторецепции. J. Biol. Chem. 286: 21033–40 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Мунши Р., Кадри С.М., Pralle A. 2018. Переходный магнитотермальный нейрональный Выключение звука с помощью хлоридного канала аноктамина 1 (TMEM16A). Фронт. Неврологи 12 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Munshi R, Qadri SM, Zhang Q, Castellanos Rubio I, del Pino P, Pralle A.2017 г. Магнитотермический генетический глубокий мозг стимуляция двигательного поведения у бодрствующих, свободно передвигающихся мышей. электронная жизнь 6: e27069. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Munshi R, Qadri SM, Zhang Q, Rubio IC, del Pino P, Pralle A. 2017. Магнитотермический генетический глубокий мозг стимуляция двигательного поведения у бодрствующих, свободно передвигающихся мышей. электронная жизнь 6: e27069. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Nan CW, Bichurin MI, Dong S, Viehland D, Srinivasan G. 2008. Мультиферроидный магнитоэлектрический композиты: историческая перспектива, статус и будущее направления.J. Appl. Phys. 103: 031101 [Google Scholar]
  • Нил Л. 1949 г. Аня. Geophys. 5: 99–136 [Google Scholar]
  • Niewoehner J, Bohrmann B, Collin L, Urich E, Sade H, et al. 2014 г. Повышенное проникновение в мозг и эффективность терапевтических антител с использованием моновалентный молекулярный челнок. 81: 49–60 [PubMed] [Google Scholar]
  • Нитше М.А., Коэн Л.Г., Вассерман Е.М., Приори А., Ланг Н. и др. 2008 г. Транскраниальная стимуляция постоянным током: Состояние искусства 2008. Мозговая стимуляция. 1: 206–223 [PubMed] [Google Scholar]
  • Но С.Х., На В., Джанг Дж.Т., Ли Дж.Х., Ли Э.Дж.2012 г. Управление наномасштабным магнетизмом с помощью Поверхностная и обменная анизотропия для оптимизированного ферримагнитного гистерезис. Nano Lett. 12: 3716–3721 [PubMed] [Google Scholar]
  • Obeso JA, Olanow CW, Rodriguez-Oroz MC, Krack P, Kumar R, Lang AE. 2001 г. Глубокая стимуляция мозга субталамическое ядро ​​или внутренняя часть бледного шара в Болезнь Паркинсона. N. Engl. Дж. Med. 345: 956–963 [PubMed] [Google Scholar]
  • Пан К., Ю Х, Чен Й, Чу П, Ху М. и др. 2017 г. Одного MagR недостаточно для сотовой связи Кальций отвечает на магнитную стимуляцию.Фронт. Нейронные цепи 11 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Pankhurst QA, Connolly J, Jones SK, Dobson J. 2003. Применение магнитных наночастицы в биомедицине. J. Phys. D: Прил. Phys. 36: R167 – R181 [Google Scholar]
  • Park H-J, Bonmassar G, Kaltenbach JA, Machado AG, Manzoor NF. 2013. Активация центральной нервной системы система, индуцированная микромагнитной стимуляцией. Nat. Comm. 4: 2463 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Park J, An K, Hwang Y, Park JG, Noh HJ.2004 г. Ультра-крупномасштабный синтез монодисперсные нанокристаллы. Nat. Матер. 3: 891–895 [PubMed] [Google Scholar]
  • Полин М.Г. 1995 г. Электроприем и компас чувство акулы. J. Theor. Биол. 174: 325–39 [Google Scholar]
  • Peddis D, Mansilla MV, M0rup S, Cannas C, Musinu A, et al. 2008 г. Спин-кантинг и магнитная анизотропия в Сверхмалые наночастицы CoFe2O4. J. Phys. Chem. B 112: 8507–13 [PubMed] [Google Scholar]
  • Цинь С., Инь Х, Ян Ц., Доу И, Лю Цз. И др.2016 г. Магнитный белковый биокомпас. Nat. Матер. 15: 217–226 [PubMed] [Google Scholar]
  • Ридингер А., Гуардиа П., Курсио А., Гарсия М.А., Чинголани Р. и др. 2013. Субнанометрические измерения локальной температуры и Дистанционно контролируемое высвобождение лекарственного средства на основе азофункционализированного оксида железа Наночастицы. Nano Lett. 13: 2399–406 [PubMed] [Google Scholar]
  • Ritz T, Adem S, Schulten K. 2000. Модель для фоторецепторов на основе магниторецепция у птиц. Биофиз. Дж. 390: 371–376 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Ritz T, Thalau P, Phillips JB, Wiltschko R, Wiltschko W.2004 г. Эффекты резонанса указывают на радикально-парный механизм для птичьего магнитного компаса. Природа 429: 177. [PubMed] [Google Scholar]
  • Робертс А.П., Чанг Л., Роуэн С.Дж., Хорнг С.С., Флориндо Ф. 2011. Магнитные свойства осадочного грейгит (Fe3S4): обновление. Rev. Geophys 49 [Google Scholar]
  • Rogan SC, Roth BL. 2011 г. Дистанционное управление нейронной сигнализация. Pharmacol. Ред. 63: 291–315 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Romero G, Christiansen MG, Stocche Barbosa L, Garcia F, Anikeeva P.2016 г. Локализованное возбуждение нервной системы Активность за счет быстрого магнитотермического высвобождения лекарственного средства. Adv. Функц. Матер. 26: 6471–78 [Google Scholar]
  • Rosensweig RE. 2002 г. Нагревание магнитной жидкости с помощью переменное магнитное поле. J. Magn. Magn. Матер. 252: 370–74 [Google Scholar]
  • Ruff CC, Driver J, Bestmann S. 2009. Сочетание TMS и фМРТ. Кора 45: 1043–1049 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Rühle B, Datz S, Argyo C, Bein T, Zink JI. 2016 г. Молекулярный наноразмер, активируемый суперпарамагнитный подогрев внешне стимулированных грузов выпуск.Chem. Commun. 52: 1843–46 [PubMed] [Google Scholar]
  • Rühle B, Datz S, Argyo C, Bein T, Zink JI. 2016 г. Молекулярный наноразмер, активируемый суперпарамагнитный подогрев внешне стимулированных грузов выпуск. Химические коммуникации 52: 1843–1846 [PubMed] [Google Scholar]
  • Schüler D, Frankel RB. 1999 г. Бактериальные магнитосомы: микробиология, биоминерализация и биотехнологические приложения. 52: 464–473 [PubMed] [Google Scholar]
  • Seo D, Southard KM, Kim JW, Lee HW, Farlow J, et al.2016 г. Механогенетический набор инструментов для допроса передача сигналов клетки в пространстве и времени. Клетка 165: 1507–1518 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Shen Y, Wu C, Uyeda TQP, Plaza GR, Liu B и др. 2017 г. Агрегаты удлиненных наночастиц при раке Ячейки для механического разрушения низкочастотным вращающимся магнитом Поле. Тераностика 7: 1735–1748 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Smith DH, Wolf JA, Meaney DF. 2001 г. Новая стратегия производства устойчивых рост аксонов центральной нервной системы: непрерывный механический напряжение.Tissue Eng. 7: 131–139 [PubMed] [Google Scholar]
  • Стэнли С.А., Гагнер Дж. Э., Даманпур С., Йошида М., Дордик Дж. С., Фридман Дж. М.. 2012 г. Радиоволновой нагрев оксида железа. Наночастицы могут регулировать уровень глюкозы в плазме мышей. Наука 336: 604–08 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Стэнли С.А., Келли Л., Латча К.Н., Шмидт С.Ф., Ю X и др. 2016 г. Двунаправленное электромагнитное управление гипоталамус регулирует питание и обмен веществ. Природа 531: 647. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Stanley SA, Sauer J, Kane RS, Dordick JS, Friedman JM.2014 г. Дистанционное регулирование глюкозы гомеостаз у мышей с использованием генетически закодированных наночастиц. Nat. Med. 21: 92. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Sun S., Zeng H, Robinson DB, Raoux S, Rice PM. 2004 г. Монодисперсный MFe 2 O 4 (M = Fe, Co, Mn) наночастицы. Варенье. Chem. Soc. 126: 273–279. [PubMed] [Google Scholar]
  • Sun S, Zeng H. 2002. Контролируемый по размеру синтез наночастицы магнетита. Варенье. Chem. Soc. 124: 8204–8205 [PubMed] [Google Scholar]
  • Suzuki Y, Hu G, van Dover RB, Cava RJ.1999 г. Магнитная анизотропия эпитаксиального тонкие пленки феррита кобальта. J. Magn. Magn. Матер. 191: 1–8 [Google Scholar]
  • Szablowski JO, Lee-Gosselin A, Lue B, Malounda D, Shapiro MG. 2018. Акустически направленная хемогенетика для неинвазивного управления нервными цепями. Nat. Биомед. Англ. 2: 475–484 [PubMed] [Google Scholar]
  • Тай А., Ди Карло Д. 2017. На основе магнитных наночастиц механическая стимуляция для восстановления механочувствительного ионного канала равновесие в нейронных сетях.Nano Lett. 17: 886–892 [PubMed] [Google Scholar]
  • Тай А., Сохраби А., Пул К., Сейдлитс С., Ди Карло Д. 2018. 3D магнитная гиалуроновая кислота гидрогель для магнитомеханической нейромодуляции первичного дорсального корешка ганглиозные нейроны. Adv. Матер. 1800927 [PubMed] [Google Scholar]
  • Treiber CD, Salzer MC, Riegler J, Edelman N, Sugar C, et al. 2012 г. Скопление богатых железом клеток в верхней части клюва голубей — это макрофаги, а не магниточувствительные нейроны. Природа 484: 367. [PubMed] [Google Scholar]
  • Ценг П., Джуди Дж., Ди Карло Д.2012 г. Магнитные наночастицы массивно-параллельная механическая модуляция одноячеечной поведение. Nat. Методы 9: 1113–1119 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Усов Н.А., Барандиаран Дж. 2012 г. Магнитные наночастицы с комбинированным анизотропия. J. Appl. Phys. 112: 053915 [Google Scholar]
  • Усов Н.А. 2010 г. Петли гистерезиса низкой частоты суперпарамагнитные наночастицы с одноосной анизотропией. J. Appl. Phys. 107: 123909 [Google Scholar]
  • Wagner T, Valero-Cabre A, Pascual-Leone A.2007 г. Неинвазивный человеческий мозг стимуляция. Анну. Преподобный Биомед. Англ. 9: 527–565. [PubMed] [Google Scholar]
  • Уолкотт К., Гулд Дж., Киршвинк Дж. 1979. У голубей есть магниты. Наука 205: 1027–29 [PubMed] [Google Scholar]
  • Wang Y-XJ. 2011 г. На основе суперпарамагнитного оксида железа Контрастные вещества для МРТ: Текущее состояние клинического применения. Quant. Imaging Med. Surg. 1: 35–40 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Wheeler MA, Smith CJ, Ottolini M, Barker BS, Purohit AM, et al.2016 г. Генетически направленный магнитный контроль нервная система. Nat. Neurosci. 19: 756. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Wiltschko R, Thalau P, Gehring D, Nießner C, Ritz T, Wiltschko W. 2015. Магниторецепция у птиц: влияние радиочастотных полей. J. R Soc., Интерфейс 12: 20141103. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Wiltschko W, Wiltschko R. 1972. Магнитный компас европейского Робинс. Наука 176: 62–64 [PubMed] [Google Scholar]
  • Wiltschko W, Wiltschko R.2005 г. Магнитная ориентация и магниторецепция у птиц и других животных. Дж. Комп. Physiol. Нейроэтол. Sens. Neural. Behav. Физиол 191: 675–693 [PubMed] [Google Scholar]
  • Winklhofer M, Mouritsen H. 2016. Магнитный белок компас? bioRxiv: 094607 [Google Scholar]
  • Wu W, Wu Z, Yu T, Jiang C, Kim W. 2015 г. Последние достижения в области магнитного железа оксидные наночастицы: синтез, поверхностные функциональные стратегии и биомедицинские Приложения. Sci. Technol. Adv. Матер. 16: 023501.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
  • Ян Y, Лю X, Lv Y, Herng TS, Xu X и ​​др.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *