题目：均匀磁场对DNA复制过程的影响初探及其发生装置的设计

随着电磁场对人类生存环境污染的加重,电磁场可能对生物体产生的生物效应的研究日益引起科研人员重视。由于人们所处的生存环境中电磁场的多样性，其对生物体的生物效应也非常复杂，其中电磁场对细胞周期和DNA损伤的影响研究是电磁场生物效应研究的重要问题之一[1,2,3]。
不同形式的磁场处理成骨细胞，研究者[1,2]发现磁场处理后的成骨细胞周期改变，S期细胞百分比均明显增高，同时观测到DNA合成速度加快，于是研究者推测细胞的DNA合成受到磁场的影响和调节，导致其合成速度加快，从而出现了S期细胞数增多，但磁场对DNA合成速度的影响机制尚不清楚。文献[3]报道了工频磁场会引起上皮细胞DNA双链断裂，推测磁场影响体内的生物化学过程级联放大,间接损伤DNA，同样其具体机制尚不明确。为了研究磁场对DNA的合成速度和DNA双链断裂的影响，我们选择比较简单的均匀磁场，从理论上探讨了此种磁场对DNA合成速度和DNA断链的影响，得到其合成速度改变和双链断裂程度与磁场强度大小有关。为了进一步验证理论推导的结论，需要设计一个强度可调的均匀磁场发生装置，并能控制磁场区的温度，本文结合相关知识，设计了实验所需的磁场发生装置。
细胞在S期的主要工作是进行DNA的复制。在DNA复制解旋的过程中，随着复制叉的前进，其前端DNA分子将不断产生扭力，为了释放积累起来的扭力，复制叉前端的双链DNA分子会出现比较特殊的运动形式，从而保证DNA复制的正常进行。生物DNA大分子外侧是带负电荷的，当其复制在磁场中进行时，会受到洛仑兹力的作用，导致DNA合成速度改变，从而DNA分子的整个复制过程会受到磁场的干扰，细胞周期也会随之改变。而且在此过程中，由于DNA单链受到洛仑兹力的作用，会偏离原来路径，从而导致DNA链的断裂。本文从磁生物效应研究小组观察到的现象出发，结合生物大分子DNA复制的具体特征，从理论上讨论了均匀磁场对DNA复制过程的具体影响，结果发现均匀磁场会使DNA的合成速度增加，与此同时致使DNA双链断裂。
目前，为了能深入研究电磁场对细胞的作用机制，研究者常采用形式比较简单的磁场作为外界的干扰电磁场，比如：恒定、交变、脉冲和高频磁场。由于实验的需要，研究人员常用的磁场发生装置有：永磁铁、电磁铁、亥姆霍兹线圈和螺线管。其中永磁铁能够提供强度最大为1特斯拉左右的静磁场，亥姆霍兹线圈和螺线管可提供交变磁场或相对均匀的磁场，也可用螺线管提供强度为10特斯拉左右的超强静磁场，电磁铁则可产生强度为几百毫特斯拉或特斯拉级的静磁场。各个磁场发生装置都有一定的适用范围，本文从物理学角度，阐述了磁生物效应研究中常见磁场发生装置的特性，并从磁生物学的研究角度出发，根据实验要求，设计了一个实用性比较强的均匀磁场发生装置，对该装置的磁场区域的温度控制给出了一个解决方案。通过计算机对实际设计模型的模拟，发现此磁场发生装置产生的磁场与预期结果基本一致，通过对实际模型的温度检测，证实了温控方案实际可行。设计的均匀磁场发生装置由电源、螺线管、水循环温控装置等部分组成，重点介绍了由通电螺线管提供的磁场的特性、水循环温控装置的设计。