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

Posted on by alexxlab

Содержание

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. 

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.

Почему волосы электризуются и как с этим бороться?

Вот уже осталось несколько минут до выхода из дома, а волосы торчат во все стороны и отказываются ложиться в прическу. Особенно часто такой эффект можно заметить в зимнее время. Вам знакома подобная ситуация? Тогда давайте разберемся в том, почему волосы электризуются и как с этим бороться.

Для того чтобы понять, почему волосы электризуются, необходимо разобраться в их строении. Никакими сложными терминами здесь пользоваться не будем, просто расскажем, что представляет из себя человеческий волос.  Итак, он состоит из стержня, который возвышается над поверхностью, и корня, который содержится в волосяном фолликуле и находиться внутри кожного слоя.

Волос состоит из трех основных слоев — сердцевины, кортекса и кутикулы. Если кому интересно, то в именно в кортексе содержатся пигменты, которые определяют цвет нашей шевелюры. Теперь обратите внимание на наружный слой — кутикулу.

Она состоит из мертвых плоских клеток, которые свободными краями накладываются друг на друга, образуя нечто наподобие  чешуек шишки. В здоровых волосах такие «чешуйки» тесно прилегают друг к другу, защищая внутренние слои от негативного влияния внешней среды.

Итак, мы подобрались к вопросу о причинах электризации волос. Наиболее часто от такого явления страдают сухие, ломкие волосы. Дело в том, что в зимнее время волосы не получают всех необходимых полезных веществ, но зато регулярно поддаются влиянию внешней среды.

В результате этого кутикула частично теряет свою стойкость, чешуйки уже не так плотно прилегают друг к другу. Во внутренних слоях волоса теперь постоянно происходит скопление статического электричества, которое наиболее часто образуется при трении с тканью головного убора или во время расчесывания.

  • Химическая завивка, окрашивание, использование термоприборов для укладки;
  • Авитаминоз;
  • Неправильный уход за волосами;
  • Ношение тесных головных уборов из синтетических материалов;
  • Использование пластмассовых расчесок;
  • Пребывание в помещении с сухим воздухом.

    • Электризуются волосы: что делать?

    Конечно же, лучше обратиться в салон красоты, где для вас проведут ряд процедур по укреплению волос. Но если у вас нет времени с подобной проблемой можно справиться самостоятельно. Предлагаем вам несколько простых правил по уходу за волосами:

    Правильно подбирайте средство по уходу. Они должны подходить для мытья сухих и ломких волос и, желательно, обладать антистатическим эффектом. Помните о том, что простого шампуня недостаточно — для укрепления волос необходим бальзам или кондиционер.

    Обратите внимание на вашу расческу. Она должна быть изготовлена из натурального материала — это может быть щетина, дерево, антистатический силикон, эбонит. А вот пластмассовые и металлические расчески вам вряд ли подойдут.

    В продаже есть специальные антистатические салфетки, которыми рекомендуется протирать расческу перед каждым применением.

    Еще один важный момент — это головной убор, без которого не обойтись в холодное время года. Он не должен слишком тесно прилегать к голове. Желательно, чтобы шапки, шарфики, капюшоны и кофточки (словом, та часть одежды, с которой контактируют ваши волосы) были из натуральных материалов. Синтетические ткани только усиливают электризацию.

    В зимнее время, когда во всю мощь работают батареи и электрические приборы отопления, воздух в помещении становиться сухим. Если вам много времени приходится проводить именно в таких условиях (на работе или дома), купите увлажнитель воздуха — ваши волосы скажут вам за это «спасибо».

    Волосы могут электризоваться и от постоянной сушки с помощью фена. Конечно же, в холодную пору без этого прибора вряд ли можно обойтись. Поэтому приобретите фен с функцией «ионизации».

    И, конечно же, следите за своим питанием. Помните, что в зимнее время рекомендуется прием мультивитаминных комплексов.

    Не забывайте о питательных масках и правилах ухода за сухими волосами.

    После каждого мыться головы ополаскивайте волосы газированной минеральной водой. Если процедуру проводить регулярно, проблема со статическим электричеством исчезнет. Кстати, с этой целью можно использовать разведенную в воде заварку черного чая или отвары из лекарственных трав.

    Конечно же, все вышеупомянутые методы помогут справиться с проблемой электризации волос. Но что делать, если «успокоить» волосы нужно немедленно?

    Конечно же, здесь вам помогут средства для укладки — муссы, пенки, лаки, воски, гели и т.д. Но их избыток и постоянное использование могут сделать только хуже.

    Отлично подойдет применение сыворотки для волос.

    Например Сыворотка обогащенная кератином Диксидокс ДеЛюкс № 4.5 Относится к средствам двойного действия, которые одновременно стимулируют рост волос и улучшают их структуру. За счет высокой концентрации экстракта зеленого чая, этот лосьон стимулирует активность клеток волосяного сосочка. Изофлавоны сои, в совокупности с витаминно-минеральным комплексом, продлевают фазу роста волос.

    «Летучие» или «испаряющиеся» силиконы придают волосам блеск, мягкость и объем, при этом не накапливаются в волосах. Кератин обладает высокой субстантивностью и способствует быстрому восстановлению поврежденных волос. Аденозин, содержащийся в наносомах, стимулирует синтез ДНК, а также обладает прекрасными увлажняющими свойствами.

    После применения сыворотки ваши волосы надолго приобретают блеск, силу и объем, хорошо расчесываются. Может применяться в качестве корректора агрессивных для кожи волосистой части головы средств, т.к при нанесении на кожу оказывает противовоспалительный эффект, противозудный и смягчающий эффекты, обладает антиоксидантным действием.

    Еще один способ усмирить непослушные волоски — это смочить их водой с эфирными маслами. Прекрасными естественным антистатиками считаются масло розы и лаванды. Перед расчесыванием разведите несколько капель эфирного масла в воде, смочите в растворе расческу и только после этого начинайте укладку. Кроме устранения статического электричества, такой способ укрепит волосы и придаст им очаровательный аромат.

    И еще одна маленькая хитрость — если с холодной улицы вы вошли в теплое помещение, не нужно сразу бежать к зеркалу и стараться поправить прическу. Дайте вашим волосам минут 10 для «перезарядки», а затем свободно начинайте укладывать локоны.

    что делать, причины, признаки, отзывы

    Статическое напряжение волос, на первый взгляд, малозначительная проблема, но представительницам прекрасного пола она доставляет достаточно дискомфорта. Избавиться от электризации можно, если подходить к этому вопросу комплексно.

    Признаки проблемы

    Электризующиеся волосы торчат в разные стороны, никак не хотят укладываться без применения дополнительных средств, стоят ореолом вокруг головы, доставляя немало эстетических проблем. Когда волосы находятся в наэлектризованном состоянии, знакомые и друзья часто шутят, что их ударило током.

    Что делать, если волосы электризуются, зависит от причин проблемы

    Доля правды в ударе током есть, поскольку провокатором такого состояния волос является статическое электричество, которое вырабатывается, когда волосинки трутся друг о друга. Именно поэтому такая проблема чаще всего беспокоит людей в зимний сезон, когда необходимо регулярно носить шапку.

    Причины электризующихся волос

    Электризация – это явление, которое возникает из-за чрезмерной сухости волос, а также по ряду других причин:

    • Если в комнате очень сухой воздух, электризация будет преследовать женщину до тех пор, пока не будет установлен увлажнитель.
    • Чередование холода и жары истощают волосы, делая их восприимчивыми к сухости и, соответственно, к электризации. Зимой женщины находятся то в теплом помещении, то на холодной улице.
    • Сухие волосы, соприкасающиеся с синтетикой, электризуются намного сильнее. Поэтому можно наблюдать «веер» над головой, снимая головной убор.
    • Неправильный или недостаточный уход за локонами способствует появлению пористости волос, то есть эффект, при котором чешуйки неплотно прилегают друг к другу. Вследствие этого между чешуйками скапливается статическое электричество, заставляя волосы электризоваться.
    • Регулярные химические воздействия на волосы – покраски, завивки, сушки феном – также способствуют их истончению и пористости.
    • Нехватка витаминов в организме приводит к повышению ломкости волос, что также способствует их электризации.

    Наверняка определить, какая из причин повлекла за собой проблему, трудно, поэтому для борьбы с электризацией необходимо применить комплекс мер.

    Устранение проблемы в домашних условиях

    Первое, что необходимо сделать, это полностью сменить уход за волосами. Отдавайте предпочтение увлажняющим шампуням, бальзамам и маскам. Периодически готовьте домашние маски из натуральных ингредиентов, запаситесь маслами для волос, которые не только их увлажнят, но и защитят от термического воздействия. Особенно это актуально для женщин, которые регулярно пользуются утюжком и феном.

    После каждого мытья головы используйте бальзам-ополаскиватель, а перед сушкой феном наносите на волосы несмываемый спрей. Все уходовые средства не должны быть предназначены для жирных волос – они смывают защитный слой, провоцируя излишнюю сухость. Старайтесь мыть голову только водой комнатной температуры.

    Сушите волосы только холодным воздухом на расстоянии не ближе 10 см от волос.

    Правильное расчесывание играет ключевую роль в избавлении от электризации. Расчесывайте волосы плавно, не дергайте и не тяните их. Уделяйте этому процессу столько времени, сколько требуется вашим волосам. Ни в коем случае не расчесывайте мокрые волосы. Старайтесь проводить расчесывание как можно реже. При необходимости перед этим наносите на расческу спрей или масло.

    Суть правильного расчесывания заключается также в правильном выборе расчески. Откажитесь от пластиковых расчесок. Деревянный гребень и расческа с щетиной кабана – ваши верные союзники в борьбе с электричеством.

    Увлажнить волосы поможет обычный увлажнитель воздуха, установленный в комнате. Поставьте его там, где вы проводите больше всего времени.

    Наконец, в холодное время года носите шапку из подходящих материалов: шерсти, хлопка или меха. Они не создают статическое напряжение и хорошо защищают голову от холода. Старайтесь делать выбор в пользу полезных, а не модных шапок.

    Средства ухода

    Оптимальное средство ухода за электризующимися волосами – лавандовое или розовое масло – они обладают заметным антистатическим эффектом. В бутылку с распылителем наберите чистую воду, добавив в нее 5–6 капель любого масла. Такой спрей наносите на сухие или влажные волосы 3–4 раза в день, при необходимости – больше.

    В косметическом магазине можно приобрести обычный антистатик для волос. Это средство, которое наносится на расческу и распределяется по всей длине, после чего электризация прекращается. Однако польза антистатика для волос состоит только в устранении внешних симптомов. Побороть причину электризации, то есть, сухость, он не способен. Такое средство нужно использовать как вспомогательное, параллельно уделяя внимание эффективному увлажнению волос.

    Что делать, если электризуются волосы и ничего не помогает

    Если вы регулярно увлажняете волосы, уделяете внимание подбору расчески, но электризация все равно присутствует, необходимо приложить еще больше усилий для борьбы с проблемой. Воспользуйтесь следующими рекомендациями:

    • Если антистатика у вас под рукой не оказалось, можно распылить на волосы пиво или минеральную воду – они действуют подобным образом.
    • Если нужно срочно устранить электризацию волос, смажьте руки увлажняющим кремом и слегка пригладьте прическу. Наносите совсем немного крема, чтобы не спровоцировать жирность.
    • При покупке фена делайте выбор в пользу моделей с функцией ионизации воздуха. Она как раз рассчитана на противодействие электризации.
    • В непогоду всегда защищайте волосы. Попадание на них дождя или снега провоцируют возникновение сухости.
    • Если летом вы не уделите достаточно внимания защите волос от влияния ультрафиолетовых лучей, зимой они обязательно будут электризоваться.

    Не забывайте следить за питанием. Неправильный рацион провоцирует дефицит витаминов и минералов, из-за чего страдает кожа, волосы и ногти.

    Одной из причин является постоянное термическое воздействие

    Уход должен быть регулярным, в идеале – ежедневным. Спреи и масла можно использовать каждый день, шампуни и бальзамы – через день, маски – раз в неделю. Но каждый человек уникален, и ваши волосы могут требовать другого ухода.

    Правильный выбор расчески

    Главное правило – никогда не пользуйтесь металлической или пластиковой расческой. Расческа с натуральной щетиной кабана или деревянная – оптимальный вариант. Если вы предпочли дерево, будьте готовы к тому, что его придется постоянно менять, поскольку на нем достаточно быстро появляются трещины. Потрескавшаяся расческа способна повреждать волосинки, поэтому ею пользоваться не стоит.

    Сейчас уже разработаны расчески из антистатического пластика – они достаточно бюджетные, но не дают гарантии избавления от электризации. Если у вас выбор между антистатическим и обычным пластиком, купите антистатическую расческу, но если у вас есть возможность, отдайте предпочтение деревянной модели.

    Избавиться от электризации волос можно всего за несколько дней, если комплексно подойти к решению этой проблемы. Правильное питание, подбор уходовых средств, грамотный выбор расчески поможет вам защитить прическу от статического электричества.

    Видео

    Читайте в следующей статье: желатин для волос

    Почему электризуются волосы? Причины и что делать

     

    Понять, почему электризуются волосы, и устранить главную причину этой проблемы на сегодня достаточно не сложно, ведь на борьбу с электризацией выделено немало технологий, таких как правильный уход, использование надлежащих аксессуаров для волос, специальная косметика для волос и правильные электроустройства для укладки. В сегодняшней статье мы расскажем Вам главные причины, почему волосы электризуются и что делать в этом случае, чтобы навсегда забыть о такой неприятной проблеме. Красивые волосы, которые не вызывают проблем – это мечта всех женщин на земле, так давайте прикоснемся к этой мечте с помощью нехитрых, но мудрых правил. Также рекомендуем вам ознакомиться со статьей, какие‌ ‌средства‌ ‌для‌ ‌волос‌ ‌должны‌ ‌быть‌ ‌у‌ ‌каждой‌ ‌девушки?‌

    Одним из самых неприятных моментов, которые могут приключиться с волосами – это их способность электризоваться. Наверное, каждая и женщина замечала, как ее длинные волосы притягивают статическое электричество, их невозможно нормально расчесать, уложить, они выглядят более тонкими, сухими и безжизненными.

    В этой статье:

    1. Почему электризуются волосы причины
    2. Почему электризуются волосы после мытья?
    3. Электризуются волосы что делать?
    4. Выбор фена для волос
    5. Волосы электризуются что делать в домашних условиях:  Лайфхаки на каждый день
    6. Рецепт маски против электризации волос в домашних условиях
    7. Как выбрать лучший антистатик для волос?
    8. Что из всего вышеперечисленного подойдет именно Вам?

     

       

    Почему электризуются волосы причины
    1. Электризация волос, в основном удел прохладного времени года. А поскольку в наших широтах холода длятся больше, чем теплое время года, то женщины склонны страдать от этой проблемы практически круглый год. Основными причинами электризации можно выделить следующие факторы:
    2. Сухость. Сухость могут вызвать чрезмерное отопление, погодные факторы: мороз, ветер, холод. Вот почему электризуются волосы зимой.
    3. Ношение головных уборов. Когда мы носим шапку и шарфы, наши волосы плотнее прилегают друг к другу, трение волос вызывает статическое электричество.
    4. Укладка волос «бюджетным» феном. Фены более старого поколения создают все условия для электризации волос, ведь они не содержат специальной функции ионизации, которая присуща в новых современных моделях.
    5. Чрезмерное окрашивание волос и химическая травматизация локонов.
    6. Применение некачественных расчесок для волос.

    Почему электризуются волосы после мытья?

    Основной причиной электризации волос после мытья является неправильный шампунь для волос, а также игнорирование полноценного ухода за волосами. Например, Вы можете мыть волосы, но забыть использовать кондиционер для волос. Волосы без должного питания становятся более сухими и моментально накапливают статическое электричество. Отдайте предпочтение шампуням и маскам с дополнительным питанием и увлажнением кутикулы. После мытья можно использовать специальное масло для волос, защитный спрей с ценными компонентами. Вам также подойдут средства с силиконами, а вот от «слишком очищающей – до скрипа» косметики лучше отказаться.

     

     

    Электризуются волосы что делать?
    1. Стоит немного изменить свои привычки, закрепив их в своем образе жизни и о неприятной электризации можно забыть навсегда.
    2. Позаботьтесь о нормальном уровне увлажнении воздуха, в помещении в котором находитесь долгое время. Разместите на рабочем месте в офисе или дома увлажнитель воздуха. Почаще проветривайте комнату, ну а если нет увлажнителя, положите влажное полотенце на батарею, для испарения влаги.
    3. Дополните свой бьюти-уход за волосами средствами «Антистатик». Если волосы предстоит подвергнуть укладке, обязательно используйте спрей термозащита для волос.
    4. Выбирайте головные уборы из натуральных материалов. Синтетика усилит электризацию на волосах. Отдавайте предпочтение пряже из натурального хлопка и шерсти.
    5. Пейте витамины для волос и большое количество воды. Наши волосы состоят из влаги, и при ее потере электризация не забудет напомнить о себе.
    6. Защищайте волосы от погодных условий круглый год: злейшие враги нашей шевелюры это солнце, соленая вода, ветер и резкие перепады холода и жары. В составе большинства современных косметических средств можно встретить специальные компоненты, направленные против электризации волос. Они обволакивают каждый волосок защитным слоем.
    7. Тщательно выбирайте, чем расчесываете волосы. Расческа из правильных материалов это лучший помощник против электризации волос. Стоит выкинуть все бюджетные металлические и пластиковые расчески, которые только усиленно способствуют тому, что ваши волосы «встанут дыбом». Для укладки, как и для ежедневного расчесывания и массажа, подойдут специальные современные брашинги для волос. Их секрет заключается в комбинации правильных материалов из которых они изготовлены. Например, на сайте интернет-магазина Стилистбар, магазин для парикмахеров Украина, можно приобрести термобрашинг, у которого сверху расположен слой керамики с эффектом ионизации. Прекрасным выбором, будут щетки с бамбуковой основой. Натуральное дерево никогда не создаст на волосах статическое электричество, в отличие от бюджетных моделей из металла и пластика.

     

       

    Выбор фена для волос

    Фен является нашим неотъемлемым спутником на все случаи жизни, особенно в повседневном использовании, когда волосы нужно быстро подсушить в школу, на учебу, на работу, не говоря уже о важных и значимых событиях жизни, когда нужно красиво уложить волосы на свидание или праздник. В связи с этим фену нужно уделить тщательный выбор, чтобы впоследствии не ходить с постоянно наэлектризованными волосами. 

    Для устранения проблемы электризации волос оптимальнее всего купить профессиональный фен с ионизацией. Так вы 100% защитите свои волосы от ненужной Вам проблемы. Ионизация достаточно полезная «фишка» в термоприборах для волос. Она позволяет сгенерировать отрицательные ионы, и если обычный фен просто высушивает капельки, пересушивая волос, то ионизация раздробит капельки волос на более мелкие так называемые микрокапельки, которые проникнут во внутрь волоса. Волос будет более увлажненный,  а значит, не будет электризоваться. Благотворное влияние отрицательных ионов на волосы можно отметить и в их дополнительном смягчении, большей мягкости и меньшей запутываемости. Волосы после укладки с таким феном будут больше блестеть. Также фен с ионизацией позволит Вам уложить пряди более аккуратно, исключая эффект пушистости волос и «торчащего ежика». 

    Следующим фактором является выбор прохладного режима воздуха, который позволит воздействовать мягче на волосы. Вам однозначно стоит бить тревогу и переходить на новый уровень ухода, если Вас посетил однажды вопрос: почему электризуются волосы и как устранить данную проблему. Настоятельно рекомендуем купить фен с ионизацией если:

    • Волос пересушен, электризуется, кончики секутся;
    • Волосы тусклые, безжизненные, потеряли блеск, путаются;
    • Вы часто красите волосы, производите, сушку, укладку каждый день, Ваш волос пористый и ломкий.

     

          

    Волосы электризуются что делать в домашних условиях:  Лайфхаки на каждый день

    Всего небольшие шаги и привычки, введенные в ежедневный ритуал по уходу за волосами способны изменить многое, в том числе и помочь, избавиться от электризации волос.

    1. Смените шампунь и кондиционер для волос. Выбирайте более увлажняющие очищающие средства и кондиционер, чтобы добавить волосам как можно больше естественной увлажненности. Обязательно опрыскивайте по длине волосы спреем, после каждого мытья и перед сушкой феном. Спрей-уход можно приобрести в любой профессиональной ухаживающей косметике для волос.
    2. Не мойте волосы слишком горячей водой. Структура волос это белок, именно поэтому их полезно мыть водой комнатной температуры и ополаскивать прохладной водой. Волосы будут больше блестеть и не электризоваться.
    3. Выкиньте некачественные расчески и приобретите столь необходимый аксессуар из натуральной древесины или с покрытием из керамики и нейлоновыми щетинками. Также будет не лишним приобрести расческу с натуральной щетиной дикого кабана.
    4. Уменьшите в своем гардеробе количество вещей из синтетики и отдайте предпочтение натуральным тканям.
    5. Не забываете увлажнять воздух там, где проводите максимальное количество времени.
    6. Быстрый способ привести волосы в нормальное состояние и снять электризацию – это смазать руки кремом для рук и провести по волосам.
    7. Можно использовать эфирные масла. Например, масло лаванды или розы. Разбавьте пару капелек с водой в пульверизаторе и сбрызгивайте волосы.
    8. Опрыскивайте локоны минеральной водой, жидкостью с лимонным соком или пивом.
    9. Для укладки волос, завивки или выпрямления работайте плойкой или утюжком со специальным покрытием из керамики, турмалина, титана и других минералов и материалов. Локоны обработанные подобными электроприборами не будут раздражать Вас электризацией, более того будут выглядеть очень блестящими и гладкими. А вот утюжки с металлическим покрытием наоборот сделают волосы очень наэлектризованными.

    Рецепт маски против электризации волос в домашних условиях

    Делайте маску для волос в домашних условиях, необходимая уходовая процедура, которая станет профилактикой электризации волос. В качестве ингредиентов возьмите: половинку манго, жирный кефир – 1 ст. ложку, 1 желток яйца. Все смешайте, при этом манго нужно хорошенько измельчить. Наносить маску нужно на вымытые волосы, предварительно слегка подсушенные полотенцем. Выдержите около получаса, надев полиэтиленовый пакет и полотенце, чтобы утеплить маску.

    Как выбрать лучший антистатик для волос?

    Средство антистатик поможет дополнить Вашу борьбу с электризацией волос, особенно в зимнее время. Основной задачей данного средства является дополнительное увлажнение волос. Какими бывают подобные средства:

    • Лак для волос с антистатическим эффектом, в том числе и сухой лак;
    • Спрей для волос;
    • Масло для волос;
    • Крем для волос;
    • Сыворотка для разглаживания и увлажнения;
    • Салфетки для гладкости прядей;
    • Флюиды;
    • Кондиционеры с эффектом антистатик.

     


    Что из всего вышеперечисленного подойдет именно Вам?

    При выборе стоит отталкиваться от типа своих волос и их особенностей. Сюда же подключите образ и темп жизни. Например если Вы ведете активный образ жизни, то салфетки отлично поместятся в сумочку, а маленький баллончик с сухим спреем пульверизатором будет всегда под рукой. Лучше отдайте предпочтение большим и известным популярным брендам для волос, которые работают над формулами на профессиональном уровне.

    что делать, если электризуются волосы



    Простая процедура включает в себя множество нюансов, от которых зависит качество волос, скорость их роста и красота укладки. О том, как правильно расчесывать шевелюру, нам рассказал эксперт.


    Марина Шеманаева, творческий партнер L’Oreal Professionnel 

    Выбирайте правильную расческу

    Непосредственно за расчесывание отвечает «лопатка» — большая широкая расческа с пластиковыми зубьями. Покупайте качественную и дорогую: на дешевых зубчики быстро заостряются и царапают кожу головы, провоцируют сечение.

    Другие виды расчесок используются только для укладки:

    • браш — для создания объема и крупной волны;

    • рыбья кость — для прикорневого объема;

    • тонкая расческа с зубцами в ряд — для создания четких проборов.


    Используйте несмываемый уход

    Особенно, если волосы сильно путаются. Нанесите его на отжатые полотенцем волосы и, не дожидаясь высыхания, начинайте бережно расчесывать с концов. Не дергайте и нервничайте! Если узел не распутывается, добавьте на него еще один-два «пшика» средства.

    Разглаживающая сыворотка для непослушных и вьющихся волос Liss Unlimited и масло 10-в-1 для восстановления поврежденных волос Absolut Repair Oil, все — L’Oreal Professionnel.

    Расчесывайте во время сушки феном

    Волос под микроскопом выглядит как елочка, и при горячей укладке важно сгладить эти чешуйки. Держите фен так, чтобы поток воздуха шел по касательной вниз. Дополнительно помогайте расческой, как бы «полируя» волос. Дополнительно сглаживайте расческой-брашем концы.


    Массируйте кожу головы перед сном

    Сделайте расческой не менее 30 движений. Убьете сразу двух зайцев: улучшите рост волос и убережете их от спутывания и повреждения ночью.


    Не расчесывайте, когда не надо

    Есть волосы, которые не нуждаются в расчесывании: после бальзама или маски они легко прочесываются руками. В этом случае высушите их на 80% феном и только потом приступайте к укладке брашем.


    Топ-3 лучших расчесок

    Умная термощетка ghd rise для мгновенного придания объема волосам

    Думаете, для того, чтобы получить красивые объемные локоны, нужно вылить на волосы литры стайлинга? А вот и нет: доказательство тому — термощетка  ghd rise, которая благодаря технологии ghd rise распознает потребности волоса. Специальные нейлоновые щетинки обеспечивают близкий контакт с корнями волос, благодаря чему позволяют создать головокружительный объем.

    «Это новшество действительно взволновало меня, все мои клиенты жаждут объемных волос — этот простой в использовании инструмент создает объем от корней, выделяет отдельные локоны или может быть использован для всей прически — чего бы вы не пожелали, вы можете получить это… быстро!», — говорит Адам Рид, глобальный амбассадор и топ-стилист ghd.

    Массажная расческа Marlies Moller


    Массаж головы в буквальном смысле творит чудеса: расческа Marlies Moller усиливает кровообращение и стимулирует рост более сильных волос. При использовании щетки производитель рекомендует двигаться от правого виска по направлению к затылку. Инструмент подходит для обладателей чувствительной кожи и может использоваться на влажных волосах.

    Расческа Tangle Teezer The Wet Detangler Fine & Fragile Hypnotic Heather


    Последняя разработка бренда Tangle Teezer — расческа для тонких, окрашенных и ослабленных волос. За счет двухуровневых зубчиков, которые стали на 30% мягче, она идеально подходит для распутывания влажных прядей и при этом оказывает легкий массажный эффект. Большая ручка позволяет с легкостью использовать ее в душе, а нежный сиреневый цвет моментально поднимает настроение и радует глаз. 

    Что делать, если волосы магнитятся

    Смочив расческу водой, можно немного подправить прическу, но это не избавит от проблемы электризации. Почему происходит намагничивание волос? Локоны, соприкасаясь друг с другом, вырабатывают микротоки. При сухом воздухе, который обычно бывает в холодное время года в отапливаемых помещениях, ваши волосы теряют влагу, иссушаются, и между ними возникают слабые электрические разряды. Поэтому они становятся неуправляемыми, липнут к расческе и остальным волосам. Иссушение и намагничивание могут происходить и при ношении синтетических головных уборов, а также в сильную жару летом.Электризация волос действует на волосы очень пагубно – они со временем тускнеют, секутся и теряют свою привлекательность. Поэтому нужно бороться с этой проблемой.Во-первых, следует правильно ухаживать за волосами. Это значит, что вы должны подобрать шампунь и средства по уходу, подходящие для вашего типа волос, или специальные средства для ухода за локонами в зимнее время. Ваши волосы нуждаются в увлажнении, поэтому пользуйтесь специальными масками.Во-вторых, откажитесь от пластиковых расчесок, которые только усиливают статическое электричество. Купите деревянную, а лучше – из кедра или дуба. Но менять расческу из натуральной древесины тоже следует регулярно, так как в ней появляются микротрещины, в которых уютно приживаются микробы.В-третьих, вашим помощником станет антистатик. В случае электризации волос им может послужить масло лаванды или розы, которые к тому же обеспечат дополнительное питание и блеск.В-четвертых, если вы пользуйтесь феном, смените его на фен с эффектом ионизации. Такая система уменьшит намагничивание волос и поможет вашим локонам остаться здоровыми и красивыми. (Такие фены уже продаются по вполне доступным ценам).В-пятых, косметика косметикой, но организму тоже требуется вода. Чтобы волосы не электризовались, пейте больше жидкости – хотя бы на 0,5 или 1 литр больше, чем обычно.И еще один совет для сохранения не только волос, но и здоровья в целом – приобретите ионизатор и увлажнитель воздуха для дома или офиса. Тогда исчезнут многие проблемы со здоровьем, тревожащие вас раньше, – аллергия, сухость кожи, насморк, частые ОРВИ и другие.

    Намагниченные волосы на теле дают вам шестое чувство

    Хотя волосы на теле помогают согреться, для современных людей это не единственная цель. На самом деле, большинство из нас, скорее всего, не получают сколько-нибудь значимого тепла от волос на теле — по крайней мере, на большей части нашего тела. Вместо этого волосы на теле помогают улучшить наше осязание. Это может помочь нам обнаружить слабые воздушные потоки или легкие прикосновения. Как показали исследователи из Оклендского института биоинженерии при Оклендском университете в Новой Зеландии, мы можем увеличить волосы на теле, чтобы получить дополнительные чувства.

    Самым интересным аспектом этого исследования M-Hair является то, насколько оно просто. В мире, где мы часто пытаемся решать проблемы с помощью сложных технологических средств, эта работа является откровенно луддитской. Все, что нужно сделать пользователю, — это нанести простую пасту на волосы на некоторых частях тела, например, на предплечьях. Эта паста содержит мелкие частицы железа, которые чувствительны к магнитным полям. Когда присутствует достаточно сильное магнитное поле, волосы на теле будут притягиваться к этому полю, и пользователь сможет легко обнаружить это притяжение.

    Чтобы проверить это новое чувство, они покрыли волосы на предплечьях пользователей магнитно-чувствительной пастой. Затем они поместили свои руки под модифицированный лазерный гравер. Лазер был удален и заменен на редкоземельный магнит. Но, посылая точные управляющие команды на машину, они смогли нарисовать последовательные модели в двух измерениях. Испытуемые не могли видеть движение машины, и им предлагалось определить нарисованные формы.

    Хотя они не могли точно или последовательно идентифицировать сложные формы, они могли распознавать простые формы и движения.Большинство участников эксперимента описали это ощущение как «ветреное» и сочли его мягким и тонким. Маловероятно, что это расширенное чувство сможет обеспечить какую-либо точность, но это может быть практический способ обеспечить простую тактильную обратную связь, не требуя каких-либо электронных компонентов, имеющихся в большинстве носимых устройств.

    Электричество и магнетизм Описание шоу

    Электричество и магнетизм Описание шоу ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНИТИЗМ

    Студент получает заряд от генератора Ван де Граафа    		 Ниже приведены описания демонстраций, выполненных в ИСУ. Кафедра Физики Демонстрационное Роуд-Шоу.Учителя, особенно те в школах, посещаемых по этой программе, предлагается доступ к этой информации. Обсуждения, представленные во многих описаниях, совпадают с предоставленными в типичной презентации для учащихся K-6 классов. Только около 3/4 демонстрации, представленные ниже, могут быть включены в типичный 50-минутный презентация. Учителям предлагается выбрать наиболее подходящие демонстрации. к тому, что они изучали или будут изучать в своих классах. Этот выбор обычно делается во время встречи с преподавателем физики ИСУ перед на показательное шоу.

    Воздушные шары H и He
    15-дюймовые воздушные шары, наполненные H или He, взрываются 8-дюймовой факельной зажигалкой. Это используется как упражнение в научном методе. В науке мы делать обоснованные предположения на основе наблюдений, эксперименты проводятся для проверить эти предположения, при необходимости они будут изменены, а процесс продолжается. Студентам показывают воздушные шары, и после того, как они находится в воздушном шаре, должно быть легче воздуха, студентов спрашивают, что может быть в них.Если упомянуто, горячий воздух можно не учитывать, так как там не является очевидным источником тепла. Тепло должно постоянно добавляться к воздушный шар, чтобы держать его горячим. Как только выбор сузится до H и He, студентов просят провести эксперимент, чтобы рассказать разница. Это приводит к «испытанию пламенем», поскольку H очень огнеопасен, пока его нет.

    Заряд и статическое электричество
    Пластиковые, акриловые и стеклянные стержни натирают полиэтиленовыми пакетами, мехом, шерсть и шелк для переноса заряда.Большая часть материи состоит из атомов с компактное и крошечное положительно заряженное ядро, окруженное гораздо большей облако отрицательно заряженных электронов. Противоположные обвинения привлекают и как заряды отталкивают. Когда два материала трутся друг о друга, шансы заключается в том, что один материал с большей вероятностью будет собирать лишние электроны, в то время как другой с большей вероятностью откажется от электронов. Объект с лишние электроны будут заряжены отрицательно или отрицательно, в то время как объект, который потерянные электроны будут заряжены положительно или положительно.Черный пластик, когда натертый полиэтиленовым пакетом для продуктов, мех или шерсть становятся отрицательно заряженными, в то время как пластиковый пакет для продуктов, мех или шерсть будут заряжаться положительно. Акрил или стекло при натирании шелком будут заряжаться положительно, а шелк будет заряжен отрицательно. Демонстрируется притяжение и отталкивание с этими материалами, подвесив один предмет в люльке, поддерживаемой рыбалкой линии и заставляя ее вращаться, приближая другой заряженный объект.

    Roll the Pop Can
    Ролл The Pop Can Заряженный объект любого знака будет притягивать нейтрально заряженный (бесплатно) пустая баночка.Баночка сделана из металла и будет проводить заряд. свободно. Когда отрицательно заряженный предмет подносят к банке с отрицательным заряд в банке будет отталкиваться на противоположную сторону банки, пока положительный заряд будет притягиваться к стороне банки рядом с отрицательным заряженный объект. Количество отрицательного заряда на обратной стороне может быть равно количеству положительного заряда на ближней стороне, но притяжение между отрицательным объектом и положительным зарядом на ближней стороне банка сильнее, чем отталкивание между объектом и отрицательным зарядом на дальней стороне банки, потому что положительный заряд находится ближе к объекту. Электрическая сила между двумя объектами ослабевает с увеличением расстояния. В то же самое происходит, когда положительно заряженный объект приближается банка.

    Раскрутка доски
    Заряженный объект подносят к нейтрально заряженной длинной деревянной доске, которая балансируется на дне изогнутой чаши, так что доска может свободно вращаться. Независимо от того, какой заряд на объекте, доска будет притягиваться к нему и повернуть к нему.Материалы, не проводящие заряд, часто полярный, как дерево, что означает, что молекулы в материале имеют один конец который заряжен положительно, а другой конец — отрицательно. Эти молекулы называются диполями. Когда заряженный объект приближается из такого материала многие диполи будут скручиваться так, что конец с такой же заряд, поскольку объект находится дальше от объекта, чем раньше, и конец с противоположным зарядом, поскольку объект ближе, чем раньше быть.Притяжение между заряженным объектом и противоположно заряженным конец диполя сильнее, чем раньше, потому что он ближе, и отталкивание между заряженным объектом и концом диполя с тот же заряд слабее, чем раньше, потому что он дальше. Независимо от заряда заряженного предмета, он будет притягиваться к полярный материал из-за небольшого скручивания множества диполей в материале.

    Отклонение струи воды
    Тонкая струя падающей воды отклоняется как положительно, так и отрицательно. заряженные стержни с потоком всегда притягиваются к стержням, независимо от их плата.Вода, как и дерево, — очень полярный материал.

    Генератор Ван де Граафа
    Генератор Ван де Граафа может производить напряжения (разделения зарядов) 20000 вольт и более. Он разделяет заряд так же, как и с прутья и мех или шелк, но намного быстрее. Мотор крутит большую резину протяните мимо металлических щеток. Резинка улавливает электроны из кисти. Это делает верхнюю часть генератора положительной, а основание отрицательный.Это позволяет проводить много электростатических демонстраций с пенополистиролом. шары с металлической краской, кусочки меха, сковороды, перья и консервные банки. Студенты-добровольцы встают на изолирующий блок и держатся за генератор. Они собирают много положительного заряда по всему телу. Так как вроде заряд отталкивает, одежда волонтера «вздрагивает», а волосы выпадают. стоять дыбом.

    Шариковый конденсатор для пинг-понга
    Две параллельные металлические пластины подключены к генератору Ван де Граафа так, чтобы что им предъявлено противоположное обвинение.Мячи для пинг-понга, окрашенные металлом краска перебрасывается между пластинами. Шарики заберут один заряд с одной пластины и будут привлечены к другой пластине, где они потеряют их первоначальный заряд и возьмите противоположный заряд. Тогда они будут будут привлечены к первой пластине, где они снова будут терять и приобретать заряд. Шарики подпрыгивают вверх и вниз, разряжая пластины, создавая восхитительный лязгающий звук.

    Тарелка с мыльными пузырями
    Большая металлическая пластина подключена к генератору Ван де Граафа и заряжена. Студенты-добровольцы надувают мыльные пузыри на тарелку. Сначала они привлечены к пластине, потому что они поляризованы так же, как вода в демонстрация потока воды. Как только пузыри приближаются к тарелке, они забирают заряд с пластины и затем резко отталкиваются, потому что у них такой же заряд, как и у пластины.

    Двухцветный диод Twirl
    Красный и зеленый светоизлучающий диод (LED) с переменным током (AC), проходящий через него, вращается по кругу, чтобы получить красивый узор из двух цветов.Диод горит зеленым светом, когда течет ток. через него в одну сторону и красный, если ток проходит через него в другую сторону. При настенном токе свет будет переключаться с красного на зеленый 60 раз каждые второй. Обычно мы этого не видим, но можем, если диод движется. достаточно быстро. Когда он движется по кругу, мы видим, что за ним следует зеленое пятно. красное пятно, затем зеленое пятно и так далее. Вы можете пошутить над электрическая компания отправляет нам заряд, а затем забирает его, поворачивая это посередине.

    Магнитное поле стержневого магнита
    Магнитное поле стержневого магнита показано разбрызгиванием магнитного металла. опилки поверх магнита. Каждая подшивка превращается в маленький магнит и выравнивается по магнитному полю, создаваемому стержневым магнитом. Это Важно отметить, что все линии поля являются петлями. Магнитные поля нет ни начала, ни конца. «Полюса» магнита — это как раз то место, где где большая часть силовых линий входит или выходит из магнита.Поле линии близко образуют петли внутри магнита.

    Карманный гальванометр
    Движущиеся заряды создают магнитное поле. Это показано намоткой проводов вокруг компаса и подключения провода к батарее. Ток (движущиеся заряды) производятся в проволоке, которая, в свою очередь, производит магнитное поле. поле. Все магнитные поля возникают из-за движения зарядов. В постоянный магнит магнитное поле создается движением электронов в атомах магнита.

    Электромагнит
    Проволока, намотанная на гвоздь, создает магнит, когда провод подключается поперек гвоздя. аккумулятор. Если соединение переключается в направлении магнитного поле, создаваемое проводом, переключает направление. Самые сильные магниты у нас так устроено. Студентам-волонтерам предлагается разобрать мощный электромагнит, питающийся от одной батарейки фонаря.

    Электронный луч
    Пучок электронов создается в частично откачанной газоразрядной трубке. Луч отклоняется, когда приближается магнит. Если магнит переворачивается, меняя направление поля, направление луча отклоняется обратный. Электрические заряды ощущают силу, когда они проходят через магнитное поле. Поскольку магнитные поля создаются движущимися зарядами, магнитная сила — это просто способ, которым заряды влияют друг на друга, когда есть относительное движение между ними.

    Индукция Фарадея и теория относительности
    Когда магнитное поле около проводника изменяется, перемещая магнит на Например, в проводнике возникает ток.Это показано перемещением стержневой магнит внутри и снаружи катушки с проводом, подключенной к измерителю тока. Это также показано с катушкой вспышки, где ток, производимый в проволочной петле с помощью движущегося магнита загорается небольшая лампочка. Это называется индукцией. Неудивительно, что при перемещении катушки при сохранении магнит еще. Тот же эффект продемонстрирован с электронным луч. Заряды в проводах вынуждены двигаться через магнитное поле. поле и, следовательно, почувствовать силу, которая производит ток.Ты получаешь тот же эффект при перемещении проволоки или при перемещении магнита. Все это действительно имеет значение относительное движение. Это основная идея Эйнштейна. теория относительности. Изменяющиеся магнитные поля, например, от движущегося магнит, создают электрические поля, которые заставляют заряды двигаться. Замена электрики поля, такие как движущийся заряд или электрический ток, создают магнитные поля. Все, что действительно имеет значение, — это относительные изменения в электрическом и магнитные поля.

    Большой генератор
    Петли из проволоки вынуждены двигаться через магнитное поле. Движущийся заряды в катушке испытывают силу магнитного поля и движутся в ток через провод. Вот как мы производим электроэнергию на мощности растения. Большие проволочные петли вынуждены проходить мимо больших магнитов. Проволочные петли перемещаются либо падающей водой, как в гидроэлектростанции. плотина, или за счет расширения пара, уносящего тепло от чего-то сожженного.

    Простой двигатель
    Двигатель — это генератор, работающий в обратном направлении. Батарея подключена через проволочные петли, которые находятся рядом с магнитом. Аккумулятор производит ток в проволочных шлейфах. Движущиеся заряды в петлях испытывают сила магнитного поля, которая заставляет петли переворачиваться. Ты можно также думать о петлях, через которые проходит электрический ток, как о электромагнит. Электромагнит отталкивается другим магнитом. и сделан для переворачивания.

    Соединительное кольцо
    Сверху мощного электромагнита помещено металлическое кольцо. Когда Электромагнит включен, магнитное поле быстро меняется. Этот заставляет заряды в металлической петле двигаться в токе так же, как движущийся магнит бы. Ток в металлической петле создает собственное магнитное поле. поле, которое противостоит полю большого электромагнита. Кольцо отталкивается с большой силой, которая может стрелять в него с 20 до 30 футов.

    Трубчатые магниты
    Мощные магниты падают на металлическую трубку и прозрачную пластиковую трубку. Движущиеся магниты создают в металлической трубке электрические токи. Эти токи создают магнитные поля, которые противостоят полю падающих магнитов. Из-за этого магниты очень медленно падают через металлическую трубку, по сравнению с в прозрачную пластиковую трубку, куда магниты падают без какого-либо сопротивления.

    Магнитный ролик
    По наклонной толстой медной пластине скатывается мощный магнит. В Магнит будет катиться на удивление медленно из-за индуцированных электрических токов в плита.Как и в демонстрации Tubular Magnet, индуцированные токи производят магнитные поля, противодействующие полю скрученного магнита. Там есть затем «индуцированный магнит» над катящимся магнитом, тянущий его сверху, и второй «индуцированный магнит» под катящимся магнитом, толкающий его назад.

    Лестница Иакова
    Объяснение классического старого научно-фантастического фильма. Огромное напряжение (заряд разделение) создает дугу между двумя высокими металлическими стержнями. Дуга — это Плазма: молекулы воздуха расщепляются на атомы и лишаются некоторых электронов. вместе со свободными электронами.Плазма очень хороший проводник, пока штатного воздуха нет. Плазма тоже очень горячая. Потому что из этого он поднимется. Дуга будет «взбираться» по лестнице из двух проводов. пока он не сломается в верхней части. Внизу сформируется новая дуга.

    Катушка Тесла
    Катушка Тесла на 80000 вольт используется для создания ярких электрических дуг. и зажигать рядом люминесцентные лампы без проводов. Катушка Тесла радиочастотный трансформатор.Изначально они были разработаны для передачи электричество с использованием радиоволн. Представьте себе тостер или волосы сушилка с короткими антеннами вместо электрического шнура.

    Рассол светлый
    Обычное бытовое переменное напряжение подается через большой рассол. В рассол, как и мы, полон влажных фонтанов, что является очень хорошим проводником электричества. Рассол будет брызгать, лопаться и светиться от тепла. огромных токов, протекающих через него.Примерно то же самое было бы случится с нами, если мы поиграем с электричеством, которое исходит от настенные розетки.



    Магнитные стратегии для контроля нервной системы

    Annu Rev Neurosci. Авторская рукопись; доступно в PMC 2020 8 января.

    Опубликован в окончательной редакции как:

    PMCID: PMC6617523

    NIHMSID: NIHMS1029805

    Michael G. Christiansen

    1 Министерство здравоохранения и технологий Швейцарии Технологический институт (ETH Zürich), Цюрих, Швейцария

    Александр В.Сенько

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

    Полина Аникеева

    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 нейронной 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, 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 из-за 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 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 уменьшит 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 биофизические 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 передается 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 влечет за собой индукцию в мозгу электрических токов, которые может вызывать или 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 слабое электромагнитное излучение. сигналы, связанные с технологиями человека или солнечным ветром (LaBelle & Treumann 2002, Engels et al. al. 2014), геомагнитное поле, по-видимому, является основным магнитным стимул эволюционного значения 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 демонстрировать резкие градиенты (например,> 100 Т / м) и могут действовать динамически, например, за счет вращающийся или чередующийся (). В то время как 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 наконечнике который быстро затухает с расстоянием, что приводит к сильному градиенту магнитного поля. Поля с различным пространственным распределением также можно классифицировать по тому, как они изменяются 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 смещают долю 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 о том, 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 деятельность. 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 & 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). Возможно, 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 клеточные популяции 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 может 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 последние годы. 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, проницаемый для Ca 2+ 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 в 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 наблюдаемые эффекты магнитных полей на клеточную сигнализацию и поведение грызунов был механическим (Stanley et al., 2014, Wheeler et al., 2016). Одна аминокислота замещение в поре 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 тот 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 проводящей Средняя. 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 терапия (ЭСТ) основана на прохождении тока через мозг, чтобы изменить нервное возбуждение. узоры. Предполагается, что это вызывает нейропластичность (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 (от Wagner et al. al. 2007). ( b ) Примеры катушек TMS, одиночных и бабочка (с сайта magstim.com). ( c ) Электромагнитная индукция может использоваться 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 сотен 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. Такие устройства используют катушку датчика для подключения к внешней первичной катушке. 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,грамм. 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

    Основы 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.( a ) Парамагнетизм: несвязанных спина случайным образом ориентированы в отсутствие приложенного поля, но они асимптотически приближаются к полному выравниванию с приложением больших магнитных полей. ( b ) В ферромагнитные материалы, 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, материалах, соседние магнитные моменты выравниваются 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 магнитостатическое 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 магнитные моменты, 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).Потому что 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).Потому что 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» (), такой как 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).

    Просто потому, 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 скорость колебания, 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 столь 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. Для Например, соосаждение с дешевыми затратами дает большие количества магнетита и гидротермальные методы могут создавать интересные морфологии, такие как полая структур (Ву и др., 2015). Достигать высокая степень однородности размеров и высокая намагниченность насыщения (мера магнитных моментов частиц) высокотемпературный тепловой методы декомпозиции часто предпочтительны (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 сила (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 прикладываемая 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 крутящие 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 быть использовано для запуска высвобождения химические агонисты или антагонисты, активирующие ионные каналы.

    Использование магнитных наночастиц для активации механочувствительных ионов каналов было продемонстрировано in vitro с помощью патч-клэмп-исследований (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, по которой подход с сильным градиентом магнитного поля не может быть легко преобразован в исследования in vivo.

    Напротив, возможно создание слабоградиентных магнитных полей над объемы, достаточные для размещения человека, например, магниты для МРТ. В качестве 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 первоначально 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 для физиологически безопасные уровни.

    Еще одно интересное применение магнитных наночастиц в качестве силы. преобразователи находятся в каркасах для регенерации нейронов, которые могут быть задействованы по беспроводной сети. 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 выгодно разрабатывать наноматериалы, способные преобразовывать внешние магнитные поля в локализованные электрические поля вблизи 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 намагничивание 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 нейростимуляции прогнали эти частицы с помощью медленно меняющихся магнитных полей с частотами от 0 до 20 Гц и амплитудой 10 мТл (Guduru et al.2015). Поскольку магнитоэлектрический отклик композит может быть ограничен свойствами материала любого компонента, это важно выбрать 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 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 свои 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 низких 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 предвидеть, 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, растягивая шкалу вертикальной оси. Анизотропия энергетический барьер увеличивается с увеличением объема частицы и позволяет коэрцитивные поля при достаточно больших приложенных амплитудах. Обе эти 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 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 показали 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 нанометровом масштабе (). Для первого требуется высококонцентрированная и локализованная капля. введенных наночастиц для нагрева себя и окружающей ткани, и, в сочетании с экспрессией TRPV1 это было продемонстрировано как жизнеспособный подход для нейромодуляции (Chen et al. 2015). С другой стороны, возможность наномасштабного нагрева менее интуитивно понятна, когда 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, 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, необходимо 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 высвобождаемые химические вещества могут действовать как агонист или антагонист канального белка, то можно связать магнитные стимул к химическому срабатыванию или подавлению нейрональной активности, опосредованный теплом. Эта концепция была продемонстрирована для in vitro, при 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 являются менее химически ограничительными 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 выборочно 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 большим 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, требуют оптического стимула 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 деятельность. Магнитные наночастицы могут опосредовать взаимодействия 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), электрические (от десятков до сотен нм) или механические (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.Лангмюр [PubMed] [Google Scholar]
    • Амстад Э., Кольбрехер Дж., Мюллер Э., Швайцер Т., Текстор М., Реймхульт Э. 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, Schumacher 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 вызвало колебания магнитные частицы для механического разрушения in vivo злокачественных глиома.J. Control. Выпускать 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]
    • Кристиансен М.Г., Сенко А.В., Чен Р., Ромеро Г., Аникеева П. 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 ориентация магнитного компаса 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. Передний. 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 мешающие 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., Джолес 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]
    • Ютц Г., ван Рейн П., Сантос Миранда Б., Бёкер А.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. Материал: InTech [Google Scholar]
    • Кеблински П., Кэхилл Д.Г., Бодапати А., Салливан С.Р., Татон Т.А. 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 Дж. Л., Уокер М. М., 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 заявление. Передний.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]
    • Ламурё П., Рутель Г., Буксбаум Р. Э., Хайдерманн С. Р.. 2002 г. Механическое напряжение может указывать на аксональный судьба в нейронах гиппокампа. J. Cell Biol. 159: 499–508 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
    • ван Ландегем Ф. К. Х., Майер-Хауфф К., Джордан А., Хоффманн К. Т., Гневецков Ю. и др.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]
    • Ли С.В., Фаллеггер Ф., Касс БДФ, Фрид С.И. 2016 г. Имплантируемые микрокатушки для внутрикортикальная магнитная стимуляция. Sci. Adv 2 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
    • Lefaucheur J-P, Андре-Обадиа Н., Антал А., Аяче С.С., Бэкен С. и др.2014 г. Доказательные 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. Доказательные 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. Транскраниально сфокусированный ультразвук модулирует активность первичной соматосенсорной коры у человека.Nat. Neurosci. 17: 322–329 [PubMed] [Google Scholar]
    • Лю Х.Л., Янг Й., Нг К.Т., Чжао ЛЙ, 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 зерна 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. Светоактивируемый криптохром реагирует с молекулярным кислородом с образованием радикальной пары флавин – супероксид В соответствии с магниторецепцией. 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). Передний. 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. Анна. 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]
    • Обесо Дж. А., Оланов К. В., Родригес-Ороз М. С., Крак П., Кумар Р., Ланг А. Э. 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 реагирует на магнитную стимуляцию.Передний. 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]
    • Педдис Д., Мансилла М.В., М0руп С., Каннас С., Мусину А. и др. 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 лекарств 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 нейронами сигнализация. Pharmacol. Ред. 63: 291–315 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
    • Ромеро Г., Кристиансен М.Г., Стокче Барбоса Л., Гарсия Ф., Аникеева П.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]
    • Руфф К.С., Драйвер Дж., Бестманн С. 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 выпускать.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 выпускать. 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]
    • Шен Й, Ву Ц., Уеда TQP, Plaza GR, Лю Б. 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]
    • Стэнли С.А., Зауэр Дж., Кейн Р.С., Дордик Дж. С., Фридман Дж. М..2014 г. Дистанционное регулирование глюкозы гомеостаз у мышей с использованием генетически закодированных наночастиц. Nat. Med. 21: 92. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
    • Сан С., Цзэн Х., Робинсон Д. Б., Рау С., Райс П. М.. 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. Синтез контролируемого размера 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]
    • Сабловски Ю.О., Ли-Госселин А., Лю Б., Малунда Д., Шапиро М.Г. 2018. Акустически направленная хемогенетика для неинвазивного контроля нервных цепей. 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 одиночной ячейки 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]
    • Ван Y-XJ. 2011 г. На основе суперпарамагнитного оксида железа Контрастные вещества для МРТ: текущий статус 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: эффект 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]
    • Вильчко В., Вильчко Р.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]
    • Винкльхофер М., Моуритсен Х., 2016 г. Магнитный белок компас? bioRxiv: 094607 [Google Scholar]
    • Wu W, Wu Z, Yu T, Jiang C, Kim W. 2015 г. Недавний прогресс в области магнитного железа наночастицы оксидов: 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. Ориентационно-опосредованное усиление магнитной гипертермии Fe 3 O 4 нанодиск. Adv. Функц. Матер. 25: 812–820 [Google Scholar]
    • Ясуо Т., Йошиказу У. 2002. Основные механизмы ТМС. J. Clin. Neurophysiol. 19: 322–343. [PubMed] [Google Scholar]
    • Янг Дж. Х., Ван М. Т., Брезович И. А.. 1980 г. Соображения по частоте / глубине проникновения при гипертермии токами магнитного поля.16: 358 [Google Scholar]
    • Юэ К., Гудуру Р., Хонг Дж., Лян П., Наир М., Хизроев С. 2012. Магнитоэлектрические наночастицы для Неинвазивная стимуляция мозга. PLoS ONE 7: e44040. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]

    % PDF-1.4 % 300 0 объект > / Metadata 329 0 R / OutputIntents [40 0 R] / PageLabels 36 0 R / PageLayout / OneColumn / Pages 38 0 R / PieceInfo >>> / StructTreeRoot 43 0 R / Тип / Каталог >> эндобдж 329 0 объект > поток приложение / pdf2013-04-16T05: 19: 16.37-04: 00приложение / pdf конечный поток эндобдж 36 0 объект > эндобдж 38 0 объект > эндобдж 43 0 объект > эндобдж 46 0 объект > эндобдж 44 0 объект > эндобдж 45 0 объект > эндобдж 53 0 объект [180 0 R 181 0 R 182 0 R 295 0 R 297 0 R 292 0 R 294 0 R 289 0 R 291 0 R 286 0 R 288 0 R 283 0 R 285 0 R 280 0 R 282 0 R 184 0 R 185 0 R 186 0 R 187 0 R 271 0 R 273 0 R 268 0 R 270 0 R 189 0 R 190 0 R 191 0 R 192 0 R 193 0 R 194 0 R 195 0 R 196 0 R 197 0 R 198 0 R 263 0 R 265 0 R 200 0 R 201 0 R 202 0 R 259 0 R 261 0 R 256 0 R 258 ​​0 R 204 0 R 205 0 R 206 0 R 207 0 R 208 0 R 209 0 R 210 0 R 211 0 212 0 R 213 0 R 214 0 R 251 0 R 253 0 R 216 0 R 217 0 R 247 0 R 249 0 R 244 0 R 246 0 R 219 0 R 220 0 R 221 0 R 222 0 R 223 0 R 224 0 R 225 0 R 226 0 R 227 0 R 228 0 R 239 0 R 241 0 R 230 0 R 231 0 R 232 0 R] эндобдж 54 0 объект [164 0 R 165 0 R 166 0 R 167 0 R 168 0 R 169 0 R 170 0 R 171 0 R 172 0 R 173 0 R 174 0 R 175 0 R] эндобдж 55 0 объект >] / P 67 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 56 0 объект >] / P 57 0 R / S / Ссылка >> эндобдж 57 0 объект > эндобдж 58 0 объект > эндобдж 59 0 объект > эндобдж 4 0 obj > / ExtGState> / Font> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageC] / XObject >>> / Rotate 0 / StructParents 2 / Type / Page >> эндобдж 5 0 obj [19 0 R 23 0 R] эндобдж 6 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 зеркала позволяют использовать новые технологии, отражая свет необычными способами | Пресс-релизы


    ДЛЯ НЕМЕДЛЕННОГО ВЫПУСКА

    Обращайтесь:
    Джейк Линн
    Связь с окружающей средой
    202.296.2002
    optica @ ecius.нетто

    Магнитные зеркала открывают доступ к новым технологиям, отражая свет необычными способами

    Художественное впечатление о сравнении магнитного зеркала с кубическими резонаторами (слева) и стандартного металлического зеркала (справа). Входящее и выходящее электрическое поле света (показанное в виде чередующихся красных и белых полос) показывает, что магнитное зеркало сохраняет исходную сигнатуру света, в то время как стандартное металлическое зеркало меняет ее местами при отражении.Предоставлено: С. Лю и др.
    ВАШИНГТОН, 16 октября 2014 г. — Как и в путешествии Алисы через зеркало в Страну чудес, зеркала в реальном мире иногда могут вести себя удивительным и неожиданным образом, включая новый класс зеркал, которые работают как никто другой.

    Как сообщается сегодня в новом высокоэффективном журнале оптического общества (OSA) Optica , ученые впервые продемонстрировали новый тип зеркала, которое лишено знакомой блестящей металлической поверхности и вместо этого отражает инфракрасный свет, используя необычный магнитное свойство неметаллического метаматериала.

    Размещая наноразмерные антенны на поверхности этих так называемых «магнитных зеркал» или в непосредственной близости от них, ученые могут улавливать и использовать электромагнитное излучение способами, имеющими заманчивый потенциал в новых классах химических датчиков, солнечных элементов, лазеров и т. Д. прочие оптоэлектронные устройства.

    «Мы достигли нового рубежа в технологии магнитных зеркал, экспериментально продемонстрировав это замечательное поведение света на инфракрасных длинах волн. Наш прорыв связан с использованием специально спроектированной неметаллической поверхности, усеянной наноразмерными резонаторами », — сказал Майкл Синклер, соавтор статьи Optica и ученый из Sandia National Laboratories в Альбукерке, Нью-Мексико, США, который был одним из руководителей. исследовательская группа с коллегой-автором и ученым из Сандии Игалом Бренером.

    Эти наноразмерные резонаторы кубической формы, основанные на элементе теллура, значительно меньше ширины человеческого волоса и даже меньше длины волны инфракрасного света, что необходимо для достижения магнитных зеркал на этих невероятно коротких длинах волн. .

    «Размер и форма резонаторов имеют решающее значение, — пояснил Синклер, — равно как и их магнитные и электрические свойства, которые позволяют им уникальным образом взаимодействовать со светом, рассеивая его в определенном диапазоне длин волн для создания эффекта магнитного зеркала. .”

    Ранние конструкции магнитных зеркал

    Обычные зеркала отражают свет, взаимодействуя с электрической составляющей электромагнитного излучения. Однако из-за этого они делают больше, чем просто переворачивают изображение; они также меняют электрическое поле света. Хотя это не влияет на человеческий глаз, это имеет большое значение в физике, особенно в точке отражения, где противоположные входящие и исходящие электрические поля производят эффект компенсации.Это временное подавление электрических свойств света предотвращает взаимодействие таких компонентов, как наноразмерные антенны и квантовые точки, со светом на поверхности зеркала.

    Магнитное зеркало, напротив, отражает свет, взаимодействуя со своим магнитным полем, сохраняя свои первоначальные электрические свойства. «Магнитное зеркало, таким образом, создает очень сильное электрическое поле на поверхности зеркала, обеспечивая максимальное поглощение энергии электромагнитных волн и открывая путь для новых приложений», — сказал Бренер.

    Однако, в отличие от серебра и других металлов, нет природного материала, который магнитно отражает свет. Магнитные поля могут отражать и даже закупоривать заряженные частицы, такие как электроны и протоны. Но фотоны, у которых нет заряда, проходят свободно.

    «Природа просто не обеспечивает способ магнитного отражения света», — объяснил Бренер. Поэтому ученые разрабатывают метаматериалы (материалы, не встречающиеся в природе, обладающие особыми свойствами), которые способны создавать эффект магнитного зеркала.

    Первоначально это могло быть достигнуто только на длинных микроволновых частотах, что позволяло использовать только несколько приложений, таких как микроволновые антенны.

    Совсем недавно другие исследователи достигли ограниченного успеха на более коротких длинах волн, используя металлические компоненты в форме «рыбьей чешуи». Эти конструкции, однако, испытали значительную потерю сигнала, а также неравномерную реакцию из-за их особой формы.

    Зеркала без металлов

    Чтобы преодолеть эти ограничения, команда разработала специально сконструированный двумерный массив неметаллических диэлектрических резонаторов — наноразмерных структур, которые сильно взаимодействуют с магнитной составляющей падающего света.Эти резонаторы имеют ряд важных преимуществ по сравнению с более ранними конструкциями
    . .
    Во-первых, диэлектрический материал, который они используют, теллур, имеет гораздо более низкие потери сигнала, чем металлы, что делает новую конструкцию намного более отражающей в инфракрасном диапазоне и создает гораздо более сильное электрическое поле на поверхности зеркала. Во-вторых, наноразмерные резонаторы могут быть изготовлены с использованием стандартных процессов литографии осаждения и травления, которые уже широко используются в промышленности.

    Отражающие свойства резонаторов возникают потому, что они в некоторых отношениях ведут себя как искусственные атомы, поглощая, а затем повторно излучающие фотоны.Атомы естественным образом делают это, поглощая фотоны своими внешними электронами, а затем повторно излучающие фотоны в случайных направлениях. Вот как молекулы в атмосфере рассеивают световые волны определенной длины, в результате чего небо становится синим днем ​​и красным на восходе и закате.

    Метаматериалы в резонаторах достигают аналогичного эффекта, но поглощают и переизлучают фотоны, не меняя их электрические поля.

    Доказательство процесса

    Подтверждение того, что проект команды на самом деле ведет себя как магнитное зеркало, потребовал точных измерений того, как световые волны перекрываются, когда они проходят друг с другом, входя и отражаясь от поверхности зеркала.Поскольку нормальные зеркала меняют фазу света при отражении, свидетельством того, что фазовая сигнатура волны не изменилась, будет «дымящийся пистолет», свидетельствующий о том, что образец ведет себя как истинное магнитное зеркало.

    Чтобы сделать это обнаружение, команда Sandia использовала метод, называемый спектроскопией во временной области, который широко используется для измерения фазы на более длинных терагерцовых волнах. По словам исследователей, всего несколько групп в мире продемонстрировали эту технику на более коротких волнах (менее 10 микрон).Сила этого метода в том, что он может отображать информацию об амплитуде и фазе электрического поля света.

    «Наши результаты ясно показали, что не было инверсии фазы света», — отметил Шэн Лю, научный сотрудник Sandia и ведущий автор статьи Optica . «Это была окончательная демонстрация того, что эта узорчатая поверхность ведет себя как оптическое магнитное зеркало».

    Следующие шаги
    Заглядывая в будущее, исследователи будут исследовать другие материалы, чтобы продемонстрировать поведение магнитного зеркала на еще более коротких оптических длинах волн, где можно найти чрезвычайно широкое применение.«Если бы эффективные магнитные зеркала можно было масштабировать до еще более коротких длин волн, они могли бы позволить использовать меньшие фотодетекторы, солнечные элементы и, возможно, лазеры», — заключил Лю.

    Бумага: С. Лю, М.Б. Синклер, Т.С. Махони, Ю.К. Джун, С. Кампионе, Дж. Гинн, Д. Бендер, Дж. Р. Вендт, Дж. Ф. Ихлефельд, П. Г. Клем, Дж. Б. Райт, И. Бренер, «Оптические магнитные зеркала без Металлы, Оптика, 4 , 247-253 (2014).

    ПРИМЕЧАНИЕ РЕДАКТОРА: изображение и расширенная копия бумаги Optica доступны для представителей СМИ по запросу.Свяжитесь с Джейком Линном по адресу [email protected] или 202.296.2002.

    О Optica
    Optica — это открытый онлайн-журнал, посвященный быстрому распространению высокоэффективных рецензируемых исследований по всему спектру оптики и фотоники. Ежемесячно публикуемый Оптическим обществом (OSA), Optica предоставляет форум для новаторских исследований, к которому международное сообщество может быстро получить доступ, независимо от того, являются ли эти исследования теоретическими или экспериментальными, фундаментальными или прикладными. Optica имеет выдающуюся редакционную коллегию, состоящую из более чем 20 младших редакторов со всего мира, и ее курирует главный редактор Алекс Гаэта из Корнельского университета. Для получения дополнительной информации посетите http://optica.osa.org .

    О OSA
    Оптическое общество (OSA), основанное в 1916 году, является ведущей профессиональной организацией для ученых, инженеров, студентов и предпринимателей, которые способствуют открытиям, формируют реальные приложения и ускоряют достижения в науке о свете.Посредством всемирно известных публикаций, встреч и членских инициатив OSA обеспечивает качественные исследования, вдохновляющие взаимодействия и специальные ресурсы для своей обширной глобальной сети экспертов по оптике и фотонике. OSA является одним из основателей Национальной инициативы по фотонике и Международного года света 2015 года. Для получения дополнительной информации посетите www.osa.org.

    Магниты 1: Магнитные датчики — Science NetLinks

    Назначение

    Студенты поймут, что некоторые материалы притягиваются к магнитам, а некоторые нет.

    Контекст

    Этот урок является первым из серии из двух уроков, посвященных магнитам. Студенты должны провести множество исследований, чтобы познакомиться с толкающими и тянущими магнитами. Изучая магниты, студенты косвенно знакомятся с идеей о том, что на Земле действуют силы, которые нельзя увидеть. Затем эту идею можно развить до понимания того, что объекты, такие как земля или электрически заряженные объекты, могут притягивать другие объекты.Важно, чтобы учащиеся получили представление об электрических и магнитных силовых полях (а также гравитации) и некоторых простых отношениях между магнитным и электрическим током ( Benchmarks for Science Literacy , p. 93.) В более поздние годы студенты будут учиться о гравитационной силе, а также о том, как электрические токи и магниты могут оказывать влияние.

    Студенты этого уровня уже должны были обнаружить, что магниты могут заставить объект двигаться, не касаясь его. На что они, возможно, не обратили внимания, так это на типы материалов, которые движутся и не двигаются, когда находятся рядом с магнитом.

    В курсе «Магниты 1: магнитные датчики» учащиеся будут смотреть на различные объекты, делать предположения о том, являются ли они магнитными, а затем проверять свои предсказания. Это исследование является вводным курсом к магнитам и магнетизму.

    В книге «Магниты 2: насколько силен ваш магнит?» Учащиеся узнают, как препятствия и увеличенное расстояние могут изменять силу магнита.

    Планирование вперед

    Вам понадобятся различные предметы для тестирования. Предложений:

    • деревянная зубочистка
    • пенни
    • ювелирные изделия
    • пластиковый стаканчик
    • скрепки
    • резьба
    • иглы или булавки
    • резинки
    • резинки для волос
    • жестяная банка
    • стекло
    • фольга алюминиевая
    • мелок
    • гвоздь
    • рукавица
    • бумага
    • школьные ножницы
    • прихват
    • скоб
    • заколка для бобби или заколка

    Мотивация

    Разделите учащихся на пары и раздайте каждой паре пакет предметов для тестирования (в это время у учащихся не должно быть магнитов).Скажите студентам, чтобы они опустошили свои мешки с материалами и исследовали, что находится внутри. Попросите учащихся изучить все предметы, а затем классифицировать или сгруппировать их в зависимости от того, что они знают о материалах. Студенты могут выбрать сортировку по размеру, форме, составу материала, весу или какой-либо другой схеме. После того, как у студентов будет достаточно времени для сортировки объектов, попросите их записать свой метод сортировки в студенческом листе «Методы классификации». Затем попросите учащихся придумать другой способ классификации объектов и снова записать их мысли.После того, как учащиеся определили два или три способа классификации объектов, попросите каждую группу поделиться одним из своих методов и, возможно, обсудите, какие объекты попадают под какие категории. Вы можете записать на доске различные методы классификации.

    Теперь возьмите стержень или подковообразный магнит и задайте студентам следующие вопросы:

    • Что это за объект?
    • Как магниты используются в нашей повседневной жизни?
    • Как узнать, что что-то является магнитом?
    • Как узнать, магнитный объект или нет?

    Скажите студентам, что они будут изучать магниты и типы объектов, которые их привлекают.Объясните учащимся, что они будут делать предположения о том, являются ли объекты перед ними магнитными, а затем выясняют, верны ли их прогнозы.

    Разработка

    Перед началом лабораторной работы студенты будут размышлять о том, влияет ли вес, текстура или размер объекта на его магнетизм. Вы можете вместе ответить на первый вопрос из таблицы «Методы классификации», чтобы учащиеся поняли, что им задают. Обсуждение может быть похоже на следующее:

    Скажите студентам: Сортировал ли кто-нибудь объект по весу? Тяжелая или легкая? Найдите минутку и классифицируйте предметы по весу.Возможно, решите, какие из них тяжелые, легкие или что-то среднее.

    Когда студенты закончат, спросите их:

    • Влияет ли вес объекта на то, притягивается он к магниту или нет?

    При необходимости предоставьте дополнительные объяснения. Затем попросите учащихся записать свои мысли в листе действий «Методы классификации». Затем учащиеся должны продолжить и ответить на те же вопросы, что и в ведомости для учащихся. После того, как учащиеся ответят на вопросы, многие захотят обсудить их ответы.Студенты вернутся к ним снова, когда лаборатория будет завершена, чтобы увидеть, изменились ли их мысли.

    Раздайте каждой группе стержень или подковообразный магнит и лист учащихся «Магнитные датчики». Лист заданий разработан таким образом, чтобы учащиеся могли при необходимости работать самостоятельно. Вы можете усилить тот факт, что студенты сначала будут записывать и делать прогнозы для всех объектов, затем они будут проверять каждый объект на магнетизм и записывать результаты.

    Оценка

    После того, как учащиеся запишут свои прогнозы и результаты, они будут размышлять над своими выводами, отвечая на вопросы в студенческом листе с магнитными датчиками.Студенты должны прийти к выводу, что многие металлы обладают магнитными свойствами. Возможно, вы захотите обсудить более конкретно, что железо, сталь, никель и кобальт обладают магнитными свойствами. Убедитесь, что некоторые металлы (например, медь и алюминий) не притягиваются к магнитам.

    Расширения

    Выполните этот урок и следующий урок из серии «Магниты»: Магниты 2: Насколько силен ваш магнит?

    Предложите учащимся попробовать задание «Великолепные хлопья для завтрака» от Science Buddies.В этом упражнении ученики вытаскивают железо из хлопьев с помощью магнита. Студенты могут не поверить, что в пище, которую мы едим, есть металлы. Это задание удивит их и заставит обсудить интересные вопросы.

    Попросите учащихся проверить, являются ли американские и канадские никели магнитными. Как только они обнаружат, что американские пятаки — это не так, посмотрите, смогут ли студенты сформулировать точную причину, почему нет.

    Напишите на доске слова «Magna Doodle». Спросите студентов, знаком ли кто-нибудь с Magna Doodle, а затем попросите студентов описать его.Когда у студентов будет время поделиться, обойдите комнату, показывая студентам Magna Doodle. Позвольте ученикам взглянуть на игрушку и ручку или быстро попробовать их. Затем попросите студентов придумать гипотезу о том, как работает Magna Doodle — если это уместно; позволяют студентам записывать свои мысли в свои научные журналы.

    Студенты также могут посетить сайт How Stuff Works, чтобы узнать, как работает Magna Doodle.

    Чем привлекают магниты? — ресурс с веб-сайта Magnet Man, предлагающий множество идей и мероприятий для дальнейшего изучения магнитов и магнетизма.

    Отправьте нам отзыв об этом уроке>

    вопросов и ответов — Что произойдет, если магнит разрезать пополам? Зависит ли сила электромагнита от количества витков провода? Если у вас два магнита …

    Что произойдет, если магнит разрезать пополам? Зависит ли сила электромагнита от количества витков провода? Если у вас два магнита, как узнать, какой из них сильнее?

    Если разрезать магнит пополам, может произойти несколько вещей.Если вы сделаете это аккуратно, у вас может получиться два магнита. Вы можете думать о магните как о связке крошечных магнитов, называемых магнитными доменами, которые зажаты вместе. Каждый усиливает магнитные поля другого. У каждого есть крошечный северный и южный полюс. Если разрезать пополам, только что вырезанные грани станут новыми северными или южными полюсами меньших частей. Вы можете продолжать нарезать все меньшие и меньшие ломтики, например буханку хлеба, и получать все более тонкие магниты, каждый с новым набором полюсов. Помните, я сказал, что вы получите только два магнита, если аккуратно их разрежете.Магнитные домены в магнитном материале можно разбить, ударив или вибрируя магнит (например, при распиливании его пополам). Если их разбить, домены перестают быть аккуратно расположенными, поэтому они не усиливают друг друга. Если они находятся в случайной ориентации, а их поля направлены повсюду, они компенсируют друг друга.

    Количество витков провода действительно определяет силу электромагнита. Есть простой эксперимент, чтобы доказать это самому себе. Оберните железные гвозди тонким изолированным проводом разного количества и подключите их по одному к небольшой батарее.Есть несколько способов измерить силу этих разных электромагнитов. Есть счетчики, называемые гаусс-метрами. Просто поместите зонд гауссметра в магнитное поле, и он покажет вам силу поля в этой точке. Счетчики стоят около 1000 долларов. Я почти уверен, что это больше, чем вы можете себе позволить с учетом вашего содержания. Разумный метод измерения силы магнита — просто подсчитать, сколько мелких предметов подберет каждый магнит. Стальные канцелярские скрепки — хороший выбор.Это не даст вам абсолютного измерения силы магнита, но это разумный способ сравнить два одинаковых магнита. Они должны быть похожими магнитами, потому что с помощью такого рода тестов вы одновременно сравниваете две вещи: силу поля и размер поля. Магнит с большим, но более слабым полем может по-прежнему поднимать больший вес, чем магнит с очень сильным полем, на очень небольшой площади.

    Автор:

    Брайан Кросс, главный инженер-детектор (Другие ответы Брайана Кросса)

    .

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *