生物用电致演化辐射器

生物用电致演化辐射器

(一)本发明全称为“生物用电致演化辐射器”，英文缩写为EEL。

(二)本发明属于电致辐射技术领域。

(三)对本发明的理解、检索、审查最相关的现有技术，是近十多年来 出现的非线性电子技术。回顾非线性振荡的研究史(参见Kennedy M.P.， Chua L.O.，IEEE Trans.Circuits and Systems，33(1986)974)，我们可以知 道，虽然早在1972年荷兰无线电工程师Vander Pol等在三极管振荡电路中 就已看到“不规则的”现象，但由于当时技术不够发达，没有对这种分叉一混 沌现象给以重视。重要的倍周期分叉现象也直到1978年才由美国物理学家 Feigenbaum发现(参见M.J.Feigenbanm，J.Stat.Phys.，19，25(1978)； 21，699(1979))。1979年3位苏联学者提出了修正的Vander Pol振荡器，发 现了复杂输出(参见Zongh.G.O.，Ayrom F.，Int.J.Cricuit Theory Appl.， 13(1985)93；程极泰，《自然杂志》，12(1989)668；Matsumoto T.et.al.， IEEE Trans.Clrcuits and Systems，32(1985)797)，1981年P.S.Linsay对 含变容二极管的RLC振荡电路(附图1)进行实验研究(Tand Y.S.et al.， IEEE Trans，Circuits.and Systems，30(1083)，620)。此二极管的电容随 电压变化的规律是C＝C₀(1＋βV)^γ，其中C₀，β和γ是常数。当讯号发生 器的输出电频较低时，RLC回路响应就是线性的，有一确定共振频率v。将 发生器调到此频率上，以讯号电压V为控制参量。当V增至阈值V₁时，突 然有二分频v/2……，当V增至阈值V_n时，突然有2ⁿ分频v/2ⁿ，这些阈 值V_n按Feigenbaum普适常数δ收敛。实验结果与理论预计值比较列于表 1。1984年L.O.Chua设计-3阶非线性自治电路(Chua L.O.，et al.， Int.J.Circuit Theory Appl.，14(1986)315)，此电路可与Lorenz混沌模型 相比。1986年黄安山在Chua电路中发现“周期—混沌—周期加(减)1 律”，继而又在该电路中到了混沌消失时的边界(黄安山，《电子学报》， 18，2(1990)121)。实际上，在其他3阶自治电路，例如仿Chua电路、 双回路3阶自治电路中，都存在着相同现象。特别是在仿Chua电路中遵循 着一条完美的规律：从平衡点开始Hopf分叉由倍周期进入混沌，然后从周 期2开始经倍周期进入混沌，再后从周期3开始……(参见Chua.L.O.， Madan R.N.，IEEE.Circuits and Devices Magazine，1(1988)3)。

对本发明的理解、检索、审查有参考作用的另一项现有技术，是电致发 光技术(参见J.I.Pankove，Electroluminescence，Spinger-Verlag， Berlin，Heidelberg，New York，1977)。1923年苏联O.罗雪夫曾观察 到，作为检波器用的SiC晶体通电时，从电极与晶体接触处发出光来。这一 现象的研究停滞不前，到60年代才在固体理论和半导体技术发展的基础上 发现PN结发先。本征型EL自从1936年被法国科学家G.德斯特里奥发现 后，由于未能突破亮度低、寿命短的缺点，其应用受到很大限制；直到近十 多年来，情况又有新的变化，寿命提高达1万小时，加以直流粉末EL (DC-EL)材料的问世以及交流薄膜EL(ACTF-EL)板的研制成功才又 使EL研究进入新的兴盛时期。

对发明的理解、检索、审查有参考作用的第三项现有技术，是TDP技 术。TDP红外辐射，是由经过特别选定的与生物体相关的多种物质及其不 同存在状态的组合，在一定温度场下，发射出地0.2～50μm的电磁波(参见 谭辉玲等，《重庆大学学报》，8(1988)59；谭辉玲、莫代，《生物化学与 生物物理进展》，3(1989)211；谭辉玲，《自然杂志》，11(1988)76)。 TDP已广泛应用于临床医学、农业、畜牧兽医、酿酒等领域。

(四)本人发明“生物用电致演化辐射器(EEL)”的目的，是通过引入非 线性电路系统，将红外辐射灯(TDP)技术与电致辐射技术结合起来，以产 生比TDP性能更好、效率更高、寿命更长、更适用于生物组织的辐射器。

现有TDP技术主要属于热辐射技术领域。使用一定时期后，TDP的生 物效应显著下降，最后失效。据岳清泉教授研究(参见谭辉玲，《自然杂 志》，13(1990)507)，大致每使用100小时它的生物效应有效性下降3～ 4％。经发射光谱和原子吸收光谱分析，发现TDP材料中K、Mg、Cu、 Ca、Zn等元素含量随使用时间延长而下降。喇曼光谱分析结果表明它的喇 曼活性弱，仅在555cm^-1有一弱峰带，失效材料则下降为一平坦包。

生物体是一种复杂的自组织系统，生物的生长是一种非平衡的演变过 程。对生物体这样的复杂系统，仅靠某些微量元素效应起作用是不够的。对 生物生长这样的复杂过程，仅靠简单的热辐照效应也是很不够的。

本发明人认为，不论在正常生长中，还是在变异中，或是在病变中，生 物体的辐射与吸收都具有复杂的演变性质。对生物起有效作用的仪器应当与 非线性电子技术有关。正是基于这种设想、本人发明了以非线性电路为基础 的电致演化辐射器(EEL)，以期综合利用电致辐射效应和TDP效应，更有 利于生物的生长和健康。

(五)本发明首先将TDP改为电致辐射器，即是说，将表面有红外辐射 材料烧结层的钢板改为由交流薄膜EL板构成的电致发光盒，进而将RLC 振荡电路引入电致辐射器，形成生物用电致演化辐射器。现从工作原理和基 本构成两方面介绍本发明的内容。

1.工作原理

本发明的基础由RLC振荡电路系统构成。本发明所以要采用非线性电 路，是由于有不少实验和理论分析(前面已列出有关文献)已表明，许多非 线性器件、电路和系统能够呈现一种远比经典电路所呈现的直流稳态响应、 周期响应、子谐波响应、超谐波响应和殆周期(准周期)响应更为复杂的响 应，而这种复杂响应与生物体的复杂响应是相适应的。

从第(三)部分所提及的非线性振荡电路实验结果，我们可断定：i) 随着分叉级数n的增加，非线性振荡以z(n)倍周期而递增；ii)在第n级 分叉上，非线性振荡由z(n)个分叉波迭加而成。这里z(n)取整数值。 关于这一点，可参见本发明人李宗诚在《1994年全国自动化控制理论学术 论文集》发表的论文“自组织控制系统分析方法：分叉一混沌信号与N级分 频谱变换”，还可参见本发明人李宗诚在1994年将出版的学术刊物《数据采 集与处理》上发表的论文“关于非平衡信号的采样间隔和频率”。

在将非线性电路引入探测器或加速器的条件下，由非线性振荡电路实验 结果，我们可看到：电子具有N级分叉波动性；第几级分叉波的频率应为 v/z(n)、波长应为z(n)λ。特别地当n→∞，电子具有混沌波动性；当 n＝0，电子具有de Broglie波动性。

根据电子光学所确认的如下事实：A)在电场和磁场中控制电子运动轨 迹的规律(最小作用量原理)与折射率有变化的化学媒质中控制光线的规律 (费马原理)之间的相似性；B)L.V.德布罗意于20世纪20年代揭示了电子 的波动性及其与光波的相似性；进而，考虑到电磁级联簇射及其它高能多光 子过程，我们可以看到，在将非线性电路引入发射器的条件下，光子将具有 倍周期演变性，而且以分叉一混沌波为基本演变形式。关于这一点，可参见 本发明人李宗诚在1994年将要出版的学术刊物《光谱学与光谱分析》上发 表的论文“N级分叉—混沌光子模型及其演化波谱研究。”本发明人给出如下 两个重要结果：

①根据Feigenbaum分叉间距等比关系(见M.J.Feigenbaum，J.Stat. Phys.，19，25(1978)；21，699(1979))

        Δ_n/Δ_n+1→δ＝4.669201609…… 则N级分叉光子的速度应为 <math> <mrow> <msub> <mi>c</mi> <mrow> <mo>{</mo> <mi>N</mi> <mo>}</mo> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mi>c</mi> <mo>+</mo> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>2</mn> <mi>c</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <mi>&delta;</mi> </mfrac> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>3</mn> <mi>c</mi> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msup> <mi>&delta;</mi> <mn>2</mn> </msup> </mfrac> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mn>4</mn> <mi>c</mi> <mo>+</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>&CenterDot;</mo> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msup> <mi>&delta;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>N</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>c</mi> </mrow> </math> <math> <mrow> <mo>=</mo> <mi>c</mi> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <mfrac> <mn>1</mn> <msup> <mi>&delta;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </math> 其中，η₀为未分叉时段[t₀，t₁]在一特定演变时段〔t₀，t〕中所占的比重，且0 ＜η₀＜1；η₁为一级分叉时段〔t₁，t₂〕在一特定演变时段〔t₀，t〕中所占的比 重，且0＜η₁＜1。

②N级分叉波的频率和波长应为 <math> <mrow> <msub> <mi>v</mi> <mrow> <mo>{</mo> <mi>N</mi> <mo>}</mo> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>v</mi> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mfrac> <mn>1</mn> <mrow> <mi>z</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> <mo>&CenterDot;</mo> <mfrac> <mn>1</mn> <msup> <mi>&delta;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </math> <math> <mrow> <msub> <mi>&lambda;</mi> <mrow> <mo>{</mo> <mi>N</mi> <mo>}</mo> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mi>&lambda;</mi> <mo>&lsqb;</mo> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi> </munderover> <mfrac> <mn>1</mn> <msup> <mi>&delta;</mi> <mrow> <mi>n</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msup> </mfrac> <mi>z</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <msub> <mi>&eta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>n</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&rsqb;</mo> </mrow> </math>

由上述结果，我们可设计一个非线性电路以产生倍周期分叉电流，并以 这种电流在辐射材料中产生辐射。这个现象的经典解释是：从施主或陷阱中 通过电场到达导带的电子，或从电极通过隧道效应进入材料中的电子，受到 电场加速获得足够高的能量，碰撞电离或激发发光中心，最后导致复合发 光。

2、基本构成

一般地，生物用电致演化辐射器应由非线性电路、辐射材料、绝缘材料 和平板电极等构成，如附图2所示。

本发明的主要部件，是将类似于本征半导体材料的新型辐射材料悬置于 树脂等绝缘材料中并夹于两块平板电极(其中一板常为透明电极，例如镀 SnO₂的玻璃)间而形成的电致辐射板(EL板)或电致辐射盒(EL盒)。

本发明采用的辐射材料是由晶态、非晶态物质和氧化物以及单质等混合 经烧结而成的复杂材料，含有30多种于生物有利的无机元素。辐射的IR谱 应是一种具有复杂演变性的包络线(2.5～25μm)。可以预期，随使用时间增 加，这种材料中的晶态/非晶态比例上升，可能有的物相应为碳、复碳化 物、复硅铝酸盐、复碳酸(硫酸)盐等。

(六)本发明的优点是：

(1)通过采用非线性振荡电路技术，首先将TDP热辐射转变为电致辐 射，进而将通常的电致辐射改进为电致演化辐射，这就不仅将TDP辐射效 应和电致辐射效应综合利用起来，而且达到更好的效果；

(2)原则上，辐射的倍周期演化光可在包括分频在内的一切频率范围内 连续调谐，因而更适用于具有复杂演变性的生物体中；

(3)能量转换效率非常高，具有很大的潜在能力；

(4)功率可望做得较大，这主要由倍周期分叉光子的理论速度值、n级 分频和n级波长看出的；

(5)由上述特点，可以预期，本发明对促进生物生长、克服生物变异、 消除生物病变有明显效果，因而可广泛应用于临床医学、生物工程、农业、 畜牧兽医等领域。特别地对于人体，本发明有如下积极效果：

(1)采用本发明，可破坏肿瘤组织，有望攻克肿瘤顽症；

(2)采用本发明，可促进组织修复，有望矫正畸形，连接骨折；

(3)采用本发明，可应付突发病变，有望某些急难病症(如急性心 肌梗塞、心跳骤停、严重心律失常等)。

(七)附图说明如下：

附图1——本说明书前面对此图已有说明。现进一步指出，图1所给的 实验，在许多实验室都不难做到，而且三十年代就有人发现过非线性电路中 的倍周期分叉现象。然而近五十年中科学家对非线性电路进行了不知多少研 究，却漏过了这里的分频现象。

表1——美国物理学家Feigenbaum对许多非线性函数进行过叠代试 验，都得到分叉间距之比δ和分叉宽度之比α为

    δ＝4.669201609……

    α＝2.502907875…… 这并不是巧合，而是自然界的普适常数。

附图2——在RLC振荡电路系统中，新型辐射材料被悬置于树脂等绝 缘材料中并夹于两块平板电极间。

(八)实现本发明的最好方式如下：

利用与非线性电路有关的倍周期分叉电流通过特定辐射材料而辐射的不 同效应，可以制成各种类型用于生物体的电致演化辐射器(EEL)。

在EL盒中，所用辐射材料的基体是以非晶态为主的复硅铝酸盐玻 璃体，混有碳化物、碳酸盐、硫酸盐和金属单质。在使用中会有金属粒子辐 射，而且碳酸根、硫酸根和复硅酸根逐渐发生相互作用。将EL盒与电源连 接就可观察到光从透明电极一侧透射出来。如附图2所示。根据理论估计， 要发生碰撞电离，场强约需10⁵～10⁶伏/厘米，但一般EL盒发光层厚度约 0.1毫米，施加电压约100伏左右，因此平均场强仅10伏/厘米。针对这种 情况，我们可采用近十多年问世的直流粉末EL(DC-EL)材料和交流薄膜 EL(ACTF-EL)板。在EEL中，DC-EL材料是将掺有K、Mg、Cu、 Ca、Zn等元素的粉末置于有铜离子的溶液中浸润若干分钟而获得的，这种 材料的特点是，可用直流电源、脉冲电源和交流电源。在EEL中， ACTF-EL板可用真空淀积方法将辐射层夹于双绝缘层之间而获得，这样的 EL板辐射功率大、寿命长。