[0027] 本实用新型旨在制造能产生一定范围均匀稳定磁场的、可用于生物学实验的电磁场发生装置，为降低成本和方便安装，本实用新型分为两部分：线圈部分和3D打印部分。首先用SolidWorks对Lee-Whiting等五种线圈设计进行了建模，结合COMSOL多物理场仿真模拟结果进行各种参数的设计。随后，电磁场发生装置的制造被分为线圈、镂空底座、握手、载物台四个部分。安装好后，线圈可连接外部电源（市面上常见的电流源皆可）产生磁场。
[0028] 第一部分：COMSOL仿真确认设计方案
[0029] 为产生均匀稳定的磁场，将五种常见的线圈设计方案包括Helmholtz（赫姆霍兹线圈）、Lee-Whiting 4-coil、Merritt et al. 3-coil、Alldred & Scollar 4-coil和Merritt et al. 4-coil方案，利用COMSOL软件进行多物理场仿真模拟，最终选择了Lee-Whiting的方案。Lee-Whiting 4-coil的方案中4组线圈的匝数比为9：4：4：9，通过对不同匝数的仿真模拟，发现在选用180/80/80/180的线圈匝数和0.812 mm直径的铜丝时，能产生磁场强度、均匀磁场大小范围适用于小型生物实验的电磁场。改变铜丝直径可改变能通过线圈的最大电流，并影响装置生成的最大磁场强度。
[0030] 又因为装置要满足在37℃培养箱中工作的要求，因此，用于生物学实验的电磁场的大小由其装置的大小限定。根据调查，市面上常见最小规格的细胞培养箱尺寸为35*37.8*37.5 cm，因此将线圈架的大小设为小于此规格的尺寸。考虑到细胞培养箱内通常设有3层置物架，而一般实验过程中难以避免其它细胞培养需求，因此电磁场发生装置的体积不能过大，以便于留出一定空间给其它细胞实验。为此，电磁场发生装置的最大尺寸被设置为细胞培养箱内尺寸的三分之二。
[0031] 在满足装置尺寸不能过大的前提下，还要满足其生成的均匀电磁场面积不能过小：线圈尺寸相对应的生成均匀电磁场的大小需要至少能够覆盖一个细胞培养板（约为12.75*8.53 cm）。因此，我们又可以从最小均匀磁场面积出发反向推算所需要最小装置尺寸。通过再次进行COMSOL多物理场仿真模拟，确认合适的线圈内直径为13.88 cm。
[0032] 第二部分：3D打印制造装置骨架及部件组装
[0033] 本实用新型各部件骨架的制造使用3D打印技术，采用原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料---ABS打印，从源头降低成本：整个装置3D打印骨架花费不足500元。3D打印制造的线圈架采用两面设计：一面凸起，一面凹陷，榫接后中间柱状处可绕铜丝。载物架设于底座中央，通过立柱与底座相连。制造后的各部分组件有序组装。
[0034] 组装完成后将磁场发生装置与设置好的电源相连，利用高斯计测定出装置内各个位点的磁场强度并与COMSOL仿真结果进行比较，发现实际测量值与仿真数据具有高度一致性，可投入使用。
[0035] 由于该装置的主体部分只涉及到有绝缘层的铜丝和3D打印材料ABS，因此在进行生物学实验前要做的灭菌工作主要是针对这两种材料的。文献调研及灭菌测试发现铜丝和ABS在涂抹75%酒精前后没有显著变化，且铜丝不会因紫外照射产生异物，而ABS在24小时以上紫外灯照射下才会产生自由基。由于对装置灭菌时间不会超过40分钟，因此对装置的酒精杀菌和紫外杀菌可顺利进行。
[0036] 如图1所示，本实用新型装置的四个主要组成部分为底座部分10，线圈架部分20，载物架部分30，握手部分40，以下分别进行详述。
[0037] 底座部分：
[0038] 如图2所示，底座长*宽*高为20*17.88*5 cm。底座中部有一个长度为13.88 cm，宽度为6 cm的长方形镂空部分101，宽边中部各有一个长度为7.88 cm，宽度为5 cm的矩形缺口102。在底座的四角各有一个长5 cm，宽2.2 cm，高5 cm的结构，其中间各有一个半径为0.6 cm的圆形镂空部位103以便与握手部分相连，其上有高度为1cm的倾斜棱台104在保证功能的同时减少用料且使得装置线条更加美观。在底座两条长边上对称分布厚度为1cm的锯齿状长方体105，其间的凹槽用以固定线圈架。
[0039] 线圈架部分：
[0040] 如图3和图4所示，线圈架由a（图4）和b（图5）两部分构成。线圈架a、b中部有弧状镂空201和直径为13.88 cm的圆形镂空202，线圈架a的圆形镂空部位连接内直径为13.88 cm，高度为1 cm，厚度为0.6 cm的空心圆柱体203。空心圆柱体上有两个直径为0.6 cm的圆形突起榫接处204可与线圈架b上两个半径为0.3 cm的圆形凹陷榫接处204相连。线圈架a、b榫接后可绕铜丝，底部与底座锯齿状部位相连，组成铜丝线圈组，线圈上的铜丝穿过孔205从而与固定在支架206上的香蕉线的接线口相连，孔205和支架206构成接口部位，该接口部位用于将一个线圈与另一个线圈相连。本方案中的线圈架也可采用一次成型技术制造，即不分为ab两部分，虽成本上升但能保证实现同样的目的。
[0041] 载物架部分：
[0042] 如图5所示，载物架由长14 cm，宽11 cm，厚0.5 cm的载物板301和四根截面为边长1cm的正方形，高为13.44 cm的长方体立柱302构成。载物板中间有五个等间距的尺寸为1*
12 cm的长方形镂空部分303，起到方便打印且节省材料的作用。载物架通过四个立柱与底座相接。
[0043] 握手部分：
[0044] 如图6所示，握手部分由长度为12.88 cm，宽度为4 cm，厚度为0.5 cm的三边矩形框401构成，矩形框两短边处有直径为1 cm，高度为3 c m的圆柱体402。握手通过圆柱体和底座四角上的圆孔相接，使装置易于携带搬运。本方案中的握手长度/高度可设计成多种尺寸，并不会影响整体功能。
[0045] 综上，本实用新型的技术方案解决了前文提到的价格昂贵、装置部件种类少不易匹配、磁场不均、难以进行消毒灭菌等技术问题。
