稳恒磁场（static magnetic fields，SMFs）是强度恒定的一种磁场，适合作为磁生物学研究的切入点。前期研究显示SMFs对不同细胞具有不同的生物学效应，与磁场作用的时间，强度，以及细胞类型有关。临床上发现SMFs对肿瘤生长具有抑制或协同杀伤作用，对骨骼健康具有促进生长和促进骨折愈合的维护作用。细胞作为生物体的组成和行使功能的最小单位，可以看作是由各种大分子、小分子和离子靠电磁相互作用组成的一个有机整体，其本身具有一定的电磁特性。磁场对细胞的作用可看作是外界磁场与细胞本身电磁特性耦合的结果。本文从细胞的电磁特性角度研究SMFs对细胞的作用。结果发现SMFs对生物细胞的作用与细胞的介电特性和铁磁性金属元素含量有关，且不同的细胞响应各异。论文首先进行不同强度SMFs对成骨细胞和白血病细胞生物学效应和胞内金属元素含量影响的研究。实验以贴壁生长的成骨细胞MC3T3-E1和悬浮生长的白血病细胞K562为材料，分别研究了500nT亚磁场、200mT中强磁场、50μT地磁场和16T强磁场四种强度的SMFs对细胞生长、金属元素含量的影响。结果显示K562细胞和MC3T3-E1细胞对相同的磁场处理条件具有不同的响应。与正常地磁场环境相比，中强磁场可显著抑制K562细胞增殖，细胞周期被阻滞在G0/G1期，胞内活性氧水平升高；而强磁场可显著促进MC3T3-E1细胞增殖，细胞周期在S期和G2/M期分布增多，胞内活性氧水平升高，且胞内Fe元素含量显著升高、Cu元素含量显著降低。其次，论文建立白血病细胞和成骨细胞介电特性的检测方法，并研究SMFs作用下两种细胞介电特性的变化。实验设计并制作了用于悬浮生长的白血病细胞介电特性检测的圆柱形测量池，和用于贴壁生长的成骨细胞介电特性检测的平行导线测量池。采用电流回路分析的方法对两种测量池的浮游电容、残余电感和电极极化误差进行校正和消除。针对两种细胞的生长方式不同，建立了相应的介电特性检测的方法，并检测了SMFs作用下细胞介电特性的变化。结果显示亚磁场对K562细胞悬浮液的介电常数和电导率无明显改变，但是显著影响其介电参数。亚磁场处理4h，介电增量显著升高，低频电导率也显著改变，处理组的变化随时间的增加呈现波动性。中强磁场作用后K562细胞悬浮液电导率变化较大，且弛豫时间显著变化。弛豫时间改变可能与细胞悬浮液电导率的变化，以及中强磁场抑制K562细胞增殖有关。中强磁场处理后，MC3T3-E1细胞的形态无明显变化，但其介电特性随接种密度和作用时间的不同产生不同的改变。其中受中强磁场作用，细胞电容和电导的变化大约呈现以细胞周期为周期的波动性。该变化可能与细胞所处周期的骨架状态、蛋白质合成等因素有关。最后，论文建立了动物组织介电特性的检测方法，并进行了SMFs作用下大鼠组织介电特性检测的初步研究。实验采用亚磁场和后肢去负荷环境对大鼠进行处理，4周后取大鼠全血、腓肠肌、睾丸和脾脏组织进行介电特性检测，采用Cole-Cole模型拟合介电参数，并对大鼠全血进行血细胞容积检测。结果表明不同的组织的介电特性对同样处理条件的响应不一样。全血的介电特性对亚磁场作用具有明显的响应。与对照组相比，大鼠全血的介电常数和电导率受亚磁场处理后升高，增幅最高达19.6%和19.1%。介电参数拟合的结果显示介电增量显著升高，弛豫时间显著延长。对血细胞容积的检测结果提示大鼠全血介电特性的改变不是由血细胞浓度的改变引起，而是与细胞膜、血浆等组分的电特性改变相关。后肢去负荷不影响腓肠肌的介电特性，但是亚磁场却能显著增加腓肠肌的低频电导率。睾丸组织的介电特性在后肢去负荷处理后变化显著，介电增量显著增加，弛豫时间显著延长，低频电导率显著增强。该变化与后肢去负荷条件下睾丸组织的萎缩有关。亚磁场单独作用不改变睾丸的介电特性。脾脏组织介电特性受亚磁场或后肢去负荷条件作用变化均不明显，但是亚磁场和复合处理环境能显著延长了脾脏组织的弛豫时间。综合以上的研究表明SMFs对生物细胞的作用与细胞的介电特性以及金属元素含量相关，因此，对生物电磁特性的研究可为从物理角度解析磁场的作用机制提供理论和实验支持。