微波技術(shù)在生物醫(yī)學上的應用與展望

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微波技術(shù)在生物醫(yī)學上的應用與展望 姓 名：曹宇峰學 號：* 課程名稱：微波技術(shù)基礎 教 師：*電子科技大學電子工程學院*年*月摘要：介紹了微波這一特殊頻段電磁波的特點。由特點到應用，簡單說明了微波技術(shù)在生物醫(yī)學領(lǐng)域獨特的應用方面，微波殺菌、微波檢測、微波治療。微波技術(shù)的醫(yī)學應用為人類帶來了極大的便利。然而，微波的用處遠不及此。隨著對微波的深入了解，微波將會在生物醫(yī)學領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。關(guān)鍵詞:微波技術(shù) 生物醫(yī)學 應用 展望一、微波微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡稱，即波長在1米（不含1米）到1毫米之間的電磁波，是分米波

2、、厘米波、毫米波和亞毫米波的統(tǒng)稱。微波的基本性質(zhì)通常呈現(xiàn)為穿透、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。1.1穿透性 微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如、等波長更長，因此具有更好的穿透性。微波透入時，由于微波能與介質(zhì)發(fā)生一定的相互作用，以微波頻率2450兆赫茲，使介質(zhì)的分子每秒產(chǎn)生24億五千萬次的震動，介質(zhì)的分子間互相產(chǎn)生摩擦，引起的介質(zhì)溫度的升高，使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時加熱升溫，形成體熱源狀態(tài)，大大縮短了常規(guī)加熱中的熱傳導時間，且在條件為與介質(zhì)溫度呈負相關(guān)關(guān)系時，物料內(nèi)外加熱均勻一致。1.

3、2似光性和似聲性微波波長很短，比地球上的一般物體（如飛機，艦船，汽車建筑物等）尺寸相對要小得多，或在同一量級上。使得微波的特點與幾何光學相似，即所謂的似光性。因此使用微波工作，能使尺寸減?。皇瓜到y(tǒng)更加緊湊；可以制成體積小，波束窄方向性很強，增益很高的系統(tǒng)，接受來自地面或空間各種物體反射回來的微弱信號，從而確定物體方位和距離，分析目標特征。由于微波波長與物體（實驗室中無線設備）的尺寸有相同的量級，使得微波的特點又與相似，即所謂的似聲性。例如微波類似于聲學中的傳聲筒；喇叭天線和類似與聲學喇叭，蕭與笛；微波腔類似于聲學共鳴腔。1.3非電離性微波的量子還不夠大，不足與改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子之

4、間的鍵（部分物質(zhì)除外：如微波可對廢棄橡膠進行再生，就是通過微波改變廢棄橡膠的分子鍵）。再有物理學之道，分子在外加的周期力作用下所呈現(xiàn)的許多都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用這一特性，還可以制作許多。1.4信息性由于微波頻率很高，所以在不大的相對帶寬下，其可用的頻帶很寬，可達數(shù)百甚至上千兆赫茲。這是低頻無線電波無法比擬的。這意味著微波的信息容量大，所以現(xiàn)代多路通信系統(tǒng)，包括，幾乎無例外都是工作在微波波段。另外，微波信號還可以提供信息，極化信息，頻率信息。這在目標檢測，遙感目標特征分析等應用中十分重要。二、微波技術(shù)在生物醫(yī)學上的應用2.1微

5、波在制藥工業(yè)上的應用2.1.1微波對藥丸、膠囊、片劑、膠囊的干燥與滅菌處理主要用于口服液快速低溫滅菌、膠囊快速低溫滅菌、中藥丸、中成藥、粉劑的烘干、滅菌、中藥材的干燥、防霉、微波真空（冷凍）脫水、微波萃取等工藝。微波干燥可殺滅微生物和霉菌,并具有消毒作用,使藥材達到衛(wèi)生標準，并能防止藥材在貯藏過程中發(fā)霉和生蟲。使用微波干燥可連續(xù)性進行藥材的干燥，適用于工業(yè)化的生產(chǎn)加工，在干燥的同時進行殺菌，使用本方法滅菌的藥材保質(zhì)期相對較長。利用微波的特性進行低溫干燥和殺菌處理，不僅能保證產(chǎn)品質(zhì)量，還可以嚴格控制熱風溫度、濕度和流量。利用微波干燥處理藥品相比傳統(tǒng)方法將大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，并可大大縮短干燥時間和節(jié)

6、約大量的能源，經(jīng)濟效益十分明顯。2.1.2微波萃取在中藥制藥上的應用微波技術(shù)在中藥有效成分提取中的應用簡稱微波提取。又稱為微波萃取，是近幾年來中草藥制劑應用的一種新技術(shù)。它是微波和傳統(tǒng)的溶劑萃取法結(jié)合后形成的新方法。微波萃取有很多優(yōu)點（1）傳統(tǒng)熱萃取是以熱傳導、熱輻射等方式由外向里進行，而微波輔助提取是里外同時加熱。沒有高溫熱源，消除了熱梯度，從而使提取質(zhì)量大大提高，有效地保護食品、藥品以及其他化工物料中的功能成分。（2）由于微波可以穿透式加熱，提取的時間大大節(jié)省。根據(jù)大量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)統(tǒng)計，常規(guī)的多功能萃取罐8小時完成的工作，用同樣大小的微波動態(tài)提取設備只需幾十分鐘便可完成。（3）微波能有超常的

7、提取能力，同樣的原料用常規(guī)方法需兩、三次提凈，在微波場下可一次提凈。大大簡化工藝流程。（4）微波提取沒有熱慣性，易控制，所有參數(shù)均可數(shù)據(jù)化，和制藥現(xiàn)代化接軌。（5）微波提取物純度高，可水提、醇提、脂提，適用廣泛；（6）提取溫度低，不易糊化，分離容易，后處理方便，節(jié)省能源；（7）溶劑用量少；（8）微波設備是用電設備，不需配備鍋爐，無污染、安全、屬于綠色工程；（9）生產(chǎn)線組成簡單，節(jié)省投資；目前已經(jīng)開發(fā)出來的微波提取設備完全適應于我國各類大、中、小企業(yè)的食品和制藥工程。2.2、微波治療技術(shù)微波治療儀除具有深表加熱的特點外，還具有操作方便，定位準確，安全性高以及造價低，儀器結(jié)構(gòu)緊湊，適應性廣泛等優(yōu)點

8、。通過配備不同的附件設備，可對多種疾病進行治療。2.2.1 微波診斷微波診斷是微波在醫(yī)學上應用的主要內(nèi)容之一，包括有源診斷和無源診斷兩大類型。有源診斷法：這種診斷方法是利用人工微波源輻射的微波照射人體后進行測量診斷的。人體組織或器官的病變將導致其介電特性發(fā)生改變，從而使射向組織或器官的微波傳輸特性隨之發(fā)生變化。人們可通過微波的反射或透射情況來獲得有關(guān)病變的醫(yī)學信息。例如微波心圖儀、重病微波呼吸檢測儀等均屬有源微波診斷儀器。 無源診斷法：這種方法是利用人體本身輻射的微波來進行疾病的診斷，因不需要外加人工微波輻射源，故稱無源診斷法，亦稱被動測定法。利用人體熱輻射的微波波段獲取熱象圖來診斷疾病的方法

9、就是一種無源診斷法。目前的微波熱象儀主要用來獲取人體體表的微波熱象圖，利用它可發(fā)現(xiàn)紅外熱象儀所不能發(fā)現(xiàn)的某些疾病。2.2.2微波治療臨床上微波與生物體的相互作用，可以分為二大類，即微波的致熱效應和非致熱效應。致熱效應：在生物體受到較大功率微波輻射時，機體溫度會逐漸上升，使活體組織引起許多生理反應，而獲得醫(yī)療效果。如殺死腫瘤和癌細胞，破壞增生組織。殺死致病病原體，如支原體、衣原體、人乳頭病毒、皰疹病毒等。受熱后，血管擴張，引起血流增加，增強細胞膜的滲透性，增加了毛細血管的壓力，加快了組織的新陳代謝、加速毒素、細菌病毒等微生物和渣質(zhì)輸出患部的速度，使肌肉松弛，消除疼痛和緩解肌肉痙攣等。非致熱效應:

10、所謂非熱治療，就是用強度微弱的電磁波照射人體的有關(guān)部位，通過由照射所產(chǎn)生的生物效應達到治療疾病目的的治療方法。非熱效應多用于人體內(nèi)分泌失調(diào)和某一系統(tǒng)失調(diào)疾病的治療，它的治療原理與我國的針灸治療原理相似，但用微波非熱治療時病人沒有任何痛苦，更無任何副作用。三、微波的未來及展望微波消化技術(shù)在生物醫(yī)學微量元素分析中的應用測定生物樣品的成分，特別是在微量元素 分析過程中，許 多分析方法都要求樣品是液態(tài) 的。因此臨床化學工作者首先應考慮的是樣品 的前處理 即生物樣品的制備問題。當前傳 統(tǒng)的消化方法如：干法灰。8O年代以來，Carium 與 Metthes等人最早對微波消化技術(shù)進行了嘗試，從實際應用看，微

11、波消化對揮發(fā)性元素分析尤為適用，由于其時間短，又是密閉系統(tǒng)，揮發(fā)性元素在消化過程中一般不會損失。微波消化是一種優(yōu)秀的消化方法，隨著精密控制功 的微波爐與新型消化罐的國產(chǎn)化進程加快，必將在臨床化學領(lǐng)域獲得更廣泛的應用、成為一種快速、高教的生物醫(yī)學樣品前處理手段?？焖傥⒉崧晫游龀上裨谏镝t(yī)學中的潛在應用種以脈沖微波作為激發(fā)源，基于生物組織內(nèi)部微波方法的優(yōu)點，具有很好的成像對比度和空間分辨率，吸收差異，以超聲作為信息載體的非電離化新興醫(yī)被認為是一種很有前途的早期乳腺癌診斷及體內(nèi)異物檢測方法。目前許多光聲成像小組已經(jīng)開展 了對皮下微血管檢測M1、小鼠腦功能成像"1及血氧 飽和度檢測帕。等研究。熱聲成像利用微波作為激發(fā)源，相對光聲成像能進一步提高組織成像深度，在微波源頻率為3 GHz時，正常肌肉組織和脂肪組織的微波穿透深度分別約為12 cm和9 em。由于微波的吸收率直接與某些組織特性如離子電導率和水分含量相關(guān)，根據(jù)熱聲信號就可以得到組織對電磁波 的吸收信息，重建出熱聲壓分布。熱聲成像有完全非侵入性、無損傷、非電離化輻射等諸多優(yōu)點，能顯示組織中各種化學組分，提供豐富的診斷信息?？偨Y(jié)：隨著微波與生物相互作用的深入研究，微波技術(shù)的不斷改進與發(fā)展，尤其是微波醫(yī)用研制和完善，以及大量的臨床案例表明，微波能在醫(yī)學中應用可望迅速發(fā)展，新成果會不斷