微波技术在生物医学上的应用与展望

微波技术在生物医学上的应用与展望

******

学号：**************

课程名称：微波技术基础

教师：**

电子科技大学电子工程学院

*年*月

摘要：介绍了微波这一特殊频段电磁波的特点。由特点到应用，简单说明了微波技术在生物医学领域独特的应用方面，微波杀菌、微波检测、微波治疗。微波技术的医学应用为人类带来了极大的便利。然而，微波的用处远不及此。随着对微波的深入了解，微波将会在生物医学领域发挥更加重要的作用。

关键词:微波技术生物医学应用展望

一、微波

微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。

1.1穿透性

微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。微波透入介质时，由于微波能与介质发生一定的相互作用，以微波频率2450兆赫兹，使介质的分子每秒产生24亿五千万次的震动，介质的分子间互相产生摩擦，引起的介质温度的升高，使介质材料内部、外部几乎同时加热升温，形成体热源状态，大大缩短了常规加热中的热传导时间，且在条件为介质损耗因数与介质温度呈负相关关系时，物料内外加热均匀一致。

1.2似光性和似声性

微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多，或在同一量级上。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小；使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。

由于微波波长与物体（实验室中无线设备）的尺寸有相同的量级，使得微波的特点又与声波相似，即所谓的似声性。例如微波波导类似于声学中的传声筒；喇叭天线和缝隙天线类似与声学喇叭，萧与笛；微波谐振腔类似于声学共鸣腔。

1.3非电离性

微波的量子能量还不够大，不足与改变物质分子的内部结构或破坏分子之间的键（部分物质除外：如微波可对废弃橡胶进行再生，就是通过微波改变废弃橡胶的分子键）。再有物理学之道，分子原子核在外加电磁场的周期力作用下所呈现的许多共振现象都发生在微波范围，因而微波为探索物质的内部结构和基本特性提供了有效的研究手段。另一方面，利用这一特性，还可以制作许多微波器件。

1.4信息性

由于微波频率很高，所以在不大的相对带宽下，其可用的频带很宽，可达数百甚至上千兆赫兹。这是低频无线电波无法比拟的。这意味着微波的信息容量大，所以现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外都是工作在微波波段。另外，微波信号还可以提供相位信息，极化信息，多普勒频率信息。这在目标检测，遥感目标特征分析等应用中十分重要。

二、微波技术在生物医学上的应用

2.1微波在制药工业上的应用

2.1.1微波对药丸、胶囊、片剂、胶囊的干燥与灭菌处理

主要用于口服液快速低温灭菌、胶囊快速低温灭菌、中药丸、中成药、粉剂的烘干、灭菌、中药材的干燥、防霉、微波真空（冷冻）脱水、微波萃取等工艺。微波干燥可杀灭微生物和霉菌,并具有消毒作用,使药材达到卫生标准，并能防止药材在贮藏过程中发霉和生虫。使用微波干燥可连续性进行药材的干燥，适用于工业化的生产加工，在干燥的同时进行杀菌，使用本方法灭菌的药材保质期相对较长。利用微波的特性进行低温干燥和杀菌处理，不仅能保证产品质量，还可以严格控制热风温度、湿度和流量。利用微波干燥处理药品相比传统方法将大大提高产品质量，并可大大缩短干燥时间和节约大量的能源，经济效益十分明显。

2.1.2微波萃取在中药制药上的应用

微波技术在中药有效成分提取中的应用简称微波提取。又称为微波萃取，是近几年来中草药制剂应用的一种新技术。它是微波和传统的溶剂萃取法结合后形成的新方法。微波萃取有很多优点

（1）传统热萃取是以热传导、热辐射等方式由外向里进行，而微波辅助提取是里外同时加热。没有高温热源，消除了热梯度，从而使提取质量大大提高，

有效地保护食品、药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热，提取的时间大大节省。根据大量的现场数据统计，常规的多功能萃取罐8小时完成的工作，用同样大小的微波动态提取设备只需几十分钟便可完成。

（3）微波能有超常的提取能力，同样的原料用常规方法需两、三次提净，在微波场下可一次提净。大大简化工艺流程。

（4）微波提取没有热惯性，易控制，所有参数均可数据化，和制药现代化接轨。

（5）微波提取物纯度高，可水提、醇提、脂提，适用广泛；

（6）提取温度低，不易糊化，分离容易，后处理方便，节省能源；

（7）溶剂用量少；

（8）微波设备是用电设备，不需配备锅炉，无污染、安全、属于绿色工程；

（9）生产线组成简单，节省投资；目前已经开发出来的微波提取设备完全适应于我国各类大、中、小企业的食品和制药工程。

2.2、微波治疗技术

微波治疗仪除具有深表加热的特点外，还具有操作方便，定位准确，安全性高以及造价低，仪器结构紧凑，适应性广泛等优点。通过配备不同的附件设备，可对多种疾病进行治疗。

2.2.1 微波诊断

微波诊断是微波在医学上应用的主要内容之一，包括有源诊断和无源诊断两大类型。

有源诊断法：这种诊断方法是利用人工微波源辐射的微波照射人体后进行测量诊断的。人体组织或器官的病变将导致其介电特性发生改变，从而使射向组织或器官的微波传输特性随之发生变化。人们可通过微波的反射或透射情况来获得有关病变的医学信息。例如微波心图仪、重病微波呼吸检测仪等均属有源微波诊断仪器。

无源诊断法：这种方法是利用人体本身辐射的微波来进行疾病的诊断，因不需要外加人工微波辐射源，故称无源诊断法，亦称被动测定法。利用人体热辐射的微波波段获取热象图来诊断疾病的方法就是一种无源诊断法。目前的微波热象仪主要用来获取人体体表的微波热象图，利用它可发现红外热象仪所不能发