微波非热效应和生物效应的应用
微波的非热效应:微波的非热效应是指除热效应以外的其他效应,如电效应、磁效应及化学效应等.在微波电磁场的作用下,生物体内的一些分子将会产生变形和振动,使细胞膜功能受到影响,使细胞膜内外液体的电状况发生变化,引起生物作用的改变,进而可影响中枢神经系统等.微波干扰生物电(如心电、脑电、肌电、神经传导电位、细胞活动膜电位等)的节律,会导致心脏活动、脑神经活动及内分泌活动等一系列障碍.对微波的非热效应,人们还了解的不很多.当生物体受强功率微波照射时,热效应是主要的(一般认为,功率密度在在10mW/cm2者多产生微热效应.且频率越高产生热效应的阈强度越低);长期的低功率密度(1 m W/cm2 以下)微波辐射主要引起非热效应.
微波对许多发芽率低或发芽慢的农作物或林术种子都作了催芽试验, 以探索能否提高发芽率。种子含水量对处理效果有明显影响, 一般说来, 低含水率种子受加热处理的影响大, 也能忍受较高温度不致受损。微波具有显著热效应,而且有促进G0细胞进入增殖周期(Carpita.N.C.& Murray W.N;1976)。另外,胡燕月等(1996)胡萱日等(1995),分别比较研究了微波和热击处理水稻种子的生物学效应,在相同升温(45℃)下,结果表明微波处理可极显著促进芽活力,热击处理则可以极显著促进根活力 。赖麟与冯鸿(1997)利用50W、200W和500W的微波照射白兰瓜种子,发现200W功率的微波处理可以极显著地提高其发芽率,同时也能显著地提高萌发话力。200w微波处理的种子从萌发24小时起,其淀粉酶含量显著地高于对照,48小时期淀粉酶同工酶有新的酶带产生。说明这一功率的微波能有效地激话白兰瓜种子萌发期的淀粉酶,加速物质和能量的代谢,从而提高种子萌发活力。黄桂琴等(1999)利用105W微波辐射黄瓜种子10s、20s,结果发现提早长出真叶.株高增加。处理种子的时闻为30s,促进种子早出苗.但随着生长期的延长株高被抑制,叶片数也减少.当辐射剂量105W ,处理种子的时间分刷为85、10s、l4s,促进黄瓜幼苗的主根和侧根增长与脱氲酶活性增加,表明根活力增强.杨俊红等(2003;2004) 利用正交试验研究了微波处理对白菜种子萌发特性及其耐盐性的影响。结果表明:微波处理前,萌发环境的含盐量对种子发芽率的影响最大,而且含盐量和碱性的影 响较显著;经微波处理后,萌发环境的含盐量和碱性对种子发芽率的影响处于次要地位,而且无显著性;优选条件下种子的发芽率比对照组明显提高。 P.Reddy与D.J.Myeoek(2000)应用非破坏性的有效微波照大豆种子30秒钟对种子的生存力、活性有促进作用但对细胞和细胞器结构没有影响。
微波的生物效应在医学上的应用:利用微波生物效应可以用来诊断各种肿瘤、胸部疾病、肺气肿、肺水肿,测量动脉血管壁的厚度等。特别是利用微波生物效应治疗肿瘤具有特殊的意义。因为肿瘤组织的血液循环和导热性能比正常组织要差 在受到微波照射肘,肿瘤组织的温升比周围的正常组织通常要高出1~3℃。若适当控制加热温度,使肿瘤细胞内温度达到42 uc以上时 即可将癌细胞杀死,而不致伤害健康组织,故利用微波可杀死缺氧和低pH值的抗放射肿瘤细胞。如果将微波热疗与放射性治疗以及化学治疗结台起来,则可收到更好的治疗效果。目前已广泛地开展了实验研究工作,有不少国家和地区正在临床应用 最近几年里,对肝癌和脑部组织癌变进行热疗,并取得了丰富的资料(陈夷等,1999)。 我国学者在利用微波治疗肝癌、直肠癌和口腔癌方面已取得了十分明显的成果。另外,将手术刀刃与微波辐射结合在一起,也是一种应用形式。由于微波能量具有自 日温和凝血的作用. 及在一定的程度上具有灭菌的作用,故这种形式的手术刀特别适用于细血管分布很密的人体组织(陈夷等,1999)。例如眼睛和肝脏的手术过程。目前尚待完善的地方是如何使微波辐射的能量更加集中.从而取得更好的效果。同样在医用和医药工业中可以将微波用于灭菌,效果又快又好。此外,用强脉冲功率的做波照射实验动物的脑部.使其温度达到42℃以上,可在数秒钟之内杀死动物.并使其脑中的酶系统同时全部均匀地灭活,从而中止了生物化学反应,使脑内的耐热活性物质可保持原来的成分,这样就可用来研究神经化学的特性和功能。