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生物医学电磁技术范文1
关键词：物理学 医学 促进
我们国家医学物理学的发展相对滞后，尤其是医学电子学的发展几乎依靠国外技术，特别是激光医学或放射医学领域。生物医学与生物工程、保健物理学与粒子物理学工程力学息息相关。可以说，物理学科的不断进步，大大提高了医学教育和临床医学的发展。
我们知道，医学物理学主要研究人体器官或人体系统运行过程的物理解释，人体组织的物理性质和物理因素对人体的作用机理，以及人体内部生物电、磁、声、光、热等物理现象的反应和物理仪器的测量技术在医疗中的应用。中国指导1986年才正式加入国际医学物理学会组织。随着计算机技术的发展，医学物理愈来愈朝着精确物理技术延伸。光学纤维技术在导管影像的医学领域的应用已为大家所熟知。可以说没有物理学就没有现代医学。那么物理学对医学有些什么方面的促进呢？
一、声学对医学的促进
声学是物理学发展初期认识的基本规律。中意望闻问切中就唱采用敲击听音，腹鸣判断等医疗诊断办法。现代诊疗技术中，超声学在医学诊断和治疗中一广泛使用，形成了超声医学。超声波在临床诊断上利用了超声波良好的指向性和反射、折射、衰减和多普勒效应等物理规律，利用超声波发生器发出超声波并发射到人体体内，在组织内传播史，病变组织和正常组织的传播差异，在接收器接受后经过显示器显影，医生才能判断组织现象。譬如B超仪和多普勒血流仪等。另外超声治疗应用也已很普遍。超声医疗是基于超声在人体内的机械反应、热效应和理化反应。譬如超声碎石、超声烧癌、超声外科手术刀、超声药物导入等等。这些技术在治疗血管疾病、癌症、腰腿疼、口腔疾病等方面非常广泛。
二、电磁学对医学的促进
电磁学发展是上个世纪至今对人类发展的贡献可以说是最伟大。医学物理学更是不可忽视。大家所熟知的核磁共振技术就是其一。磁共振断层成像技术是核物理学、光学、粒子物理学、量子物理学等物理学分支在医学中的运用。它是一种多参数、多核种的成像技术。当前医院广泛采用的主要是氢核密度弛豫TT成像。其基本原理就是利用一定频率的电磁波向处于磁场中的人体照射，人体不同组织的氢核在电磁作用下发生共振，吸收部分能量后又发射电磁波，一种被称为MRI的系统探测到这些从人体发射出的电磁波经计算机处理，特别是重建图像而得到人体的断层图像，经医生研究判断病理信息。被广泛采用的X-CT技术的原理与之类似。
大家知道，电子显微镜在医学中可以观察普通光学显微镜不能观察到的现象。技术条件好的医院，可以利用电子显微镜观察生物病毒、蛋白分子结构、细菌细胞的精细分布等。
三、光学对医学的促进
光学堪称医学发展史上最主要的物理专业知识。大家所熟知的伽马射线刀，就是光学技术的运用。
物理学知识告诉我们，激光是60 年代初出现的一种新型光源，激光以其高亮度、高单色性、高方向性和高相干性，引起普遍重视，并很快在工农业生产、科学技术、医疗、国防等各个领域得到广泛应用。激光在活体组织传播过程中会产生热效应、光化效应、击穿和冲击作用。激光医学是激光技术与医疗科学有机结合的产物，激光在70 年代开始广泛用于临床；90 年代，随着新型激光器的研制成功，激光与医疗、生物组织科学紧密结合，研究范围日益扩大。Nd：YAG 激光器以其增益高、阈值低、量子效率高、热效应小、机械性能良好、适合各种工作模式（连续、脉冲） 等特点，在当今各种固体激光器中应用物质相互作用的效果是不同的， 不同波长的Nd：YAG激光器采用连续、脉冲等方式工作使激光与不同部位的生物组织相互作用，可以获得良好的疗效。医用Nd：YAG 激光器在外科手术、眼科、牙科、口腔科、耳鼻喉科、皮肤科、美容等方面应用广泛，特别是治疗皮肤色素性疾病，有创伤小、愈合好、无疤痕等独特优点。紫外线在传播到肌体组织时会产生杀伤性，所以紫外杀菌消毒也被广泛采用。世界上第一台光学显微镜的产生.使人们能够观察到肉眼不能观察到的东西。以往研究者对于细胞结构的探讨局限于固定的样本与生物化学分析。近来，数字影像技术已经发展并可以用于活细胞的观察。现今利用光学影像技术的观察已经可以观察数十纳米（nm）的标本。例如；干涉差显微镜；荧光撷像或是活细胞的操作方面都有长足进步。美国Cutera公司研发的这项技术称Titan技术，其光谱范围在1100-1800nm，靶组织为水。真皮网状层含水是最多，吸收红外光能转化热能，作用于真皮促其产生胶原。此项技术也被形象地称为“光波拉皮”。
特别值得提到的生物医学领域的金纳米棒的光学特性，具有横向等离子共振吸收和纵向等离子共振吸收特性，这一特性在生物和化学传感方面有着广泛而重要的应用前景。
总之，物理学极大的促进了医学的发展，现代医学依赖于物理学融于物理学的程度也越来越高。作为物理学必定在医学中运用的更加广泛，并未人类发展做出更大的贡献。
参考文献：
生物医学电磁技术范文2
近20年来,磁性高分子微球的研究非常活跃,已从最简单的高分子包裹磁性材料发展到多种类型的组成方式。本文根据磁性高分子微球的结构类型将其分成三类(见图1),但是,组成磁性微球的基本材料仍然是磁性物质和高分子材料。磁性物质包括Fe3O4、r-Fe2O3、Pt、Ni、Co等,其中Fe3O4使用最多;高分子材料包括合成高分子材料和天然高分子材料。合成高分子材料常用的有苯乙烯共聚物、聚酯类、聚酰胺类高分子;天然高分子材料常用的有明胶、白蛋白、纤维素和各种聚糖。此外,近年来有人为了电磁方面的应用,研究了一些导电性的磁性高分子微球[4,5],聚吡咯、聚苯胺等导电聚合物也可用来制备磁性微球。磁性高分子微球的性质不仅与组成材料的性质有关,还与制备方法有关。因此,制备方法的研究十分重要。通常不同类型的磁性高分子微球其制备方法也有所不同。
2磁性高分子微球的制备方法
2?1a型磁性高分子微球的制备方法a型磁性高分子微球是一种简单的核壳微球,其制备方法有两种分类法:一种是根据磁性物质与磁性微球的形成次序分,有一步法和二步法;另一种是常规分法,有包埋法和单体聚合法。这两种分法的交叉部分在于包埋磁性物质可采用一步法或二步法,而单体聚合包裹则大多采用二步法。
2?1?1一步法
一步法又称共沉淀法,是指在生成磁性物质(Fe3O4或Fe2O3)的同时产生磁性高分子微球的制备方法,即先将高分子物质溶解,然后依次加入Fe2+和H2O2或FeCl2和FeCl3溶液,搅拌的同时滴加碱性溶液提高pH值,这样磁性物质一产生就被包裹形成核壳磁性高分子微球。邱广亮[6]等采用这种方法制备了纳米级磁性明胶微粒,并用于纤维素酶的固定化。一步法的优点是制备方法简单,避免了制取磁流体或均匀分散磁粒子的相关处理,制得的磁性微球粒径较小、表面积大。缺点是磁性微球大小不均匀、磁响应性较弱。
2?1?2二步法
二步法通常是先制备Fe3O4微粒子(或直接购买Fe3O4粉末),然后将其与聚合物或高分子单体溶液混合作用制得磁性高分子微球。目前制备磁性高分子微球普遍采用二步法。Emir[7]等先制取Fe3O4,接着将Fe3O4粉末和壳聚糖倒入分散剂中反应,同时加入交联剂戊二醛,通过控制反应条件得到无孔的粒径在100~250μm之间的壳聚糖微球。由于一步法制得的Fe2O3-PANI复合微球室温电导率和磁化率都较低,且结构和性质难以控制,Deng’s[4]实验小组经改进,采用二步法合成了电磁性Fe3O4交联聚苯胺复合粒子,粒径在30~40nm之间,研究表明,控制Fe含量和掺杂程度可提高饱和磁化率与导电性。
2?1?3包埋法和单体聚合法
这两种方法宫月平[8]等阐述得很全面,在此不再赘述具体的方法,只介绍最新的研究成果。在包埋过程中,采用交联剂交联高分子层可增加磁性微球的稳定性,但通常化学交联的磁性微球大小不均匀且有聚集,粒径分布较宽且球形不规则。为了解决这些问题,Chatterjee[9]等采用热固化包埋法合成了人血清蛋白磁性微球,粒径分布、球形都有所改善,微球更分散。Harris[10]等采用亲水性三段式共聚物(PEO-COOH-PEO)包覆Fe3O4纳米粒子得到磁性微球分散体系,研究了PEO长度对微球分散稳定性的影响。Chang[11]等将磁粒子羟基化后与甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷连接,再与异丙基丙烯酰胺接枝共聚得到核-壳磁性高分子微球。DengY[12]等用反相微乳液聚合合成了聚丙烯酰胺磁性微球。Kondo[13]采用两步无乳化剂乳液聚合制得热敏性P(St-NIPAM-MAA)磁性微球。Zhang[14]用分散聚合的方法制备聚(苯乙烯-烯丙醇)磁性微球,将其与CuPc(CoCl)4反应后得到一种具有良好光电导性的磁性微球。
2.2b型磁性高分子微球的制备方法
b型磁性高分子微球分为两类见图1(b1,b2),主要有两种制备方法。
2?2?1界面沉积法
界面沉积法可用来制备b1和b2类型的磁性高分子微球。它通常是先分别制取聚合物胶体粒子和无机物粒子,通过加入电解质、调节pH值或其他方式使聚合物胶体粒子和磁性粒子表面带上相反性质的电荷,由于静电作用,两者混合后磁性粒子被吸附在聚合物胶体粒子表面形成包覆层,得到b2型磁性微球。如果以此乳胶粒子为种子进行乳液聚合,可制得夹心式结构(b1型)的磁性高分子微球。SauzeddeF[15,16]实验组用这种方法制备了三种夹心式的亲水性磁性高分子微球。由于界面沉积法制备的磁性高分子微球粒径主要由最初的高分子微粒的大小决定,故其粒径易于控制,大小均匀,磁一致性强。
2?2?2非电性沉积法
非电性沉积法也称化学沉积法或EPS法,用于制备b2型的磁性高分子微球。具体做法是先制得表面带功能团的微球,在微球表面引入贵金属离子(Pd2+),接着将金属离子还原成0价得到活化的聚合物微球,最后化学还原过渡金属离子使其沉淀在聚合物微球表面。这种沉积不是由静电作用引起的,是一种非电性沉积。WangYanmei等[17]以Pd激活P(St-AA)微球,将Ni和Co沉积在其表面得到核壳型的P(St-AA)Ni和P(St-AA)Co磁性微球,他认为化学沉积是表面功能团引发的。这种方法制得的磁性高分子微球,粒子大小由高分子微粒的大小和过渡金属离子的浓度决定,粒径均匀,但微球表面不太光滑。
2?3C型磁性高分子微球制备方法
C型磁性高分子微球由溶胀法(也称化学转化法)制取,该法是Ugelstad在1979年创立的。此法通过溶胀大孔的、表面及孔内含多种官能团(-NO2,-OH,-CHO)的聚合物粒子,让一定浓度的磁性金属离子渗透到大孔中去,然后利用碱性试剂或改变温度使金属离子转化为磁性氧化物,再利用交联剂或其它方法封闭孔道。在封孔之前,可通过反复渗透和中和来调整磁含量达到所需水平。采用此法制备的磁性聚合物微球单分散性好,磁含量可控,磁均一性强。溶胀法是目前制备磁性聚合物微球的最好方法,已商业化,但操作程序繁琐。张梅等[18]用此法制备出磁性较强、磁分布均匀的强酸树脂、磁性磺化微球等。康继超[19]也用二步溶胀法制取了单分散、大粒径的磁性聚苯乙烯微球。除了以上介绍的制备方法,有些研究还尝试了新的方法制备磁性高分子微球。Burke[20]在氨和聚合物分散剂存在下热分解Fe(CO)5得到聚合物/金属壳核纳米微球。Avivi[21]等用超声化学法制备了磁性牛血清蛋白微球,粒径分布窄,但微球表面不光滑,有Fe2O3粒子聚集。此外,为了满足生物医学应用对磁性高分子微球性质的要求,常常需要对其表面进行修饰。这样不仅保持了磁性高分子微球生物降解性,而且提高了强度,改善了球形,可用作靶向药物的载体。
3磁性高分子微球的生物医学应用
由于磁性高分子微球的特殊性质,使其在生物医学领域的应用非常广泛。磁性微球的高分子外壳的表面多样性使它可以通过各种化学反应与生物活性物质中的配基偶联,从而识别相应的抗原或抗体、核酸等,最后在外加磁场中进行分离。正是由于磁性高分子微球的顺磁性,使它在磁场中定向移动,达到分离或靶向的目的。
3.1固定化酶
游离酶在生物化学和生物医学方面的应用往往不尽人意,而将酶固定在磁性载体上则有诸多的优势。这是因为酶固定在磁性高分子微球上后,其热稳定性、存放稳定性和操作稳定性都得到提高;固定化酶再生性好,使用效率高;可用于连续生产,降低生产成本;可在外加磁场作用下快速分离,适于大规模连续化操作。Akgo[22]用羰基二咪唑(CDI)活化的磁性聚乙烯醇微球来固定转化酶。Arica[23]等将环六亚甲基二胺(HMDA)连接在聚异丙烯酸甲酯(PMMA)磁性微球表面,用CDI或CNBr激活后用于共价结合葡糖淀粉酶。Rittich[24]采用三氯三嗪法将脱氧核糖核酸酶固定在磁性纤维素微球和磁性聚(HEMA-EDM A)微球上,用来降解染色体和质体DNA。BílkováZ等[2]用磁性P(HEMA-EDMA)微球的酰肼衍生物固定半乳糖氧化酶,被定向固定的酶表现出很高的存储活性和对环境的低敏感性。磁性载体的性质对固定化酶的应用十分重要,它必须满足一定的条件:①无毒;②可生物相容;③能够提供足够大的表面积,使酶反应顺利进行,降低酶反应基质和产物的分散限制;④具有一定的机械强度。
3.2细胞分离
有效的细胞分离是临床免疫应用最基本最重要的一步。在磁性高分子微球表面接上具有生物活性的吸附剂或配基,然后与目标细胞结合,加上外磁场将细胞分离、分类,即磁性细胞分离,是一种有效的细胞分离方法。此法具有操作简单快速、分离纯度高、保留细胞活性、成本低等优点。Chatterjee[25]在白蛋白磁性微球(ALBMMS)和聚苯乙烯磁性微球(PSMMS)表面接上凝血素,用来分离红血细胞。Kacemi[26]等为了研究胎盘内皮细胞在血管形成及血流量维持中的作用,用免疫球蛋白磁性微球从胎盘中分离出内皮进行分析。
3.3磁性靶向给药
磁性靶向给药是以磁性高分子微球为载体,将药物包封在其中,吸附在高分子层或偶联在表面,口服或注入体内,利用外加磁场引导载药微球到病患处集中并缓慢释放,定向作用于靶组织。定向给药可使靶区药物浓度高于正常组织,减少药剂量和药物毒副作用,提高药效。GhassabianS[27]等将地塞米松和Fe3O4包埋于白蛋白微球中,用于治疗淋巴细胞肿瘤。HafeliUO等[3]用磁性聚乳酸放射性微球靶向治疗肿瘤细胞,进行了体外和体内放射效果研究。由于药物载体会与药物一起进入人体内,而药物载体必须不能对人体造成伤害。故用于靶向药物的磁性高分子微球必须满足一定要求:(1)具有生物降解性;(2)粒径<1?4μm,以免阻塞血管,利于微球在靶区均匀分布;(3)具有一定的缓释性;(4)具有最大的生物相容性和最小的抗原性;(5)载药微球及其降解产物无毒或毒性极低。
3.4核酸(DNA)分离、提纯
样品制备的质量,尤其是DNA分离的效果,是衡量DNA技术的基本标准。经典的DNA/RNA分离方法有柱分离法和一些包括沉积、离心步骤的方法,这些方法的缺点是耗时多,难以自动化,不能用于分析小体积样品,分离不完全。使用磁性高分子微球进行核酸分离可避免这些局限。Oster[28]使用含Fe3O460%、非特定蛋白质结合率低的M-PVA磁珠,从血液中分离DNA,产率很高。用于核酸杂化测定或含特定序列核酸的提纯,可自动操作和重复使用,产物纯度高。除了可应用于以上生物医药领域,磁性高分子微球还可用于生物分子识别,细胞跟踪速度标定,微量有机物测定等。
4展望
近年来,对磁性高分子微球的研究已多见报道,但要使磁性高分子微球在应用领域得到推广,还需做很多深入细致的研究工作。
(1)用导电性聚合物包裹磁性物质得到电磁性微球克服了导电聚合物机械强度和加工性能差的缺点,同时兼具电导性和磁性,可望在电池、电磁屏蔽材料、传感器等方面有巨大的应用潜力。因此,电磁性高分子微球的研究是今后工作的重点之一。特别是要解决如何使聚合物微球即具有良好的磁响应性又具有较好的电导率。有人用TiO2包裹PSt/Fe3O4磁性微球制得多层的电磁响应性的复合微粒,其双电常数和电导率处于PSt/Fe3O4微球和TiO2之间,接近TiO2[5]。所以,还可考虑采用其他导电物质来制备电磁性聚合物微球。
(2)国外已有商品化磁性微球试剂盒(Dynab-eads)出售,但价格昂贵,对推广应用不利。因此,降低磁性高分子微球的制备成本也是今后的一个工作重点。
生物医学电磁技术范文3
本书的内容可分为五大热门的技术，即纳米技术、太阳能电池技术、生物医药及临床应用技术、应用于可持续发展的工业等离子体技术。由标题可知，这些应用以及本书的读者都涉及多个领域。本书横跨材料科学、工业化学、物理学、工程学等学科，是从事工业及学术研究，还有以应用为导向的等离子体技术研究人员的必备参考书籍。
本书内容分为34章：1.等离子体简介；2.低温等离子体在环境技术上的应用；3.大气等离子体空气污染控制，固体废物和水处理技术：基础及展望；4.高压低温等离子体的光学诊断分析；5.关于静电集尘器和低温等离子体反应器的流模型的激光分析；6.水等离子体在环境技术上的应用；7.大气等离子体中的有机污染化学；8.广域等离子体的产生及应用；9.减压热解气体的低温等离子体废气处理系统；10.制药及生物医学工程中的等离子体技术；11.用重介质等离子体技术制造的碳磁性纳米微粒靶向树突状细胞；12.脉冲功率及等离子体在生物系统和活体有机系统中的应用；13.等离子体聚合技术在生物材料方面的应用；14.常压大气环境下的等离子体灭菌；15.用低压电感耦合等离子体放电来消除致病生物残留物；16.射频放电产生氧自由基用于灭菌和蛋白质处理；17.由等离子体引发的接枝聚合改性聚对苯二甲酸乙二酯表面的亲水性和生物活性；18.薄膜硅太阳电池的等离子体处理策略及讨论；19.大面积甚高频等离子体的特性；20.在减轻由SiH4放电作用下形成的纳米颗粒的沉积产生的高抗光照稳定性条件下a―si:H薄膜的沉积；21.诊断并建模SiH4／H2等离子体，研究在双重频率源下的微晶硅沉积作用；22.类金刚石碳质物简介；23.类金刚石碳质物的应用；24.类金刚石碳质物在生物过程中的应用；25.等离子体处理半导体纳米氮化硼立方晶薄膜；26.等离子体沉积中类金刚石碳质物薄膜的摩擦原理；27.脉冲直流等离子体下的类金刚石碳质物薄膜的生长；28.N―Ti02薄膜的等离子体沉积；29.有关生物医学应用的类金刚石碳质物和多层薄膜的疏水性研究；30.从微等离子体中得到新型的电磁活性介质；31.用调幅脉冲射频放电装配纳米微块；32.等离子体放电的托马森散射诊断；33.低压冷态等离子体中的晶化纳米灰尘粒子的生长；34.等离子体洞室中细微颗粒的收集与去处。
本书包含多名日本工业等离子体技术应用领域的专家、学者的多年的研究成果，内容新颖实用，具有很大的启发及指导意义。本书与其同一出版社的另外一本著作《Advanced Plasma Technology》(Riccardo dagostino等著，February 2008)内容互为补充，参照阅读更易深入理解其内容。本书适合所有相关专业的学生、教师、研究人员及工程技术人员参考。
靳绍巍，博士生
生物医学电磁技术范文4
【关键词】新材料；市场前景
一、电子光电材料
信息领域的发展使人们需要处理的不仅是数据、文字、声音和图像，而是活动图像和高清晰的图像。在海量数据信息存储中，信息的存入和取出速率要求越来越高，半导体内存储器的数据存取时间从微秒降到纳秒级，而外部存储器的数据存取时间从毫秒级降到微秒级，要求存储介质的记录和擦除的时间响应要快。存储过程的物质变化主要依靠原子、离子和分子的自旋变迁、电子跃迁、光子感应，以及原子、离子和分子在它们最邻近位置的移动，要求在新存储材料研究上有新的突破。21世纪是“太元时代”，即电信时代，通信产业将从电子邮件、因特网等计算机通讯手段向智能通信网络发展，新的网络核心――光子、光网络的传播因子将直接是波长而不是分组，载有信息的光子直接进入网络。目前，集成电路技术可以把整个计算机系统架构在硅晶片上，经过光纤放大器（EDFA）和波分复用（WDM）等现代光纤通信技术，可以将整个计算机系统架构在石英光纤上，而主要原料则是砂子。微电子是技术导向性产业，通过缩小器件的特征尺寸，提高芯片的集成度、增加硅片面积来提高集成电路的性能和性价比。在微电子技术的发展过程中，材料科学技术起到决定性和作用，因为集成电路是制造在各相关体或薄膜材料上的，制造过程中也会涉及系列的材料问题。微电子技术将进入亚0.1um时代，在这样的器件尺度下，技术和物理的限制将会出现，对材料科学技术的发展提出了新要求。集成电路材料分为功能性材料、结构材料、工艺材料和辅助材料，还可能引入新的材料。显示技术从阴级射线管开始，已经发展到了可便携式和大屏幕的显示技术，航天技术的发展要求显示材料能克服策略加速的震动能力，并适应不同的温差和湿差等。目前显示技术主要有两种：发光显示与不发光显示。发光显示屏都涂有发光涂料，不发光的材料主要是液晶。低维结构材料指除三维体材料外的二维、一维和零维材料。一维量子材料指载流子仅在一个方向可以自由运动，而另两个方向则受约束。零维量子材料指载流子在三个方向受约束。集成电路芯片功能的实现要依靠引出信号，即依靠封装材料组成器件，封装是集成电路支撑、保护的必要条件，是其功能实现的组成部分，能够实现电源供给、信号互联、机械支撑、散热和环境保护功能。微电子封装涉及了除芯片外的所有半导体元器件领域。
二、生物医学材料
用生物材料制成人工器官取代受损器官是当前医学发展的趋势，过去的材料是人工合成材料，可能造成一系列的副作用，如生物不相容性和血不相容性，同时还会带来异体界面发生的炎性反应、位移和破裂，器官移植供体不足和排异药物的副作用也没有彻底解决。利用新生物医学材料可在体外用聚合物构建一个支架体内，使活细胞与支架进行结合，构成具有生物活性的人体组织器官。这些生物功能材料可以是永久性的，也可以是生物降解的，可以是天然合成材料也可以是杂化材料，但结合材料对细胞的反应情况，使其能实现活细胞在体内或体外相容。生物医学材料不是被“惰性”植入体，而是要引导细胞、组织及器官的修复和再生功能，主要的发展目标是：新型可降解材料；利用物理、化学和生物方法来改选原有材料。另一个与生物医学材料相关的是材料仿生的研究，包括模仿天然生物材料结构特征的结构仿生和模仿生物体中形成材料的过程仿生。目前，细胞工程、基因工程和微生物学向材料科学的渗透，使生物科学原理在材料科学领域得到了广泛应用。
三、复合材料与高分子材料
若想实现一种材料满足各种高水平的综合指标，从单一材料出发是非常困难的，复合材料是将金属、无机非金属、高分子材料组合起来的一种多相材料，其设计自由度很大，可以在组成成分选择、占比来满足设计要求，即复合材料效应。目前，复合材料与金属材料、高分子材料和无机非金属材料并列为四大材料。如在新能源方面，碳纤维和玻璃纤维已经应用于风力发电机的叶片、太阳能电池的轻质高强度支架、核电和潮汐发电的离心机转子等。复合材料使用寿命长也可以节约资源，如高强纤维增强混凝土可以扼制开裂，从而防止钢筋生锈；同时在设计高性能碳纤维或芳酰胺纤维增强聚合物代替钢筋克服了原来存在的问题。在基础建设的修复中，复合材料好是最经济的方法。特殊功能的高分子材料的质量取决于材料的选择和成型技术，高分子材料成型加工是一门交叉科学，主要研究材料特性，确定最佳的加工条件，制造最佳性能的产品。目前的主要研究方向是：研究在加工工程中材料结构的演变，通过反应性加工实现预期的材料结构，与辐照、力化学、电磁振荡等物理技术结合确定最佳加工方法等。合成纤维已经占居了纤维的主要市场，目前研究的方向是：开展高性能纤维和功能纤维，如PBO纤维、分离功能纤维、有机光导纤维等的研制。
四、其它新材料
电池将在解决经济增长、能源和环境难题中直到重要的作用，而材料是电流的基础。燃料电池和各种高能电池将在人类社会发展中起到重要的作用。目前发展方向是小型电池、长寿命电池和燃料电池，通过电池材料可以提高电池性能。薄膜是一种用途很广的材料，主要用于维护材料或零部件的结构完整性，如耐磨损、耐腐蚀性和耐高温性等，通常被称为是防护膜。另一个薄膜则要求应用其电、磁、声、光等功能，通常被称为是功能膜。生物材料上使用的薄膜通常被称为是生物医学膜，还有装饰膜和包装膜等。薄膜技术的发展主要包括薄膜材料开发、薄膜沉积工艺、薄膜材料结构与性能研究、薄膜应用技术等。薄膜技术发展的主要特点是：器件的微型化使薄膜的尺度不断减少。宏观状态的物质有三维空间，当物质在某个方向的度量尺寸是微观尺度，而其宏观而其它方向是宏观尺寸时，则会呈现二维性，其性能也会发生重大变化，这涉及物理和材料两个学科领域，可见，一维材料膜和二维材料膜构成了低维材料家族。功能陶瓷包括铁电、压电、介电、热释电、半导、导电、超导和磁性等功能各异的陶瓷材料，是电子信息、集成电路、移动通讯、计算机、自动控制、精密仪器、航空航天、汽车和能源等高技术领域的重要基础材料。信息功能陶瓷是新型无机非金属材料，用于表面组装技术，压电驱动器、超声马达，复相与复相功能陶瓷，软化学与功能陶瓷薄膜，半导体陶瓷与传感器，电子封装陶瓷基片等领域。水泥材料主要研究水泥熟料矿物的结构与特征，水泥生产过程的技术进步、水泥的水化与硬化、水泥硬化体的与工程性质等，水泥浆与集料的界面结构和混凝土的耐久性，以及低钙复合水泥的技术开发路线等。
参考文献：
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生物医学电磁技术范文5
太赫兹波所处的“承前启后”的独特频段使其具有很多独特的性质，包括高透性、低能性、指纹谱性以及相干性。高透性是指太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，可对不透明物体进行透视成像，是X射线成像和超声波成像技术的有效互补;低能性，顾名思义是指太赫兹光子能量很低，只有4．1meV(毫电子伏特)，对人体级生物体十分安全;指纹谱性则是源于不同的分子对太赫兹的吸收及色散特性不同，形成特有的“指纹谱”，每一种物体都有其独特的区别于其他物体的“指纹谱”;太赫兹是由相干电流驱动的偶极子振荡或由相干的激光脉冲通过非线性光学差频效应产生的，因此具有相干性，用于太赫兹成像技术，可获得更高的空间分辨率及更深的景深等，目前太赫兹显微成像的分辨率已达到几十微米。
2太赫兹在生物医学工程领域的应用
太赫兹的上述特性使其在生物医学工程的各个方面有着诱人的应用前景。其应用主要有以下几个方面:太赫兹生化检测、太赫兹医学成像诊断、太赫兹组织检测、太赫兹治疗以及太赫兹医学通信。
2．1太赫兹生化检测
利用太赫兹波对生物分子的灵敏度和特异性，将太赫兹技术用于研究生物分子的结构和功能信息，可在分子层面上为疾病的诊断和治疗提供理论依据。太赫兹生化检测主要是对化学及生物大分子的检测，太赫兹波能够用来研究如范德华力或者分子间氢键作用力等生物分子间相邻分子的弱作用力。太赫兹波对脱氧核糖核酸(DeoxyribonucleicAcid，DNA)构形和构象的变化非常敏感，也可以通过太赫兹光谱进行基因分析或无标记探测。许多学者都开展了这方面的研究。Grant等于1978年研究了太赫兹与氨基酸溶液的相互作用，通过分析证实了这种作用是介于分子振动和转动模式之间的一种作用。Kutteruf等用太赫兹光谱技术对固态短链肽序列进行了研究，研究表明在1～15THz光谱范围内包含了体系的很多光谱和结构信息，如分子固相结构和与序列相关的分子信息等。Arora等采用太赫兹时域光谱技术，在水相中对通过聚合酶链式反应得到的DNA样品进行了无标记定量检测。Brucherseifer等通过时间分辨太赫兹技术证明了复数折射率取决于DNA的结合状态。太赫兹生化检测方面的研究尚处于起步阶段，还有待加强，尤其是对不同生物大分子的太赫兹光谱特性建立相应的特征谱库是一项庞大而艰辛的工作，需要生化领域的学者加强相关的研究工作。
2．2太赫兹医学成像诊断
太赫兹成像技术是太赫兹科学与技术中最具发展前景的方向之一。太赫兹成像作为一种新颖的成像方式在医学上的应用近年来备受青睐。太赫兹波在医学研究中具有独特的优越性:对细胞间质水有很高的敏感性;对人体无害;空间分辨率高，可达几十微米，能够很清晰的看到一些病变组织的病灶，结合一些微结构器件可以得到高品质的图像。太赫兹成像的原理是将太赫兹波透过成像样本后，其包含了样品的复介电常数的空间分布信息强度和相位信息，将这些信息保存下来并进行分析处理就可以得到样品的图像。从1995年Hu和Nuss首次提出逐点扫描式太赫兹时域光谱成像技术以来，一系列新的太赫兹成像技术相继被提出，如太赫兹实时成像、太赫兹层析成像和太赫兹分子成像等。2002年Woodward等首先使用了太赫兹脉冲成像技术对基底细胞癌开展了体内与体外的研究，利用不同组织对太赫兹波的吸收特性不同来区分健康组织和癌变组织。2007年Enatsu等利用THz－TDS系统对石蜡封装的肝癌样品开展了研究，在1．5THz频率处选择折射率和吸收系数进行成像，得出癌变组织的密度小于健康组织，对太赫兹的折射率和吸收系数较小的结论。2008年Taylor等在直接检测的基础上使用反射脉冲太赫兹波成像系统对猪皮肤烧伤样本成像，得到了高分辨率的图像。2011年MiuraY等利用透射式成像技术，证明了在3．6THz频率处对肝癌组织成像对比度较为显著。目前太赫兹射线图像分析的关键在于提高分析速度，提高太赫兹射线系统的性能(如低成本和便携性)，加强相关图像及信号处理技术如小波变换技术的研究。此外，随着THz3－D(三维)立体成像技术的发展，在不久的将来在医疗中利用TCT(THz层析成像)替代现在的XCT(X射线层析成像)将成为可能。
2．3太赫兹组织检测
太赫兹波的光子能量较低，是X射线光子能量的1%，此能量值低于各种化学键的键能。在太赫兹辐射下，被检物质不会因电离而破坏，因此非常适用于针对人体或其他生物样品的活体检查。另外，水对太赫兹辐射有极强的吸收，所以该辐射不会穿透人体的皮肤，对人体是非常安全的。Bennett等将反射式太赫兹成像和光谱技术应用到眼科研究中，研究发现太赫兹反射率与角膜含水量近似成正比，反射率随频率的增大而单调递减。Png等使用太赫兹光谱鉴别正常和患病的脑组织样本。Sim等采用太赫兹时域光谱技术对人牙齿的珐琅质和牙本质的特性进行了研究，发现湿润样本对太赫兹的吸收率高于干燥样本，研究为硬组织临床应用提供了重要信息。Wallace等对基底细胞癌18例体外样本和5例活体样本进行了太赫兹脉冲成像，研究表明，癌变组织与正常组织的太赫兹谱图性质间存在差异。对于太赫兹组织检测，首先要加强对于病理组织和正常生理组织的太赫兹光谱和太赫兹图像的特征识别的研究;其次要深入研究不同组织不同水分含量对太赫兹波的吸收作用;此外，还要探索太赫兹活体组织检测技术。
2．4太赫兹治疗
太赫兹虽然光子能量很低，但作为一种电磁辐射，仍具有辐射效应，可以为疾病治疗提供理论依据。2002年Hadjiloucas等研究了酵母细胞在太赫兹辐射下的生长率问题，辐射参数为0．2～0．35THz和5．8mW/cm2，辐射时间30～150min不等，实验表明太赫兹辐射能够促进细胞生长，并且呈现出了一定的统计规律。2005年，Ostrovskiy等预测太赫兹辐射可能会加快烧伤修复，为证实假设，他们分别对表面烧伤和深度烧伤的病人进行太赫兹辐射，辐射参数为0．15THz和0．03mW/cm2，每天进行7～10次治疗，每次15min，结果表明太赫兹辐射能够加速外皮形成，缩短了皮肤的修复时间。2008年Kirichuck等首次对活体大鼠展开太赫兹生物效应的研究，他们认为太赫兹辐射能够引起血小板的功能活动，并且与性别有关。Androvov和Kirichuk等采集了健康人和患有心绞痛的病人的全血，一组进行太赫兹辐射，另一组作为参照组，辐射参数为0．24THz和1mW/cm2，辐射持续时间为15min，实验结果为太赫兹辐射组血黏度下降，红细胞变形能力增加。2010年，Gerald等对人类皮肤的成纤维细胞展开了研究，他们将样品置于温度可控的箱体中，用2．52THz的气体激光器进行时间不等的照射，并用传统的MTT法检测照射后细胞活性，研究表明2．52THz的辐射对哺乳动物的细胞热效应显著，因此可以用太赫兹热效应预测传统的热损伤模型。目前，用于涉及太赫兹治疗的研究实验多为动物实验，相关的临床试验还很有限，距离现实可用的临床治疗设备还有很长的路要走。
2．5太赫兹医学通信
随着医院信息系统的不断完善，医学诊断数据的丰富，病历信息数据库的不断增大，医生在诊断病人病情的时候不但要根据现有的检测诊断数据，还要参考病人的以往病历，而现有的信息交互方式已经逐渐无法满足这庞大的医学信息数据的传输。太赫兹技术的出现，恰好可以解决这方面的困境。太赫兹通讯技术与微波通信相比太赫兹通讯的优势在于具有传输的容量大，频段比微波通信高出l至4个数量级，可提供高达10GB/s的无线传输速率;波束更窄，方向性更好;具有更好的保密性及抗干扰能力;由于太赫兹波波长相对更短，在完成同样功能的情况下，天线的尺寸可以做得更小，其他的系统结构也可以做得更加简单、经济。太赫兹通讯技术与光通信相比其优势在于光子能量低，大概是光子能量的1/40，能量效率更高;具有很好的穿透沙尘、烟雾的能力，可以在更加恶略的环境下保证通信的可靠性。这对于极端环境下的医疗通信如战地医院、边远山区医疗救助等条件下的通信具有无可比拟的优势。因此，发展太赫兹通讯技术对于医院信息化建设乃至远程医疗的发展都将是一个极大的助力。目前，太赫兹通信在医学中的应用尚无相关报道，主要是因为太赫兹通信技术本身尚处于初级阶段，但是相关的试验系统已经有所发展。2004年，KleineOT等首次采用室温半导体太赫兹调制器通过太赫兹通信信道发送声音信号，用经改进的常规太赫兹时域光谱装置，在75MHz宽带的太赫兹脉冲序列上传送25kHz的信号。同年，LiuTA等利用光导开关，实现了模拟音频信号通信实验。2004年，日本NTT公司的T．Nagatsuma等搭建了120GHz的亚太赫兹无线通信系统，实现了10Gb/s的数据率。2005年，Mueller等描述了采用太赫兹波源和Schottky肖特基二极管调制器和探测器的宽带宽通信数据链路。2008年，Braun-schweig太赫兹通信实验室在0．3THz频率上成功实现6MHz带宽模拟彩基带信号的传输，实验距离超过22m。太赫兹通信技术发展的研究趋势在于以下几个方面:一是继续研究高功率的太赫兹源;二是加强太赫兹波传输性能的研究;三是要研究合适太赫兹信道传输的调制技术和调制器件;最后还要进一步优化高灵敏的太赫兹探测技术。此外，还要开展太赫兹通信技术在医院信息化建设中的应用的前瞻性研究，为将来能够成熟应用打下基础。
3总结
生物医学电磁技术范文6
关键词：微波;粘液囊肿
【中图分类号】R781.7 【文献标识码】A 【文章编号】1672-3783(2012)09-0147-01
微波治疗作为一种新的治疗技术，在生物医学领域中得到广泛应用［1］。近年来在口腔临床应用的报道也日益增多［2-3］。自2010年以来，我院应用微波对92例口腔粘液囊肿病例进行治疗并与传统手术相比较，现报道如下。
1 资料与方法
1．1 临床资料：随机选择门诊口腔粘液囊肿病例共92例，其中下唇区80例，舌腹区12例，女性40例，男性52例，年龄16-55岁，随机分为微波治疗组和对照组各46例。
1．2 材料：用ZW-1001F微波口腔治疗仪(天津市中亚医疗仪器科技开发有限公司），使用频率2450HZ，波长12.25cm。治疗时输出为35～40W，每次3～5秒，由微波热能传递，配有多种终端探头与脚开关。
1．3 治疗方法。微波治疗组：患者平卧位，用2%利多卡因作局部浸润麻醉，调整微波治疗仪输出功率为30～40W之间，选择针状辐射器。常规消毒铺巾，将针状辐射器探头由不同方向刺入囊肿内进行热凝，共行4-6次操作至瘤体缩小囊液流出。每次拔出辐射器后即用冷盐水纱布降温处理。对照组：2%利多卡因局麻下，常规消毒铺巾将囊肿分离切除缝合。
1．4 疗效评定:对两种治疗方法的手术时间长短，术中出血量，术后反应，手术后1年复发率进行比较。
2 结果
微波治疗组手术时长10～15min，创面无出血，术后无明显水肿、疼痛等反应，并无需拆线。1年复查治愈34例，无1例复发，治愈率100%；对照组手术时长20～30min,出血量约1.5-5ml。术后有轻至中度水肿疼痛等反应，术后5～7天需拆线，1年复查治愈44例，复发2例治愈率95.65%。
3 讨论
微波辐射是一种电磁辐射，在其电场的作用下，生物组织细胞液中的带电离子和极性、无极分子发生振动和转动，因而使组织内的温度增高。通过微波直接辐射组织，可使局部组织产生高温、脱水和凝固。
本文利用微波的生物学效应治疗口腔粘液囊肿，其治疗原理是当生物组织接受微波辐射后有热效应作用，组织吸收了微波的能量转变为热能，使组织升温凝固。含水量高的组织吸收更强烈因而温升也高。但由于血循环流动，温度升高后部分热能随血流向低温处组织传递，而不会引起局部组织损伤。当微波针状辐射器插入囊肿中央，其中心温度上升70℃左右，使组织凝固，但边缘区温度还很低，临床未见相邻组织受到损伤，这就是微波术后不会出现疼痛的原因。另外病理观察凝固区组织细胞变性坏死细胞核萎缩甚至消失，小血管血栓形成，这就是微波具有止血作用的原因。
另外，由于微波治疗不需手术，更适用于惧怕手术治疗的老人、儿童患者。
综上所述，微波治疗口腔常见的粘液囊肿疾病，操作简便易行，治疗效果满意。术中无出血，术后无疼痛水肿，一次性治疗即可治愈且无复发，减少患者就诊次数和手术痛苦、经济负担，深受患者欢迎，是一种值得推广的临床治疗方法。
参考文献
[1] 陈代珠，呈大伟.医用微波技术［M］.北京：国防工业出版社，1987:157
