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微波是一種高頻率的電磁波，其頻率范圍約在300～300 000MHz(相應(yīng)的波長(zhǎng)為100～0．1cm)在300MHz至300GHz之間．它具有波動(dòng)性、高頻性、熱特性和非熱特性四大基本特性。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性．微波量子的能量為1 99×l0 -25～ 1．99×10-22j．它與生物組織的相互作用主要表現(xiàn)為熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)。微波能夠透射到生物組織內(nèi)部使偶極分子和蛋白質(zhì)的極性側(cè)鏈以*的頻率振蕩，引起分子的電磁振蕩等作用，增加分子的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致熱量的產(chǎn)生。微波還能夠?qū)滏I、疏水鍵和范德華產(chǎn)生作用，使其重新分配，從而改變蛋白質(zhì)的構(gòu)象與活性。生物體的非熱特性一 生物效應(yīng)是微波的重要特性之一，它已成為醫(yī)學(xué)、細(xì)胞學(xué)等方面研究的一個(gè)重要方面，同時(shí)它也能為微波理療或微波手術(shù)等方面提供理論依據(jù) 隨著人們對(duì)微波加熱技術(shù)認(rèn)識(shí)的深入，它已引起了許多科學(xué)工作者的關(guān)注，并在一些方面進(jìn)行了深入而廣泛的研究。

1．1 微波的特性

1．1．1 選擇性加熱
物質(zhì)吸收微波的能力，主要由其介質(zhì)損耗因數(shù)來(lái)決定。介質(zhì)損耗因數(shù)大的
物質(zhì)對(duì)微波的吸收能力就強(qiáng)，相反，介質(zhì)損耗因數(shù)小的物質(zhì)吸收微波的能力也
弱。由于各物質(zhì)的損耗因數(shù)存在差異，微波加熱就表現(xiàn)出選擇性加熱的特點(diǎn)。
物質(zhì)不同，產(chǎn)生的熱效果也不同。水分子屬極性分子，介電常數(shù)較大，其介質(zhì)
損耗因數(shù)也很大，對(duì)微波具有強(qiáng)吸收能力。而蛋白質(zhì)、碳水化合物等的介電常
數(shù)相對(duì)較小，其對(duì)微波的吸收能力比水小得多。因此，對(duì)于食品來(lái)說(shuō)，含水量
的多少對(duì)微波加熱效果影響很大。
1．1．2 穿透性
微波比其它用于輻射加熱的電磁波，如紅外線、遠(yuǎn)紅外線等波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因
此具有更好的穿透性。微波透入介質(zhì)時(shí)，由于介質(zhì)損耗引起的介質(zhì)溫度的升高，
使介質(zhì)材料內(nèi)部、外部幾乎同時(shí)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(dǎo)時(shí)間，且在條件為介質(zhì)損耗因數(shù)與介質(zhì)溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系時(shí)，
物料內(nèi)外加熱均勻一致。

1．1．3 熱慣性小
微波對(duì)介質(zhì)材料是瞬時(shí)加熱升溫，能耗也很低。另一方面，微波的輸出功
率隨時(shí)可調(diào)，介質(zhì)溫升可無(wú)惰性的隨之改變，不存在“余熱”現(xiàn)象，極有利于
自動(dòng)控制和連續(xù)化生產(chǎn)的需要。

1．2 微波的生物效應(yīng)機(jī)制
當(dāng)微波作用于生物體時(shí)，在生物控制系統(tǒng)的作用和調(diào)節(jié)下，生物體必然要建立新的平衡狀態(tài)以適應(yīng)外界電磁環(huán)境條件的變化，因此也就必然產(chǎn)生某些生物效應(yīng)．微波的生物效應(yīng)主要是由微波的熱效應(yīng)，其次是非熱效應(yīng)所引起的．

1．2.1 微波的熱效應(yīng)
微波對(duì)生物體的熱效應(yīng)是指由微波引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對(duì)生物體產(chǎn)生的生理影響．熱效應(yīng)主要是生物體內(nèi)有極分子在微波高頻電場(chǎng)的作用下反復(fù)快速取向轉(zhuǎn)動(dòng)而摩擦生熱；體內(nèi)離子在微波作用下振動(dòng)也會(huì)將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為熱量；一般分子也會(huì)吸收微波能量后使熱運(yùn)動(dòng)能量增加．如果生物體組織吸收的微波能量較少，它可借助自身的熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)通過(guò)血循環(huán)將吸收的微波能量(熱量)散發(fā)至全身或體外．如果微波功率很強(qiáng)，生物組織吸收的微波能量多于生物體所能散發(fā)的能量，則引起該部位體溫升高．局部組織溫度升高將產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，如使局部血管擴(kuò)張，并通過(guò)熱調(diào)節(jié)系統(tǒng)使血循環(huán)加速，組織代謝增強(qiáng)，白細(xì)胞吞噬作用增強(qiáng)，促進(jìn)病理產(chǎn)物的吸收和消散等．
1．2.1.1 微波的加熱優(yōu)點(diǎn)
微波自身的特性決定了微波具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)加熱迅速，均勻。不需熱傳導(dǎo)過(guò)程，且具有自動(dòng)熱平穩(wěn)性能，避免過(guò)熱。
(2)加熱質(zhì)量高，營(yíng)養(yǎng)破壞少，能zui大限度的保持食物的色、香，味，減少食物中維生素的破壞。
(3)安全衛(wèi)生無(wú)污染，對(duì)食品的殺菌能力強(qiáng).因?yàn)槲⒉苁强刂圃诮饘僦瞥傻募訜崾覂?nèi)和波導(dǎo)管中工作，所以微波泄露被有效的抑制，沒(méi)有放射線危害及有害氣體排放，不產(chǎn)生余熱和粉塵污染。既不污染食物，也不污染環(huán)境。微波殺菌除了熱效應(yīng)之外還有生物效應(yīng)，許多病菌在微波加熱不到100℃時(shí)就全部被殺死。
(4)節(jié)能。由于含有水分的物質(zhì)極易直接吸收微波而發(fā)熱，沒(méi)有經(jīng)過(guò)其他中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，因此除少量的傳輸損耗外幾乎無(wú)其他損耗。比一般常規(guī)加熱省電約30%^-50%。
(5)具有快速解凍功能。在微波場(chǎng)中，凍結(jié)食品在從內(nèi)到外同時(shí)吸收微波能量，使凍結(jié)食品整體發(fā)熱，容易形成整體均一的解凍，縮短解凍時(shí)間，迅速越過(guò)一50C - 0℃這個(gè)易發(fā)生蛋白質(zhì)變性、食品變色變味的溫度帶，以保持食品的品質(zhì)不致下降。

1．2．2 微波的非熱效應(yīng)
微波的非熱效應(yīng)是指除熱效應(yīng)以外的其他效應(yīng)，如電效應(yīng)、磁效應(yīng)及化學(xué)效應(yīng)等．在微波電磁場(chǎng)的作用下，生物體內(nèi)的一些分子將會(huì)產(chǎn)生變形和振動(dòng)，使細(xì)胞膜功能受到影響，使細(xì)胞膜內(nèi)外液體的電狀況發(fā)生變化，引起生物作用的改變，進(jìn)而可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)等．微波干擾生物電(如心電、腦電、肌電、神經(jīng)傳導(dǎo)電位、細(xì)胞活動(dòng)膜電位等)的節(jié)律，會(huì)導(dǎo)致心臟活動(dòng)、腦神經(jīng)活動(dòng)及內(nèi)分泌活動(dòng)等一系列障礙．對(duì)微波的非熱效應(yīng)，人們還了解的不很多．當(dāng)生物體受強(qiáng)功率微波照射時(shí)，熱效應(yīng)是主要的(一般認(rèn)為，功率密度在在10mW／cm2者多產(chǎn)生微熱效應(yīng)．且頻率越高產(chǎn)生熱效應(yīng)的閾強(qiáng)度越低)；長(zhǎng)期的低功率密度(1 m W／cm2 以下)微波輻射主要引起非熱效應(yīng)．

1．3 微波在農(nóng)業(yè)科學(xué)上的應(yīng)用
微波對(duì)許多發(fā)芽率低或發(fā)芽慢的農(nóng)作物或林術(shù)種子都作了催芽試驗(yàn)， 以探索能否提高發(fā)芽率。種子含水量對(duì)處理效果有明顯影響， 一般說(shuō)來(lái)， 低含水率種子受加熱處理的影響大， 也能忍受較高溫度不致受損。微波具有顯著熱效應(yīng)，而且有促進(jìn)G0細(xì)胞進(jìn)入增殖周期（Carpita．N．C．& Murray W.N;1976）。另外，胡燕月等（1996）胡萱日等（1995），分別比較研究了微波和熱擊處理水稻種子的生物學(xué)效應(yīng)，在相同升溫(45℃)下，結(jié)果表明微波處理可極顯著促進(jìn)芽活力，熱擊處理則可以極顯著促進(jìn)根活力 。賴麟與馮鴻（1997）利用50W、200W和500W的微波照射白蘭瓜種子，發(fā)現(xiàn)200W功率的微波處理可以極顯著地提高其發(fā)芽率，同時(shí)也能顯著地提高萌發(fā)話力。200w微波處理的種子從萌發(fā)24小時(shí)起，其*含量顯著地高于對(duì)照，48小時(shí)期*同工酶有新的酶帶產(chǎn)生。說(shuō)明這一功率的微波能有效地激話白蘭瓜種子萌發(fā)期的*，加速物質(zhì)和能量的代謝，從而提高種子萌發(fā)活力。黃桂琴等（1999）利用105W微波輻射黃瓜種子10s、20s，結(jié)果發(fā)現(xiàn)提早長(zhǎng)出真葉．株高增加。處理種子的時(shí)聞為30s，促進(jìn)種子早出苗．但隨著生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)株高被抑制，葉片數(shù)也減少．當(dāng)輻射劑量105W ，處理種子的時(shí)間分刷為85、10s、l4s，促進(jìn)黃瓜幼苗的主根和側(cè)根增長(zhǎng)與脫氳酶活性增加，表明根活力增強(qiáng)．楊俊紅等（2003；2004）利用正交試驗(yàn)研究了微波處理對(duì)白菜種子萌發(fā)特性及其耐鹽性的影響。結(jié)果表明：微波處理前，萌發(fā)環(huán)境的含鹽量對(duì)種子發(fā)芽率的影響zui大，而且含鹽量和堿性的影響較顯著；經(jīng)微波處理后，萌發(fā)環(huán)境的含鹽量和堿性對(duì)種子發(fā)芽率的影響處于次要地位，而且無(wú)顯著性；優(yōu)選條件下種子的發(fā)芽率比對(duì)照組明顯提高。 P．Reddy與D.J．Myeoek（2000）應(yīng)用非破壞性的有效微波照大豆種子30秒鐘對(duì)種子的生存力、活性有促進(jìn)作用但對(duì)細(xì)胞和細(xì)胞器結(jié)構(gòu)沒(méi)有影響。

1．4 微波的生物效應(yīng)在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用
利用微波生物效應(yīng)可以用來(lái)診斷各種腫瘤、胸部疾病、肺氣腫、肺水腫，測(cè)量動(dòng)脈血管壁的厚度等。特別是利用微波生物效應(yīng)治療腫瘤具有特殊的意義。因?yàn)槟[瘤組織的血液循環(huán)和導(dǎo)熱性能比正常組織要差 在受到微波照射肘，腫瘤組織的溫升比周圍的正常組織通常要高出1～3℃。若適當(dāng)控制加熱溫度，使腫瘤細(xì)胞內(nèi)溫度達(dá)到42 uc以上時(shí) 即可將癌細(xì)胞殺死，而不致傷害健康組織，故利用微波可殺死缺氧和低pH值的抗放射腫瘤細(xì)胞。如果將*與放射性治療以及化學(xué)治療結(jié)臺(tái)起來(lái)，則可收到更好的治療效果。目前已廣泛地開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究工作，有不少國(guó)家和地區(qū)正在臨床應(yīng)用 zui近幾年里，對(duì)肝癌和腦部組織癌變進(jìn)行熱療，并取得了豐富的資料（陳夷等，1999）。我國(guó)學(xué)者在利用*肝癌、直腸癌和口腔癌方面已取得了十分明顯的成果。另外，將*刃與微波輻射結(jié)合在一起，也是一種應(yīng)用形式。由于微波能量具有自日溫和凝血的作用． 及在一定的程度上具有滅菌的作用，故這種形式的*特別適用于細(xì)血管分布很密的人體組織（陳夷等，1999）。例如眼睛和肝臟的手術(shù)過(guò)程。目前尚待完善的地方是如何使微波輻射的能量更加集中．從而取得更好的效果。同樣在醫(yī)用和醫(yī)藥工業(yè)中可以將微波用于滅菌，效果又快又好。此外，用強(qiáng)脈沖功率的做波照射實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腦部．使其溫度達(dá)到42℃以上，可在數(shù)秒鐘之內(nèi)殺死動(dòng)物．并使其腦中的酶系統(tǒng)同時(shí)全部均勻地滅活，從而中止了生物化學(xué)反應(yīng)，使腦內(nèi)的耐熱活性物質(zhì)可保持原來(lái)的成分，這樣就可用來(lái)研究神經(jīng)化學(xué)的特性和功能。