Способ исследования биологических систем Советский патент 1988 года по МПК G01N22/00 

со со

Ф

Изобретение относитcii к измерительной технике и может быть использовано для определения биологически активных радиочастот при облучении биологических систем миллиметровыми волнами в диапазоне частот 25-150 ГГц

Целью изобретения является обеспечение исследования сильнопоглощанадих СВЧ-излучение биологических систем.

На фиг. 1-3 представлены графики, пояснякоще предлагаемый способ иссх(е- дования биологических систем; на фиг. 4 и 5 - примеры конструкций устройств, реализуюп1;их предлагаемый способ.

Способ исследования биологических систем заключается в облучении биологической среды СВЧ-излучением в диапазоне от f,, до f, определенир

13

геометрических размеров участков биологической среды, характеризующихся наличием биологического эффекта. Причем облучение осуществляют мотдностьк) Р и дополнительно мощностью , причем

inj

-I n

(1)

, ехр

гЕг Ч

- -( . о J

(2)

где Pp и P

- мощность СВЧ-излучения на частотах f, и f соответственно.35

Сначала облучают первую порцию биологической сред,ы, помещенной в волновод, и при этом изменяют мощность СВЧ-излучения на входе волновода по закону (1) как показано на фиг, 1, кривая , При распространении СВЧ-из луч ei-шя в волноводе с помещенной в него сильнопоглощающей биологической средой мощность СВЧ- излучения убивает вдоль оси волновода по известному закоигу

р р

пр i

-ofX

(3)

коэффициент, характеризукхций CQ затухание СВЧ-излучения из-за потерь мощности в волноводе (поглощение средой, потери в стенках волновода и т,п,),, и определяемой экспериментгшьно етствуюищй график изобраясен 2, на котором также отмечен пороговой мощности ,, котоправило неизвестен. Тогда, ее 55

10

60202

ли в выбранном диапазоне частот существует биологически активная частота f , то как видно из грасЬика, изображенного фиг, 2, биологический эффект в среде будет наблюдаться от координаты О до координаты Криобиологической среды. Поэтому после облучения первой порции биологической среды СВЧ-излу- чением по закону (l) среду извлекают из волновода и определяют (любыми известными биологическими, биохимическими, биофизическими методиками) координату X возникновения биологического эффекта.

На втором этапе вторую новую порцию той же биологической среды помещают в тот же волновод и облучают в том же частотном диапазоне, но мощность Plf) СВЧ-излучения на входе волновода изменяют по закону (2),При этом мощность СВЧ-излучения вдоль оси X волновода убьтает по закону

(4)

15

20

25

30

35

Соответствугадие кривые изображены на фиг, 3, где также отмечен тот же самый по величине пороговый уровень мощности Pf,, После этого опять извлекают биологическую среду из волновода и определяют вторую границу Х биологи- ческого эффекта.

Учитывая, что пороговое значение мощности для обоих этапов облучения одинаково, можно записать

01

Л,,}.

(1)

40 45

(5)Подставляя в (5) выражения для Р (1) и (2), имеем

(6)

Рое

Или

L

О

i:a .,х- -х

Р,

р;

f.)ln I

+ ,.п - с

и окончательно для биологически активной радиочастоты имеем выражение

f --р -, 2

df г с/йх -I

J

1Пр

tn

:)

где ,-fo , .

В предлагаемом на фиг. А варианте устройства, с помощью которого

реализуют предлагаемый способ исследования биологичесжих систем тонкий слой 1 биологической среды, располо- женньй в Е-плоскости вдоль оси х прямоугольного волновода 2 сечением 7,,4 мм, облучают одновременно с двух противоположных сторон волновода 2. При такой реализации отпадает необходимость в раздельном облучении двух упомянутых порций биологической среды, так как обе эти порции представлены по существу в одном и том же образце 1, только с противоположных его сторон.

Следует отметить, что способ исследования биологических систем позволяет также определить величину пороговой мощности СВЧ-излучения в апертуре волновода, ниже которой биологический эффект отсутствует. Для приведенного примера, согласно выражению (6) имеем

f If

In

)

c о

Полученное значение P при заданных геометрических размерах образца биологической среды может быть легко пересчитано в пороговую мощность на единицу объема биологической среды.

Еще один вариант устройства облучения биологической среды в волноводе 2 изображен на фиг. 5. В этом варианте ячейка, содержащая биологи30

Способ исследования биологических систем, заключающийся в облучении би логической среды СВЧ-излучением в ди апазоне частот от fp до f и определ нии геометрических размеров участков биологической среды, характеризуюошх ся наличием биологического эффекта, отличающийся тем, что, с целью обеспечения исследования силь но поглощающих СВЧ-излучение биологи ческих систем, облучение осуществляческую среду 1, выполнена сборной и 35 ют мощностью дополнительно мощ(5) ностью Р , причем

которьй помещаютР Роехр| ----- 1п - - ,

ю rnertv Ггпепя UP-- 1 -

состоит из четырех деталей: бруска 3 с продольным прямоугольным пазом 4 размером мм, в

жидкую биологическую среду (среда через несколько минут застывает и пре- вращается в желеобразньй стержень, ;; который при необходимости легко извлекается целиком из паза 4), крышки 5 и двух согласующих клиньев 6 (второй КЛИН располагают симметрично с прети- 45 воположного конца волновода 2 и на

(5) ностью Р , причем

Р, ехр

ffo-f , РЛ

I If- 1 р- Ь - 1 J

где Р. и

Р, мощности СВЧ-из на частотах f ответственно.

0

5

0

5

0

фиг, 5 показан). Детали 3,5 и 6 и з радиопрозрачнога материатш тефлона и после заполнения паза 4 биологической средой 1 герметично вставляются в волновод 2, после чего присоединяют волновод 2 к СВЧ-тракту и осуществляют облучение.

Эксперимент показывает, что КСВИ описанной ячейки не превышает 1,5 а о; 2гО,4 дБ/мм, (после заполнения биологической средой).

В заключение отметим, что точность определения биологически активной радиочастоты может регулироваться путем сужения исследуемой полосы радиочастот (f) при неизменной разности значений (), при этом точность по выкается, а при необходимости по- грешность измерений может быть сведена к минимуму.

Формула изобретения

Способ исследования биологических систем, заключающийся в облучении биологической среды СВЧ-излучением в диапазоне частот от fp до f и определении геометрических размеров участков биологической среды, характеризуюошх- ся наличием биологического эффекта, отличающийся тем, что, с целью обеспечения исследования сильно поглощающих СВЧ-излучение биологических систем, облучение осуществля5 ют мощностью дополнительно мощют мощностью

(5) ностью Р , причем

Р, ехр

ffo-f , РЛ

I If- 1 р- Ь - 1 J

Р. и

Р, мощности СВЧ-излучения на частотах f и f соответственно.

Г

p bL--.- ...

РО -фие. 1

Si

S

Изобретение м.б. использовано для определения биологически активных радиочастот при облучении био- логич. систем (БС) миллиметровыми волнами в диапазоне 25-150 ГГц. Для обеспечения исследования сильнопоглощающих СВЧ-излучение С осуществляют мощностью Р и мощностью Р Р Роехр C(f-fc)/(f,-fe ) «In PI/PJ, а ,expt(f,-f)/(f,-fJ« In Р,/Pj, , где PC, Р - мощности СВЧ-излучения на частотах, f и f . 5 нп.

.(1У

/-;;УХ}

1

nf ч

)

Ро

п

Vx)

/в

Фие.Ъ

xTv

фиг.2

Фиг. 5