Диэлектрические свойства живых тканей

Наибольшее значение поляризации P_m и время релаксации зависят от механизма поляризации. Характерный для каждого типа поляризации временной параметр- время релаксации (табл.1) определяет быстроту перехода системы в новое поляризованное состояние. За время поляризация достигает значения в е-раз меньше максимального.

В постоянном электрическом поле проявляются все типы поляризации, величина диэлектрической проницаемости максимальна.

При увеличении частоты переменного тока (электрического поля) промежуток времени действия электрического поля уменьшается. Если этот промежуток времени меньше времени релаксации какого-то типа поляризации, то данный тип поляризации дает малый вклад в общее значение поляризации или совсем не проявляется. Этим объясняется зависимость диэлектрической проницаемости биологической ткани и импеданса от частоты.

Табл.1. Значения времени релаксации для разных типов поляризации.

Неодинаковые величины частоты разных тканевых компонентов, способных поляризоваться в электромагнитном поле, обусловливают неравномерный ход кривой дисперсии диэлектрической проницаемости, отображающей зависимость ткани от электромагнитных колебаний, воздействующих на нее. На графике (рис.6) можно выделить три участка, где кривая идет круче, чем в промежутках. Эти участки называют зонами (областями дисперсии (зонами релаксации) и обозначают греческими буквами .

Первый участок ( -дисперсия живых тканей) соответствует низкочастотному диапазону (до 1 кГц). Он отображает поляризацию внутриклеточных компартментов, с которыми связаны сегнетоэлектрические свойства живых тканей. В силу значительной инерционности релаксационных процессов в доменах- компартментах вращение этих «гигантских диполей» запаздывает относительно перемен направления напряженности внешнего электромагнитного поля даже на низких частотах, что проявляется в уменьшении диэлектрической проницаемости по мере повышения частоты в низкочастотном диапазоне. Некоторый вклад в - дисперсию вносит релаксация зарядов на фасциях, внутриорганных соединительнотканных прослойках, клеточных поверхностях.

Второй участок ( - дисперсия живых тканей) отображает изменение поляризации макромолекул по мере повышения частоты внешнего электромагнитного поля. В скелетной мышце - дисперсия наблюдается в диапазоне частот от 10⁴ до 10⁸ Гц. Снижение диэлектрической проницаемости по мере повышения частоты в этом диапазоне зависит от того, что все менее крупные молекулы не успевают поворачиваться в соответствии с частотой внешнего электромагнитного поля, когда она превосходит частоту той или иной полярной молекулы. Очевидно, 10⁸ Гц является частотой, соответствующей частоте наименее инерционных макромолекул, а 10⁴ Гц- наиболее инерционных макромолекул.

Третий участок ( - дисперсия живых тканей) приходится на частоту выше 10¹⁰ Гц, чему соответствует частоты ориентационной поляризации молекул воды. Поскольку воде свойственно несколько значений частот, лежащих около 20 ГГц (явление многоструктурности воды), то изменение диэлектрической проницаемости на частоте больше 10¹⁰ Гц имеет немонотонно убывающий характер.

Диэлектрическая проницаемость уменьшается потому, что даже такие мелкие молекулы, как , не успевает совершать повороты с частотой, соответствующей частотному диапазону - дисперсии.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: