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生物電學和生物磁學(編輯修改稿)

2026-02-14 02:43 本頁面

　

【文章內容簡介】細胞的不同部位處承受的壓降量不一樣，膜法線垂直于電場處的壓降幾乎為零，膜法線與電場一致的膜部位則承受最大的壓降變化。膜能承受的電壓有一定限度，壓降超過臨界值，膜出現擊穿現象。臨界值 Vc的大小由膜的機械性能和介電特性決定： ? 直流電場作用膠體除了使帶電離子產生電泳外，還會使懸浮粒子的均勻媒質產生電滲。因為蛋白質中羧基電解會產生 H+， H+被水分子包圍，形成水合離子并向陰極移動，使陰極附近的水分增多，陽極的水分減小。含水量的變換將影響生物功能。 ? 電熱作用： ? 當電流通過人體時，皮膚、脂肪和體內組織串聯，體內組織是肌肉、骨骼、腱和血液的并聯，皮膚和脂肪電阻較大，體內組織電阻較小。一定電流條件，皮膚和脂肪生熱較多。一定電壓下，體內組織生熱較多。 ? 電化作用：將不易起化學反應的直流電極直接作用與機體時，電極附近將發生電化反應。 Na+移至陰極并得到一個電子形成中性 Na原子， Na原子與水反應生成氫氧化鈉和氫，即：在陽極， Cl交出電子變成 Cl原子，它和水反應生成鹽酸和氧，即： ?????? ??22 222 HN a O HOHNaNaeNa22 424 OH C lOHCleClCl????? ?? 2 生物磁現象 ? 大至地球、月球、太陽及星際空間，小至組成物質的分子、原子、電子和質子、中子等，均具有磁性。地球上的一切生物都處于地磁場之中。 ? 生物磁學是正在興起的生物物理學一個分支。狹義生物磁學指研究不同層次生物材料所產生的磁場； ? 廣義生物磁學還包括磁生物學，即研究外界磁場對生物機體在不同次的作用所產生的生物效應即其相應的作用機理；生物磁工程技術，如核磁共振成像。人體中所含元素：碳、氫、氧、氮、硫、磷、氯、鈉、鉀、鈣、鎂、鐵等和一些微量元素。其中多數有順磁性（ 3d 或 4d 族的過渡離子）。蛋白質、酶和自由基均為順磁性。 ? 占人體 70%的水具有弱抗磁性。 ? 極少數材料為鐵磁性一、生物材料的磁性 ? ?? HMJ ??? ?? 磁介質的分子或原子中任何一個電子，一般都同時參與兩種活動，即繞核運行的軌道運動和電子本身的自旋運動。這兩種運動同時產生動量矩和相應的磁矩。若將分子或原子看作一個單元，則各電子產生的磁矩總和就是分子磁矩或原子磁矩，以 M表示。磁介質放入恒定的外磁場 H中，受 H作用的磁化程度即磁化強度，以 J表示，和 M一樣， J也是個矢量。單位體積的磁介質磁矩之和即是它的磁化強度： ? 式中 X是磁介質的磁化率。當 X0時， J的方向與 H的方向一致，稱為順磁介質；當 X0時， J的方向與 H的方向相反，稱為抗磁介質。 ? 生物材料的順磁性，與其中有過渡金屬離子的成分有關。人體中有 13種金屬元素，其中有 8種為過渡金屬離子，具有順磁性。例如進行氧化輸送的血紅蛋白，進行電子傳遞的細胞色素， DNA生物合成需要的核糖核苷酸還原酶等。任何物質受磁場作用都有抗磁性，但在順磁物質中，由于順磁性超過抗磁性，故表現為順磁性。 ? 生物分子的抗磁性，表現在生物分子在磁場作用下產生與磁場反向的運動。一些綠色植物單細胞或其葉綠體放置于 1T磁場中 ,當葉綠體的平面結構與磁場垂直取向時，分子的取向反應最大，與磁場平行時，取向反應最小。這種取向反應與葉綠體片層結構所含的各向異性反磁性組分相關。 ? 分子取向力發生在極性分子與極性分子之間。由于極性分子的電性分布不均勻，一端帶正電，一端帶負電，形成偶極。因此，當兩個極性分子相互接近時，由于它們偶極的同極相斥，異極相吸，兩個分子必將發生相對轉動。這種偶極子的互相轉動，就使偶極子的相反的極相對，叫做“取向”。這時由于相反的極相距較近，同極相距較遠，結果引力大于斥力，兩個分子靠近，當接近到一定距離之后，斥力與引力達到相對平衡。這種由于極性分子的取向而產生的分子間的作用力，叫做取向力。 ? 在磁性細菌、鴿子和個別人等少數生物中發現有微量和 Fe等強磁性

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