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Untersuchungen zu der Fragestellung, ob makroskopische dielektrische Gewebeeigenschaften auch auf Zellebene bzw. im subzellulären Bereich uneingeschränkte Gültigkeit besitzen

Thema

Untersuchungen zu der Fragestellung, ob makroskopische dielektrische Gewebeeigenschaften auch auf Zellebene bzw. im subzellulären Bereich uneingeschränkte Gültigkeit besitzen

Beginn

01.12.2005

Ende

31.05.2007

Projektleitung

Universität Augsburg

Zielsetzung

In diesem Vorhaben sollte untersucht werden, wie sich die dielektrischen Parameter ausgesuchter Zelltypen bei der Betrachtung zellulärer, subzellulärer und molekularer Dimensionen verhalten. Aus den erarbeiteten Erkenntnissen sollten Konsequenzen hinsichtlich der zu erwartenden elektromagnetischen Feldverteilung, Energieabsorption und ggf. Energiemodenwandlung abgeleitet und diskutiert werden.

Ergebnisse

Der zunächst vorgelegte Zwischenbericht enthält eine bewertende Literaturstudie. Der Bericht beschreibt experimentelle Methoden der Biophysik und theoretische Ansätze für die weitere Bearbeitung des Projekts.

Der Bericht liegt zum Download als PDF-Datei (2.254 KB) vor.

Im weiteren Projektverlauf wurden dielektrische Messungen an Elektrolytlösungen, an Modellmembransystemen sowie an Suspensionen verschiedener, vornehmlich menschlicher Zellen im Frequenzbereich von 100 MHz bis 40 GHz bei verschiedenen Konzentrationen und Temperaturen durchgeführt. Durch systematische Änderung von Temperatur und Konzentration und anschließender Datenanalyse, sowie durch Vergleich der Ergebnisse untereinander und mit entsprechenden Untersuchungen an reinem Wasser wurde nach zusätzlichen Relaxationsprozessen gesucht, welche auf besondere dielektrische Eigenschaften und damit verbundene, durch Einstrahlung hochfrequenter elektromagnetischer Felder möglicherweise aktivierbare Effekte auf zellulärer oder subzellulärer Ebene hindeuten und weiter zu analysieren wären (Einzelzelluntersuchungen, physikalisch-biologische Modellbildung).

Mit einer Ausnahme wurden keine Hinweise auf derartige Prozesse gefunden. Ergebnisse der Messungen an Vollblut und an Erythrozytensuspensionen mit unterschiedlichen Hämatokritwerten werden als Hinweise auf eine schwache zusätzliche Relaxation im Frequenzbereich um 3 GHz interpretiert. Der Grund für das Auftreten dieser Relaxation wird als unklar beschrieben und auch im Rahmen der begleitenden theoretischen Analyse keiner Modellvorstellung zugeordnet. Ungewöhnlich sei, dass die Relaxation bei steigender Temperatur langsamer werde, d.h. die mittleren charakteristischen Relaxationszeiten zunähmen. Da die Relaxationsstärke nicht mit den Hämatokritwerten korreliere, sei der mikroskopische Ursprung der Relaxation unklar.

Der Abschlussbericht liegt zum Download als PDF-Datei (5.734 KB) vor.

Fazit

Mit Ausnahme des Hinweises auf eine schwache zusätzliche Relaxation bei 3 GHz in Blut bzw. Erythrozytensuspensionen haben sich in diesem Vorhaben keine Ergebnisse ergeben, die auf besondere dielektrische Eigenschaften und damit möglicherweise verbundene Effekte auf subzellulärer Ebene hindeuten und weiter zu analysieren wären. Die Beschreibung gemessener, dielektrischer Spektren mittels Relaxationstermen ist in der Regel nicht eindeutig. Die für Blut bei Körpertemperatur angenommene Relaxationsstärke von 6 ist vergleichsweise gering und liegt nur wenig oberhalb der abgeschätzten Messgenauigkeit von ± 5 %. Hinsichtlich etwaiger Auswirkungen auf die makroskopische Größe Leitfähigkeit (in S/m) und somit auf das Absorptionsverhalten von Blut kann festgehalten werden, dass die bislang in der Dosimetrie verwendeten Daten des parametrischen Modells von Gabriel et. al über den im Rahmen dieses Projekts gemessenen Werten liegen und somit konservativ sind.

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