1. dia

Medizinische Biophysik
e) Schwächungsgesetz:
8. Vorlesung
𝐽 = 𝐽0 ∙ 𝑒 −𝜇𝑥
Licht in der Medizin.
Linearer Schwächungskoeffizient (m),
Maßeinheit: 1/m
VI. Wechselwirkungen des Lichts mit der Materie
3. Absorption
(enthält den linearen Absorptions- und
Streuungskoeffizienten)
6. Biologische Wirkungen des Lichtes
……
e) Schwächungsgesetz
f) Anwendungen (Absorptionsspektrometrie,
Lambert-Beer-Gesetz)
g) Aufbau eines Spektrophotometers
4. Transmission
a) spektraler Transmissionskoeffizient (Transmittanz)
Schwächung =
a) Molekularer Mechanismus
b) Zielorgane:
Absorption + Streuung
c) Schädigungen
Intensität, J
J0
J0/2
J0/e
d) UV-Quellen: Sonne (Rolle der Ozonschicht),
UV-Lampen
D d
e) UV-Dosimetrie (physikalische Dosis, biologisch
wirksame Dosis)
Halbwertsdicke
b) Transmissionsspektrum:
Schichtdicke, x
Eindringtiefe
Halbwertsdicke (D): 𝐷 =
c) Eine zahnmedizinische Anwendung:
ln 2
𝜇
Eindringtiefe (d): 𝛿 =
1
𝜇
Gilt allgemein für elektromagnetische Str., b-Str., mechanische Str., siehe später!
5. Wechselwirkungen bezüglich der Polarisation des Lichtes
a) lineare Polarisation des Lichtes:
 (dekadische) Extinktion (E) = optische Dichte (OD):
b) optische Aktivität:
c) Drehung der Polarisationsebene durch geordnete Strukturen
1
𝐸 = lg
𝐽0
𝐽
Oft spricht man über Absorbanz auch dann, wenn die Streuung nicht vernachlässigbar ist,
wenn man also Extinktion sagen müsste:
Absorbanz = (dekadische) Extinktion (E) = optische Dichte (OD)
2
f) Anwendung: Absorptionsspektrometrie
─ Untersuchung von biologischen Makromoleküle
─ Konzentrationsbestimmung
• Lambert-Beer-Gesetz
(für dünne Lösungen)
 molarer Extinktionskoeffizient (e), Maßeinheit: 1/(cm·mol/l)
3
4
1
Pulsoxymetrie
4. Transmission
a) spektraler Transmissionskoeffizient t (l):
(Transmittanz)
transparent
𝜏(𝜆) =
𝐽durchgelassen (𝜆)
𝐽einfallend (𝜆)
opak
t 1
t 0
durchsichtig
undurchsichtig
Al2O3
transluzent
g) Aufbau eines Spektrophotometers:
0 t 1
halbdurchsichtig
𝜌 𝜆 +𝜎 𝜆 +𝛼 𝜆 +𝜏 𝜆 = 1
5
b) Transmissionsspektrum:
6
c) Eine zahnmedizinische Anwendung:
t vs. l
DIFOTI® (Digital Imaging Fiber-Optic Trans-Illumination)
Al2O3
Al2O3(Cr3+)
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8
2
Zusammenfassung der für die Charakterisierung der
Wechselwirkungen eingeführten Größen
5. Wechselwirkungen bezüglich der Polarisation des Lichtes
a) lineare Polarisation des Lichtes:
Erscheinungen: Reflexion, Streuung, Absorption, Schwächung (=Streuung+Absorption), Transmission
Intensitätswerte:
Jein , Jreflektiert , J0 (= Jein − Jreflektiert), Jgestreut , Jabsorbiert , Jdurchgelassen
(spektrale) Koeffizienten:

(spektraler) Reflexionskoeffizient (Reflektanz, Reflexionsgrad) r(l)

(spektraler) Streuungskoeffizient s (l)


(spektraler) Absorptionskoeffizient a (l)
(spektraler) Transmissionskoeffizient (Transmittanz)t (l)
Spiegel
(Reflexion)

linearer Absorptionskoeffizient (a), Maßeinheit: 1/m

Absorbanz (A), Maßeinheit: keine (dimensionslos)

linearer Schwächungskoeffizient (m), Maßeinheit: 1/m

(dekadische) Extinktion (E) = optische Dichte (OD),
Oft auch als
Maßeinheit: keine (dimensionslos)
Absorbanz genannt.
molarer Extinktionskoeffizient (e), Maßeinheit: 1/(cm·mol/l)
Polarisationsfilter
(Absorption)
aB = Brewster-Winkel (aB = arctan(n2/n1))


Halbwertsdicke (D), Maßeinheit: m

Eindringtiefe (d), Maßeinheit: m
unpolarisiert
polarisiert
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b) optische Aktivität: Drehung der Schwingungsebene
chirale Moleküle
des linear polarisierten Lichtes
Drehwinkel (°)
Konzentration
(g/cm3)
Länge der
Küvette (dm)
a  a  20
D c l
ohne Polarisator
mit Polarisator
Drehwert, Drehvermögen (spez. Drehung)
(°·cm3/(g·dm)) bezogen auf 20°C und aud die D-Linie von Na
 Anwendung: Polarimetrie - Konzentrationsbestimmung
Aufbau eines Polarimeters:
ohne Polarisator
ohne Polarisator
mit Polarisator
mit Polarisator
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12
3
Untersuchung der Spannungsverteilung
c) Drehung der Polarisationsebene durch geordnete Strukturen
Anwendung: LCD (liquid crystal display - Flüssigkristallbildschirm)
Polariskop:
Grundprinzip: elektro-optische Erscheinung
unpolarisiertes
Licht
Objekt
Polarisator
Lichtquelle
Analysator
1. Polarisator
Spannungsoptik:
Orientierungsfläche
gedrehte
nematishe
Struktur
Flüssigkristallmoleküle
Steuerspannung
Orientierungsfläche
2. Polarisator
Lichtaustritt
(durchsichtig)
kein
Lichtaustritt
(undurchsichtig)
Spannungsverteilung
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6. Biologische Wirkungen des Lichtes
a) Molekularer Mechanismus
Absorption  Anregung/Ionisation  photochemische Reaktionen  biologische Wirkung
direkt
indirekt
Wasserradikale,
Sauerstoffradikale
Dimerisation
Thymin
Thymindimer
UVB UVC
Chromophormoleküle: DNA, Proteine, Melanin
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16
4
Wellenlänge
400
400
800
800
VIS
UV
UVC 100 – 280
UVB 280 – 315 !
UVA 315– 400
Inaktivierung von E. coli
IR
Wellenlänge (nm)
Frequenz
Relative Absorbanz
Wirkungsquerschnitt (cm 2/J)
c l f
 Lichtbereiche (Ergänzung)
Hämoglobin
b-Karotin
Melanin
DNA:
Photonenenergie
Wellenlänge (nm)
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18
c) Schädigungen
b) Zielorgane:
nm
 Haut
Epidermis
Photokeratitis
Konjunktivitis
Corium
Erythem
Karzinogenese
Pigmentbildung
Katarakt
Sehen
Subcutis
Verbrennung
der Retina
Verbrennung
der Haut
 Auge
Netzhaut
Linse
Hornhaut
Katarakt
nm
Verbrennung
der
Hornhaut
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20
5
Rolle der Ozon(O3)-Schicht:
d) UV-Quellen
a (l )
 Sonne
Janusgesicht der Sonne:
Hautver brennu ng
Alterung der Haut
Hautkrebs
Sensibilisierung
gegen Licht
Immunosuppresion
Photoallergie
Phototoxizitä t
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Mutationen
22
 UV-Lampen
Hausaufgaben:

Neue Aufgabensammlung
2.73-82
6.5-7
9.1-2
e) UV-Dosimetrie
 physikalische Dosis (D):
𝐷 =𝐸∙𝑡
Bestrahlungsstärke
(W/m2)
J
m2
Bestrahlungszeit
(s)
 biologisch wirksame Dosis (H):
𝐻 = 𝐷∙𝑆 = 𝐸∙𝑡∙𝑆
Wirkungsquerschnitt
(Empfindlichkeit) (m2/J)
Wirkungsquerschnitt (s oder S): 𝑆 =
1
𝐷min
m2
J
(Dmin)
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24
6