近年來(lái)，頻率介于紅外線與微波之間的“太赫茲波”由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為物質(zhì)結(jié)構(gòu)探索、安全檢查和通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
在日前舉行的香山科學(xué)會(huì)議第488次討論會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士姚建銓指出：“應(yīng)加強(qiáng)太赫茲波領(lǐng)域中物理、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及材料學(xué)等學(xué)科的交叉融合，以推進(jìn)太赫茲波在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用。”
由于技術(shù)與材料所限，在上世紀(jì)80年代以前，科學(xué)家一直難以獲得頻率在0.1到10太赫茲之間的電磁波，即太赫茲波。電磁波譜的研究與應(yīng)用一度呈現(xiàn)出“太赫茲空隙”。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)家逐漸在太赫茲波的產(chǎn)生、傳輸和檢測(cè)等方面取得了令人矚目的成績(jī)，“太赫茲空隙”也逐漸得到填補(bǔ)。
長(zhǎng)期致力于光學(xué)研究的姚建銓告訴筆者：“太赫茲波具有的特殊優(yōu)勢(shì)提示我們，其應(yīng)用可能為生物醫(yī)學(xué)帶來(lái)革命性的變革。”
首先，太赫茲波具有類似X射線的穿透能力，但其光子能量小，不會(huì)引起生物組織的光離化。因此，太赫茲波用于生物醫(yī)學(xué)成像具有安全較高的優(yōu)點(diǎn)。
姚建銓院士
其次，由于許多生物大分子相互作用的能級(jí)正好落在太赫茲波段，在這一波段能夠表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸收和諧振。“這使太赫茲光譜能包含其他電磁波段無(wú)法探測(cè)到的大分子內(nèi)部的重要信息。”姚建銓說(shuō)。特別是太赫茲波對(duì)生物含水量極為敏感的特點(diǎn)，能夠成為生物體水分布研究的重要手段。
此外，太赫茲波還有信噪比、穩(wěn)定性、相干性等具有其他電磁波無(wú)法比擬的特點(diǎn)。因此，姚建銓認(rèn)為，在微觀領(lǐng)域，太赫茲波技術(shù)將提供新的科學(xué)方法，以解釋生物大分子之間、細(xì)胞之間的相互作用物質(zhì)規(guī)律；在宏觀層面，該技術(shù)則將為疾病診斷、治療、評(píng)估、監(jiān)測(cè)和預(yù)警以及后續(xù)藥物的研發(fā)生產(chǎn)帶來(lái)革命性的沖擊。
科學(xué)家已經(jīng)證實(shí)，太赫茲波在乳腺癌、皮膚癌、結(jié)腸癌和肝癌等病理學(xué)性質(zhì)上能夠進(jìn)行快速判定。
目前，國(guó)際上太赫茲生物醫(yī)學(xué)研究隨著歐盟2000年設(shè)立的國(guó)際聯(lián)合項(xiàng)目“THz－Bridge”正式拉開(kāi)了序幕。2005年，歐洲又啟動(dòng)了新的國(guó)際合作項(xiàng)目，包括來(lái)自意大利、德國(guó)、以色列等6個(gè)國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)參與了這一項(xiàng)目。如今，韓國(guó)首爾大學(xué)、美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)、加州理工大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)也相繼成立了生物太赫茲研究中心。
在我國(guó)，中國(guó)工程物理研究院與第三軍醫(yī)大學(xué)西南醫(yī)院于2011年建立“生物醫(yī)學(xué)和工程物理交叉實(shí)驗(yàn)室”，將太赫茲生物應(yīng)用研究列為主要研究方向。2012年，中國(guó)工程物理研究院成立的太赫茲研究中心也包含了生物醫(yī)學(xué)研究。
太赫茲生物醫(yī)學(xué)研究已成為國(guó)際生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。姚建銓指出，亟待突破的科學(xué)問(wèn)題包括，太赫茲波與生物大分子相互作用及機(jī)理，特定組織和細(xì)胞對(duì)太赫茲波作用的生物效應(yīng)以及生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的太赫茲關(guān)鍵技術(shù)和儀器設(shè)備等。
姚建銓說(shuō)：“相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家應(yīng)加強(qiáng)學(xué)科交叉融合、聯(lián)合攻關(guān)，力爭(zhēng)在這一領(lǐng)域取得實(shí)質(zhì)性突破。”
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