2023太赫茲醫(yī)學(xué)成像

2023太赫茲醫(yī)學(xué)成像

太赫茲（太赫茲=1012Hz）光譜學(xué)由于其獨特的功能，如活細(xì)胞的非

侵入性和無標(biāo)記鑒定和醫(yī)學(xué)成像，在生物醫(yī)學(xué)研究中顯示出巨大的潛力。

太赫茲（THz）醫(yī)學(xué)成像已在體外和體內(nèi)得到廣泛探索，并已證明有可能

成為補(bǔ)充現(xiàn)有醫(yī)療的獨特工具成像方法。太赫茲醫(yī)學(xué)成像在體內(nèi)的一個

根本限制是水對太赫茲的強(qiáng)烈吸收。已經(jīng)提出了一些智能納米粒子作為

成像造影劑，這提出了一種克服惡化的方法活體中的太赫茲成像對比度。

近年來，新型太赫茲成像方法的發(fā)展應(yīng)促進(jìn)體內(nèi)應(yīng)用，如太赫茲全息成像

和近場成像。太赫茲（THz）輻射在醫(yī)學(xué)成像中引起了相當(dāng)大的關(guān)注由于

其非電離和光譜指紋特征。迄今為止，大多數(shù)研究集中在體外和離體物

體上，因為體內(nèi)水過度吸收太赫茲波，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。

太赫茲輻射通常定義為電磁頻譜的0.1-10THz（3.33-333厘米）

-1波數(shù)，或波長為30-3000pm）,它位于電磁頻譜的微波和紅外區(qū)域

之間。在過去的十年中，已經(jīng)開發(fā)了眾多太赫茲源，探測器和透射或反射

技術(shù)來探索光子學(xué)和電子學(xué)之間的"太赫茲差距"。5并已廣泛應(yīng)用于化學(xué)、

材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、安檢等應(yīng)用6和溝通。太赫茲輻射具有適合生物醫(yī)

學(xué)研究的獨特性質(zhì)，特別是可以激發(fā)低頻分子振動，包括氫鍵、范德華或

其他非鍵相互作用。當(dāng)太赫茲輻射通過生物分子傳播時，每個生物分子在

太赫茲范圍內(nèi)產(chǎn)生其特征性的光譜振動特征。"太赫茲指紋"可用于基于太

赫茲光譜測量來識別和表征物體。同時，太赫茲成像在原位組織檢測中顯

示出區(qū)分正常組織和病理組織的關(guān)鍵優(yōu)勢。太赫茲光譜儀器和成像系統(tǒng)是

探測、分析和成像的必要條件。太赫茲光譜儀可以獲得樣品的振幅和相位

信息，可以轉(zhuǎn)換為光學(xué)參數(shù)，如折射率、消光系數(shù)等，方便研究光學(xué)性質(zhì)。

9現(xiàn)在，生物研究中普遍使用的太赫茲光譜主要有三種類型，包括傅里葉

變換光譜（FTSX光混合光譜儀和太赫茲時域光譜（THz-TDS\

傅里葉變換光譜

太赫茲共振光譜在過去受到限制，直到探索新的來源和探測器。最近，具

有更高光譜和空間分辨率的新型FTS已被用于亞太赫茲范圍10-25厘米）

的細(xì)菌細(xì)胞表征-1）作為研究分子共振最常用的技術(shù)，F(xiàn)TS具有極寬頻譜

覆蓋范圍的突出優(yōu)勢，通常從100GHz到5THz,盡管其信噪比（SNR）

相對較差。詳細(xì)的介紹可以在之前關(guān)于FTS的評論中找到。

.光混合光譜儀

混光光譜儀通常包含一個GaAs感光體，其上用兩個頻偏激光器對叉指金

屬電極進(jìn)行圖案化以產(chǎn)生連續(xù)波。典型光混合光譜儀的示意圖如圖所示該

系統(tǒng)包含兩個光混合器，分別作為發(fā)射器和接收器。光混合光譜儀的分辨

率為500MHz,具體取決于頻率步長，其動態(tài)范圍也很高，通常在70.80

THz左右為0-1dB,在40.50THz時為1-0dB。因此，可以直接在透射

光譜中觀察到不同的特征，而無需進(jìn)一步計算相關(guān)的光譜參數(shù)。雖然這種

技術(shù)需要很長的測量時間，但由于其巨大的頻譜密度和出色的頻率分辨率,

它被認(rèn)為是高精度、廉價且簡單易懂的。

太赫茲時域光譜系統(tǒng)

太赫茲-TDS使用寬帶太赫茲輻射的短脈沖，通常使用超快激光脈沖產(chǎn)生。

15通常,THz-TDS系統(tǒng)包含一個飛秒激光器，其補(bǔ)充速率接近100MHz,

以進(jìn)一步產(chǎn)生一系列100fs激光脈沖。在1s的積分時間內(nèi)，THz-TDS

系統(tǒng)的SNR在50到60THz之間的帶寬中介于2和5dB之間。采

集時間為1min時，典型THz-TDS系統(tǒng)的頻譜分辨率為50GHz0

當(dāng)脈沖序列被分束器分成泵浦光束時，會產(chǎn)生太赫茲輻射和用于門控探測

器的探測光束.可以獲得太赫茲電場，包括作為時間函數(shù)的振幅和相位信息。

因此，THz-TDS系統(tǒng)提供了時間分辨光譜分析，可以有效地抑制一些常見

的噪聲源。

3.太赫茲成像系統(tǒng)

最近，太赫茲成像系統(tǒng)由于可視化和高安全性的關(guān)鍵優(yōu)勢而迅速發(fā)展，特

別是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。這里將介紹兩種常見的太赫茲成像系統(tǒng)，包括太赫茲脈

沖成像（TPI）系統(tǒng)和連續(xù)波（CW）太赫茲成像系統(tǒng)。

3.1.太赫茲脈沖成像系統(tǒng)

TPI系統(tǒng)可以實現(xiàn)透射和反射模式下的成像。例如，TPI反射系統(tǒng)一般包

含飛秒脈沖激光器，18使用偏置的光電導(dǎo)天線操作以產(chǎn)生太赫茲脈沖，然

后將其收集、準(zhǔn)直并聚焦到樣品上。之后，收集反射和反向散射的太赫茲

脈沖并聚焦到無偏光導(dǎo)天線上，用于激光門控太赫茲檢測。與TPI反射系

統(tǒng)不同，太赫茲波穿透TPI透射系統(tǒng)中的樣品。在TPI反射檢測中，太赫

茲波形在樣品表面上的許多點上采集，并記錄為每個像素的光學(xué)時間延遲

的函數(shù)。因此，TPI系統(tǒng)可以提供三維信息：x軸和y軸分別描述垂直和

水平尺寸，z軸代表延時尺寸。18盡管TPI系統(tǒng)需要長時間的掃描，但它

可以在時域中記錄太赫茲波形，包括強(qiáng)度和相位信息，可用于獲取目標(biāo)的

更多詳細(xì)信息。

3.2.連續(xù)波太赫茲成像系統(tǒng)

CWTHz成像系統(tǒng)還可以實現(xiàn)透射和反射模式下的成像。這無花果。2乙

舉例說明了一個CWTHz反射成像系統(tǒng)該系統(tǒng)在感光體中將兩個CW激

光器進(jìn)行光混合。2兩個高于帶隙（可見光或近紅外）波長的混合會產(chǎn)生

跳動，可以調(diào)制太赫茲差分頻率下光電導(dǎo)開關(guān)的電導(dǎo)。此外，遠(yuǎn)紅外激光

也可以用作光源。21與CWTHz透射成像系統(tǒng)不同，CWTHz波在CW

THz反射成像系統(tǒng)中對樣品表面產(chǎn)生反射。22對于CW系統(tǒng)，由于源頻

譜較窄，有時只有強(qiáng)度信息有用，因此數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和后處理相對簡單，也使

其僅限于應(yīng)用。同時，僅通過激光二極管就可以驅(qū)動整個CW系統(tǒng)，因此

可以使其更加緊湊和便宜。

4.太赫茲光譜在細(xì)胞檢測中的應(yīng)用

快速準(zhǔn)確的檢測對于早期診斷、細(xì)胞活性監(jiān)測和人類保健極為重要?，F(xiàn)有

的細(xì)胞檢測方法主要依賴于標(biāo)記技術(shù)，如流式細(xì)胞術(shù)、熒光分子斷層掃描

和多光子顯微鏡，具有高靈敏度、高精度和選擇性。然而，這些方法不可

避免地需要化學(xué)或生物標(biāo)記，例如熒光團(tuán)或核素，這會直接影響活細(xì)胞的

生物活性和功能，從根本上將現(xiàn)有細(xì)胞檢測的能力限制在分子水平分辨率。

更重要的是，盡管包括各種光學(xué)、電化學(xué)和壓電技術(shù)在內(nèi)的無標(biāo)記電池檢

測方法已得到廣泛應(yīng)用，但潛在的輻射危害和有限的靈敏度仍然使它們引

起爭議?？傮w而言，生命科學(xué)迫切需要一種無標(biāo)記和非侵入性細(xì)胞活力進(jìn)

化的替代方法?；谛屡d儀器，高分辨率太赫茲光譜正在發(fā)展成為一種光

學(xué)、非侵入性、無標(biāo)記和無試劑的技術(shù)，可用于活細(xì)胞的檢測和鑒定。由

于其獨特的功能，太赫茲光譜在活細(xì)胞檢測

4.1.癌細(xì)胞的太赫茲光譜

自2010年以來，癌癥是最常見的死亡原因，也是全世界死亡的主要原因

之一。23對于癌癥治療，早期診斷和定期監(jiān)測是降低死亡率的有效方法。

最近，基于特征性癌癥譜線鑒定的太赫茲脈沖光譜法實現(xiàn)了早期癌細(xì)胞的

微小變化監(jiān)測。正常和患病組織細(xì)胞之間表觀光學(xué)性質(zhì)的區(qū)別在各個階段

的腫瘤鑒定中具有重要意義。此外，新型高光譜和空間分辨率的太赫茲光

譜系統(tǒng)在測量細(xì)胞單層微小變化方面的應(yīng)用得到了證明，實現(xiàn)了對癌細(xì)胞

的定量分析。重要的是，太赫茲系統(tǒng)在水合物狀態(tài)下在人類癌細(xì)胞中的應(yīng)

用已被廣泛報道?；罴?xì)胞中的水合狀態(tài)已被證明與各種細(xì)胞活動有關(guān)。與

正常細(xì)胞相比，癌細(xì)胞中的自由水更多，結(jié)合水更少。重要的是，細(xì)胞水

合作用程度隨著癌細(xì)胞惡性程度的增加而增加，這表明細(xì)胞內(nèi)水合作用可

能是致癌的主要因素。已經(jīng)解釋說，增加水合作用可以促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)過程的

加速，例如呼吸，這可以增強(qiáng)癌細(xì)胞使用營養(yǎng)物質(zhì)的競爭優(yōu)勢。在過去的

十年中，越來越多的證據(jù)表明太赫茲光譜在檢測癌細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)水合作用方

面具有優(yōu)勢。首先，細(xì)胞內(nèi)水分子的弛豫過程和分子間拉伸振動模式在皮

秒或亞皮秒范圍內(nèi)，與太赫茲波的范圍完全匹配。因此，已經(jīng)證明電池的

介電響應(yīng)可以通過太赫茲光譜。其次，太赫茲光譜可用于評估腫瘤細(xì)胞的

水合狀態(tài)，無需復(fù)雜的氫化/笊置換或低溫處理。第三，太赫茲波的電子能

量低，因此在測量腫瘤細(xì)胞的過程中不會造成明顯的損傷，可以觀察細(xì)胞

在生理條件下的水合狀態(tài)。第四，太赫茲時域衰減全反射(THzTD-ATR)

光譜可以克服太赫茲波在液相環(huán)境中的強(qiáng)吸收，適用于腫瘤細(xì)胞中游離水

含量的檢測。因此，太赫茲光譜非常適合通過信號特征識別癌細(xì)胞，實時

監(jiān)測微小的結(jié)構(gòu)變化，并通過研究腫瘤細(xì)胞中的細(xì)胞內(nèi)水動力學(xué)來了解腫

瘤細(xì)胞的活性。整個過程具有實時、快速、無標(biāo)記、無創(chuàng)等特點，有望開

發(fā)出新型臨床分析工具。

4.2.血細(xì)胞的太赫茲光譜

有關(guān)體內(nèi)必需物質(zhì)和廢物的定性和定量信息的血液常數(shù)可以促進(jìn)包括癌

癥在內(nèi)的多種疾病的早期診斷。然而，太赫茲光譜對特征血細(xì)胞的研究在

文獻(xiàn)中尚未廣泛發(fā)現(xiàn)。由于太赫茲輻射被水高度吸收，水是血液的主要成

分之一，血液的太赫茲光譜由水決定，沒有任何對臨床應(yīng)用有用的特定光

譜特征。事實上，在50-650厘米之間沒有發(fā)現(xiàn)血清和水之間的光譜差異.

盡管如此，研究人員進(jìn)一步研究了各種血細(xì)胞的光譜特征，試圖找到特定

類型生物細(xì)胞的某些特征。研究表明，不同的血細(xì)胞在太赫茲范圍內(nèi)具有

其光譜特征，并且可以在太赫茲信號和母細(xì)胞濃度之間獲得優(yōu)異的線性,

展示了一種對血細(xì)胞進(jìn)行定性和定量分析的新方法。同時，隨著太赫茲輻

射在臨床上應(yīng)用的興趣和前景日益濃厚，我們需要確保人體細(xì)胞中的能量

吸收不會對細(xì)胞造成損害。

4.3.細(xì)菌的太赫茲光譜

隨著太赫茲技術(shù)在細(xì)菌檢測中的應(yīng)用越來越多，主要結(jié)構(gòu)成分對整個細(xì)菌

或抱子特征的貢獻(xiàn)的研究已經(jīng)提出?；诩?xì)菌或泡子的小尺寸和低吸收系

數(shù)，太赫茲輻射可以在整個物體中傳播，使細(xì)菌成分有助于物體的太赫茲

特征。31隨后，在細(xì)菌、泡子和細(xì)菌成分方面進(jìn)行了廣泛的研究，以實現(xiàn)

對細(xì)菌的定性和定量分析。

細(xì)菌或泡子的光譜特征主要由細(xì)菌成分決定，如DNA、二毗咤酸（DPA）

和代謝物。特別是，細(xì)菌細(xì)胞和泡子的DNA對于它們的太赫茲特征可能

是必不可少的。一項研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽泡桿菌DNA和泡子揭示了太赫茲

光譜中的共同特征。32此外，基于大腸桿菌DNA和細(xì)胞在吸收光譜中的

明顯相似性，已經(jīng)清楚地證明了DNA對細(xì)胞整體光譜的顯著貢獻(xiàn)，并進(jìn)

一步歸因于DNA中氫鍵的強(qiáng)吸收。

還詳細(xì)研究了DPA的光譜特征。作為芽徇桿菌抱子的獨特成分，越來越

多的證據(jù)表明可以通過DPA檢測來檢測芽泡桿菌抱子。DPA在蘇云金芽

抱桿菌和球狀芽抱桿菌之間具有共同的光譜特征。具體而言，DPA粉體在

1.54THz處的明顯光譜特征與枯草芽抱子在1.538THz的特征峰一致。

同樣，對細(xì)胞內(nèi)代謝物的研究也表明，枯草芽泡桿菌細(xì)胞和細(xì)胞內(nèi)代謝物

在太赫茲范圍內(nèi)具有獨特的吸收特征，3這可能歸因于細(xì)胞內(nèi)代謝物中核

黃素的強(qiáng)烈吸收。35然而，盡管枯草芽泡子和細(xì)胞的吸收光譜密切相關(guān),

但由于胞子比營養(yǎng)細(xì)胞具有更緊湊的結(jié)構(gòu)，因此存在顯著特征。

細(xì)菌的光譜特征也得到了普遍的研究。使用布魯克FTIR光譜儀的初步研

究表明，透射光譜可以在1.7K的溫度下測量3cm-1和10厘米-1

用于歐文氏草本桿菌和枯草芽泡桿菌凍干細(xì)胞。此外，F(xiàn)TS的頻率范圍為

10-25cm-1足夠靈敏，可以揭示不同環(huán)境、不同類型細(xì)菌以及活細(xì)菌和

死細(xì)菌中生物細(xì)胞的特征光譜特征。372013年，構(gòu)建了高分辨率0.3GHz

亞太赫茲振動頻譜傳感器原型，使所需的樣品含量從毫克級到納克級。

此外，還實現(xiàn)了細(xì)菌的定性和定量分析，檢測限為104CFUML-1

通過太赫茲纖維通過太赫茲生物傳感器獲得，達(dá)到了現(xiàn)有檢測方法的靈敏

度。太赫茲等離子體天線還根據(jù)它們在太赫茲范圍內(nèi)的不同介電響應(yīng)實現(xiàn)

了對不同細(xì)菌的定量檢測。此外，使用太赫茲超材料.采用基于550pm高

電阻硅襯底SRR圖譜的太赫茲超材料對固相和液相細(xì)菌進(jìn)行高靈敏度檢

測。太赫茲生物傳感的另一個應(yīng)用是深入了解活細(xì)菌和死細(xì)菌之間的光譜

差異，這是由于細(xì)胞成分結(jié)構(gòu)的不可逆轉(zhuǎn)化的結(jié)果。

4.4.前瞻性意見

盡管在細(xì)胞和細(xì)菌的臨床檢測方面具有巨大的潛力，但太赫茲光譜仍處于

發(fā)展的早期階段。"光譜指紋數(shù)據(jù)庫”是識別未知物體的先決條件。但是，

建立一個能夠突破瓶頸的標(biāo)準(zhǔn)化檢測系統(tǒng)非常重要。另一方面，研究人員

很難解決從復(fù)雜背景中篩選目標(biāo)光譜指紋并消除干擾信號的問題。盡管現(xiàn)

有的傅里葉變換紅外光譜和太赫茲-TDS系統(tǒng)未能滿足要求，但太赫茲等

離子體天線和超材料可以在太赫茲范圍內(nèi)基于其不同的介電響應(yīng)來實現(xiàn)。

因此，建立高靈敏度、高特異性太赫茲傳感器將是太赫茲波用于細(xì)胞檢測

的未來發(fā)展方向。

轉(zhuǎn)至IJ：

5.太赫茲光譜和成像在組織中的應(yīng)用

5.1.組織的太赫茲光譜

隨著人們對開發(fā)太赫茲技術(shù)的興趣日益濃厚，它促進(jìn)了太赫茲光譜可

用于檢測和區(qū)分健康、脫水、燒傷和病理組織。由于在亞皮秒到皮攝農(nóng)的

水面上和生物分子的振動運動在同一時間尺度上操作的前所未有的能力,

太赫茲光譜允許對這些動態(tài)進(jìn)行時間分辨。止匕外，太赫茲光譜還允許測量

振幅和相位信息，這與組織的吸收系數(shù)和折射率直接相關(guān)。由于這些特點，

太赫茲光譜顯示出其在組織檢測方面的潛力。然而，新鮮組織的主要成分

是水，例如皮膚組織（按體積計為-70%），在太赫茲頻率（u一個=300厘

米-1,在1.5THz\42為了避免水的強(qiáng)光吸收效應(yīng)，已經(jīng)開發(fā)了不同的

組織制備方法，例如石蠟，冷凍和福爾馬林固定組織。最近，來自癌癥患

者的石蠟包埋組織似乎顯示出比健康組織更高的吸收系數(shù)和折射率.，此外,

還經(jīng)常測量快速冷凍組織以減少水的影響，大量數(shù)據(jù)顯示阿爾茨海默氏癥

患者的組織比正常組織表現(xiàn)出更少的吸收。同樣，對水的強(qiáng)光吸收只導(dǎo)致

幾毫米在生物組織中的滲透，因此太赫茲體內(nèi)光譜的應(yīng)用仍然停留在生物

組織的表面。同時，強(qiáng)吸水性也是有益的，因為它為軟組織造影提供了一

種靈敏的方法。在各種皮膚組織中可以顯示出顯著不同的吸收系數(shù)和折射

率，5具體而言，健康皮膚、發(fā)育不良痣和非發(fā)育不良痣的不同介電參數(shù)

清楚地表明了早期、無創(chuàng)診斷色素性皮膚痣的可能性。

5.2.組織的太赫茲成像

基于太赫茲透射的成像已被用于檢杳水、生物分子和生物組織的動力學(xué)。

與組織的太赫茲光譜類似，基于太赫茲透射的成像通常在凍干組織或薄組

織切片（WOpm）上進(jìn)行。47-49該方法的主要問題是受組織的水合水平

和形態(tài)的影響很大，降低了測量的準(zhǔn)確性。對于這些因素，反射幾何形狀

是生物組織的體內(nèi)和體外太赫茲測量的首選。

已經(jīng)開發(fā)了幾種基于反射的太赫茲成像系統(tǒng)，用于生物組織的非侵入性檢

測，廣泛用于比較含水量變化，診斷特定類型的癌癥以及評估燒傷組織的

深度和嚴(yán)重程度。由于血管或水腫增加，癌組織或其他病變組織可能含有

更高的含水量，因此太赫茲成像已顯示出區(qū)分組織類型的潛力。同時，通

過TPI反射系統(tǒng)區(qū)分了大鼠組織之間的不同健康器官。此外，最近的一項

模擬研究發(fā)現(xiàn)，InN增強(qiáng)太赫茲成像能夠根據(jù)微小的含水量變化對早期皮

膚癌進(jìn)行超高靈敏度診斷。50

使用太赫茲成像系統(tǒng)也清楚地解析了血管和角膜組織的含水量，有望在體

內(nèi)長期監(jiān)測血液變化和定量測量角膜組織含水量。此外，福爾馬林固定后

各種組織之間的差異仍然顯著，這表明這種差異不僅是由于含水量的變化,

而且是由于結(jié)構(gòu)的變化。此外，基于較高的太赫茲反射強(qiáng)度，新鮮的人早

期胃癌組織已與正常粘膜區(qū)分開來，與病理圖像非常吻合，但印戒細(xì)胞癌）.

值得注意的是，使用CWTHz數(shù)字在線全息術(shù)在吸收和相移分布（無花果。

5乙）.55更重要的是，通過拒絕菲涅耳反射而沒有來自玻璃-空氣界面的樣

品信息，非黑色素瘤皮膚癌的交叉偏振太赫茲圖像清楚地顯示了腫瘤的大

致位置。由于穿透深度有限，太赫茲體內(nèi)成像主要應(yīng)用于表皮組織，并取

得了多項有意義的突破。均勻地，吸水率在塑造人體皮膚層模型中的可變

角度橢圓偏振法或偏振反射計太赫茲光譜中起著主導(dǎo)作用。57,58實驗上，

通過太赫茲體內(nèi)成像清楚地觀察到大鼠皮膚燒傷中反射信號的動態(tài)變化，

這滿足了皮膚燒傷評估的迫切需求。50更重要的是，它有可能將太赫茲成

像整合到常規(guī)內(nèi)窺鏡系統(tǒng)中，從而推動太赫茲技術(shù)在臨床應(yīng)用的發(fā)展。59

目前，該假說已依次通過四道程序進(jìn)行，顯示了結(jié)直腸癌的敏感篩查。對

于組織檢測，太赫茲成像具有巨大的臨床應(yīng)用潛力，與傳統(tǒng)成像方法（如

X射線掃描、磁共振成像（MRI）等相比，其關(guān)鍵優(yōu)勢是沒有輻射危害。

此外，對于淺表腫瘤，太赫茲成像的穿透深度比MRI更匹配，具有實時、

無損和可視化的臨床成像檢測能力，可以與太赫茲光譜或內(nèi)窺鏡系統(tǒng)相結(jié)

合。盡管取得了這些令人印象深刻的突破，但太赫茲技術(shù)在組織檢測方面

仍然存在一些固有的局限性，其中最嚴(yán)重的是處理和保存樣品的形式化標(biāo)

準(zhǔn)不完善。

太赫茲技術(shù)應(yīng)用的生物安全性

隨著太赫茲技術(shù)的快速發(fā)展，研究太赫茲輻射的生物效應(yīng)在器官、組

織、細(xì)胞和生物分子的水平上變得越來越重要。在生物體水平上，太赫茲

輻射可以引起多種影響，但它會帶來輕微的潛在健康危害。太赫茲輻射能

否威脅生物安全尚無定論。根據(jù)本研究，太赫茲輻射的生物效應(yīng)取決于輻

照參數(shù)，包括頻率、功率和時間等，以及生物目標(biāo)的類型。特別值得關(guān)注

的是，高功率密度下的太赫茲輻射會引起熱效應(yīng)，這對于充分理解生物效

應(yīng)至關(guān)重要。雖然典型太赫茲實驗室常用的太赫茲脈沖太低，不會造成嚴(yán)

重影響，但妥善保護(hù)實驗人員的安全是非常必要的。盡管太赫茲技術(shù)在生

物醫(yī)學(xué)研究中顯示出巨大的潛力，但在該技術(shù)能夠廣泛應(yīng)用于臨床之前,

仍有一些挑戰(zhàn)需要解決。首先，太赫茲波的檢測靈敏度不能滿足活細(xì)胞檢

測的特殊要求，因為物理衍射極限和太赫茲波長(0.03-3mm)大于活細(xì)

胞檢測的微米甚至納米級分辨率。因此，如何突破衍射極限，提高檢測靈

敏度始終是太赫茲技術(shù)在生物檢測中面臨的技術(shù)瓶頸。其次，太赫茲波檢

測的特異性受到檢測環(huán)境條件復(fù)雜性的限制。生物樣本中往往含有不同的

活細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)外都有大量的大分子，總能產(chǎn)生一些嚴(yán)重的信號干擾，導(dǎo)

致信號干擷口目標(biāo)的湮滅。因