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姚建銓:生物醫(yī)學(xué)亟待*“太赫茲空隙”

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                     姚建銓:生物醫(yī)學(xué)亟待*“太赫茲空隙”

   近年來,頻率介于紅外線與微波之間的“太赫茲波”由于其*的優(yōu)點,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。

  在日前舉行的香山科學(xué)會議第488次討論會上,*院士姚建銓指出:“應(yīng)加強太赫茲波領(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、傳輸和檢測等方面取得了令人矚目的成績,“太赫茲空隙”也逐漸得到*。

  *致力于光學(xué)研究的姚建銓告訴《中國科學(xué)報》記者:“太赫茲波具有的特殊優(yōu)勢提示我們,其應(yīng)用可能為生物醫(yī)學(xué)帶來革命性的變革。”

  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。

  其次,由于許多生物大分子相互作用的能級正好落在太赫茲波段,在這一波段能夠表現(xiàn)出較強的吸收和諧振。“這使太赫茲光譜能包含其他電磁波段無法探測到的大分子內(nèi)部的重要信息。”姚建銓說。特別是太赫茲波對生物含水量極為敏感的特點,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*的特點。因此,姚建銓認為,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、評估、監(jiān)測和預(yù)警以及后續(xù)藥物的研發(fā)生產(chǎn)帶來革命性的沖擊。

  科學(xué)家已經(jīng)證實,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)上能夠進行快速判定。

  目前,上太赫茲生物醫(yī)學(xué)研究隨著歐盟2000年設(shè)立的聯(lián)合項目“THz-Bridge”正式拉開了序幕。2005年,歐洲又啟動了新的合作項目,包括來自意大利、德國、以色列等6個國家的研究機構(gòu)參與了這一項目。如今,韓國首爾大學(xué)、美國弗吉尼亞大學(xué)、加州理工大學(xué)等研究機構(gòu)也相繼成立了生物太赫茲研究中心。

  在我國,中國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)和工程物理交叉實驗室”,將太赫茲生物應(yīng)用研究列為主要研究方向。2012年,中國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)研究已成為生命科學(xué)研究的熱點。姚建銓指出,亟待突破的科學(xué)問題包括,太赫茲波與生物大分子相互作用及機理,特定組織和細胞對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:“相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家應(yīng)加強學(xué)科交叉融合、聯(lián)合攻關(guān),力爭在這一領(lǐng)域取得實質(zhì)性突破。”

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