河北
生物光子学是一个多学科领域，涵盖利用光技术进行研发与应用，以研究、监测和治疗生物系统。过去一个世纪里，直接给细胞和分子成像的本事带来了不少根本性的发现。近年来，电磁波谱中的太赫兹（THz）区域作为推进生物学研究的一个有前景的前沿领域，越来越受到关注。
太赫兹频率跟好几种基本生物过程都有关系。尽管太赫兹辐射会被水强烈吸收——传统上这被视为一个局限——但正因为这样，它能灵敏地测出水合状态和水分含量。跟可见光一比，太赫兹波还能更好地穿透某些生物组织。
然而，尽管取得了稳步进展，太赫兹生物光子学在直接观察细胞和分子动力学方面仍落后于基于可见光的技术。这主要是因为有几个难题，比如空间分辨率不够高（因为太赫兹波长较长）、对水太敏感，测起来很麻烦、成像速度慢，设备又大又笨重。幸运的是，近期的发展表明未来潜力巨大。
为了展示这些突破，日本早稻田大学信息生产系统研究科的副教授芹田和则，与日本冈山大学跨学科科学研究所的特聘教授殿内雅义合作，共同发表了一篇综述，总结了目前为解决这些限制、推动太赫兹生物光子学应用所做的努力。该研究于2026年5月28日发表在《物理光子学杂志》上。
芹田指出：“太赫兹生物光子学是下一代生物医学技术中一个很有意思的研究领域。目前太赫兹生物医学应用只限于少数几个专业领域，还有很多技术上的限制。新兴太赫兹技术的最新发展极大地增强了克服这些技术限制的潜力。”
在他们的综述中，研究人员先讲了讲太赫兹辐射如何与生物过程相互作用，重点提到了几个关键优势，比如对分子指纹光谱很敏感，还能做到非侵入、无损伤、不用标记的测量。他们还提到了水对电磁波的强介电色散和吸收特性。
接下来，他们梳理了关键太赫兹技术的发展历程，包括太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术的演进，以及可用于探测复杂微小生物样本的太赫兹超材料生物传感器的问世。
综述重点讨论了有望率先落地的应用领域。例如，太赫兹成像因其对组织成分的敏感性，在皮肤癌诊断中正逐渐受到重视，并正逐步迈向临床试验阶段。伤口评估也是太赫兹成像应用日益增多的领域。乳腺癌切缘评估同样是太赫兹技术具有实际临床应用潜力的关键领域，有望简化现有诊疗流程。该综述还重点介绍了太赫兹技术在新药研发和药物分析中的应用。
除上述领域外，该综述还梳理了新兴研究方向，如单细胞太赫兹成像、分子尺度太赫兹研究、内部器官（如胃肠道和呼吸系统）的诊断，以及基于太赫兹的血液分析。此外，它还强调了未来有望在生理条件下对细胞和分子进行太赫兹观测的技术，包括Serita及其同事最近开发的“点太赫兹源”技术。
“太赫兹测量技术不光对医学有好处，还能用在好多行业里，比如药物研发、食品检测、环境监测、半导体检测还有生物技术，”芹田表示。
最后，研究人员聊到了未来研究的主要方向，包括找出生物样本里太赫兹成像对比度的具体原因，以及加深对水的运动规律的理解，让结果更靠谱。
“我们的研究给新方法指明了方向，有望帮太赫兹生物光子学从实验室里的验证，一步步变成真正用到医学上的技术，”芹田总结道。
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