姚建铨院士：生物医学亟待填补“太赫兹空隙”

姚建铨

■本报记者甘晓

近年来，频率介于红外和微波之间的太赫兹波以其独特的优势逐渐成为材料结构探测、安全检测和通信领域的研究热点。

在日前召开的香山科学大会第488次研讨会上，中国科学院院士姚建铨指出:“要加强太赫兹波领域物理、生物、医学和材料科学的交叉融合，促进太赫兹波在生物医学领域的研究和应用。”

由于技术和材料的限制，在20世纪80年代之前，科学家很难获得频率在0.1至10兆赫兹之间的电磁波，即兆赫兹波。电磁波谱的研究和应用曾出现过“太赫兹间隙”。

随着科学技术的发展，科学家们在太赫兹波的产生、传输和探测方面逐渐取得了显著的成就，太赫兹的空白也逐渐被填补。

长期致力于光学研究的姚建铨告诉《中国科学》，“太赫兹波的特殊优势表明，它的应用可能会给生物医学带来革命性的变化。”

首先，太赫兹波具有类似于x光的穿透能力，但其光子能量小，不会引起生物组织的光离子化。因此，太赫兹波具有生物医学成像安全性高的优点。

其次，由于许多生物大分子的相互作用能级正好落在太赫兹波段，所以在该波段可以表现出很强的吸收和共振。“这使得太赫兹光谱能够包含大分子内部的重要信息，而这些信息是其他电磁波片段无法检测到的。”姚建铨说。特别是，太赫兹波对生物水分极其敏感，可以成为研究生物水分分布的重要手段。

另外，太赫兹波具有信噪比、稳定性、相干性等特点。这是其他电磁波无法比拟的。因此，姚建铨认为，在微观领域，太赫兹波技术将为解释生物大分子和细胞之间的相互作用规律提供新的科学方法。在宏观层面，该技术将对疾病诊断、治疗、评估、监测和预警以及随后的药物研发带来革命性的影响。

科学家已经证实，太赫兹波可以用于快速确定病理性质，如乳腺癌、皮肤癌、结肠癌和肝癌。

目前，国际太赫兹生物医学研究已正式启动，欧盟于2000年建立了国际联合项目“太赫兹桥梁”。2005年，欧洲启动了一个新的国际合作项目，包括意大利、德国和以色列等六个国家的研究机构。如今，韩国首尔大学、美国弗吉尼亚大学和加州理工学院等研究机构也相继建立了生物太赫兹研究中心。

在中国，中国工程物理研究所和第三军医大学西南医院于2011年建立了“生物医学与工程物理交叉实验室”，以太赫兹生物应用研究为主要研究方向。2012年，中国工程物理研究所建立的太赫兹研究中心也包括生物医学研究。

太赫兹生物医学研究已经成为国际生命科学研究的热点。姚建铨指出，亟待解决的科学问题包括太赫兹波与生物大分子的相互作用及其机理、特定组织和细胞对太赫兹波的生物效应以及太赫兹在生物医学应用中的关键技术和仪器设备。

姚建铨说:“相关领域的科学家应加强交叉学科的整合和联合研究，以实现该领域的实质性突破。”

中国科学新闻(2014-05-08，第一版集锦)