.74. 回际检验医举克志2018年1月第39卷第1期nt J Lab Med,lamary28.Vdl.39.a ·综 述 太赫兹技术在生物医学应用中的安全性探讨 毛莉，刘羽，田晖艳，杨柯统述，张阳▲，府伟灵△审材 (陆军军医大学第一册属医院检验科，重庆400038) 与一上军甜的去罗啡干米轩去梦翠郭￥·半女+： 优势】 无标记的，非 此同时 得越发紧 该文重点结了太赫兹辐射在生物体、生物组织，胞和生物分子层次的生物学效应，对比总 了太赫不同频率，强度、时问条件下的生物学效应，并讨论了为加快太赫兹技术的临床应用所面临的桃战及 木来努力的策略 关键词：太林兼辐射：生物医学应用：生物学效应 D01:10.3969/j.issn.1673-4130.2018.01.020 中图法分类号：R331 文章编号：1673-4130(2018)01-0074-03 文献标识码：A 在生物医学领域研究分析领域，光谱学一直发挥 映生物物质信息：(2)THz波能够检测低频分子振动 着重要作用。毫无疑问，太赫兹 光谱因其无标 的 键，范德华 打和 (或)其他非键合相互作用， 非侵入的独特优势，为生物医学提供了全新的检测手 每种生物分子均可产生特异的振动特征，即“TH2扑 段，特别是在生物分子结构和动力学特性方面蕴含有 文”：(3)脂质、核酸、蛋白质和糖类等生物大分子的 巨大的潜力。然而，太赫兹辐射的安全性问题尚未进 极子旋转及骨架振动频蒂恰好处于TH2波段范伟 行系统的研究。木文谈论了不同顿率、强度、时间条 内，故此玻段能多检测到其他申磁被段无法获得的生 件下的太赫兹细射在生物体、生物组织，细胞和生物 物大分子组成、结构和功能等信息)：(4)THz波对极 分子层次的生物学效应，台在加快太赫兹技术在临床 性分子极为敏感，加生物中的自由水，故可以通过检 中的应用 测生物体内自由水的状态来监测生物体的生命活对 太赫兹技术及其生物医学应用 和判断生物体 状 (5)TH 太兹光谱技术 的脉宽 太赫兹(THz)波为频率 皮秒级，而生物分 子内水分 子的豫过程和分 范围在0.1~10THz或波数为3.33 宿振动模式处于皮秒或亚皮抄范内，因此可以在 长为0.03~3mm的电磁波。因其在电磁波谱上位 同的时间尺度上对生物体进行瞬态光谱分析， 次 于红外线和微波之间，正是宏观电子学向微观光子学 量便可获得大量的介电响应信息，且检测过程简单 时游的风域，所以赋子THz辐射独特的性能并在科 快捷 学研究及应用上具有十分重要的价值。尽管其概念 1.3太赫兹技术在生物医学中的应用 折年整 早在20世纪70年代就被提出.但由于TH2波的产 THz技术在生物医学领域的应用已取得了突飞猛讲 传输和检测技术的不成熟， 度被 、太赫刻 电 谱上的“ TH 空 自20 世纪 胞组织检测 生物成 ,随着材料学、光学等学科技术的不断发展，不仅但 检测等诸多领域，并逐步成为研究的焦点和热点。 空隙得到丁补充，向且带米了1z术的《 赫兹波能够用来研究生物大分子间的弱作用力[包扫 发展，已被广泛应用于生物学、医学、农学、国防安全 氢键，范德华力和（或）其他非键合相互作用]，可在 及通信等)，开启了THz研究的热潮，展示了其 子层面上为疾病的诊疗提供良好的信恩反馈，而实 园日光明的发展前景 动态观察多种生物大分子，可进一步深层次地揭示细 1.2太赫兹光谱在生物检测中的独特优势相对于 胞在疾病过程中的病理生理反应，同时，生物组织都 红外光谱、X射线、MRI等传统光谱分析技术，TH2 是以细胞为基本组成单位，整个机体的新陈代谢活动 术在生物学上的 泛应用主 是由 备以下独 特倪势：)T 波 光于能 量非常小(1 来了从分子 次揭示利 高层次 细 mV),可观察到近似生理状态下的生物状态，真实反 组织及有机体)生命本质和规律的新方法。另一方 表基金项目：国家重点基础研究发展计划(2015CB755400):国家自然科学基金里点项目(81430054) 共同第一作者：▲通信作者，Em1.m001@163.0m 共同通信作者，2ml.fw@tmu.L.n 本文引用格式：毛莉，刘别，田晖艳，等，太赫载技术在生物庆学应用中的安全性探讨[山门.国际检验供学杂志，2018,39(1》：74-76 9-018China Academie Joumal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.ne
·综 述· 太赫兹技术在生物医学应用中的安全性探讨＊ 毛 莉，刘 羽＃ ，田晖艳，杨 柯 综述，张 阳▲ ，府伟灵△ 审校 （陆军军医大学第一附属医院检验科，重庆 ４０００３８） 摘 要：近十年来，太赫兹科学技术在生物医学领域得到了蓬勃发展和广泛应用。太赫兹技术因其独特的 优势，为生物医学研究带来一种全新的、无标记的、非侵入的检测方法。与此同时，太赫兹辐射的安全性问题变 得越发紧迫。该文重点总结了太赫兹辐射在生物体、生物组织、细胞和生物分子层次的生物学效应，对比总结 了太赫兹不同频率、强度、时间条件下的生物学效应，并讨论了为加快太赫兹技术的临床应用所面临的挑战及 未来努力的策略。 关键词：太赫兹辐射； 生物医学应用； 生物学效应 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－４１３０．２０１８．０１．０２０ 中图法分类号：Ｒ３３１ 文章编号：１６７３－４１３０（２０１８）０１－００７４－０３ 文献标识码：Ａ 在生物医学领域研究分析领域，光谱学一直发挥 着重要作用。毫 无 疑 问，太 赫 兹 光 谱 因 其 无 标 记 的、 非侵入的独特优势，为生物医学提供了全新的检测手 段，特别是在生物分子结构和动力学特性方面蕴含着 巨大的潜力。然而，太赫兹辐射的安全性问题尚未进 行系统的研 究。本 文 谈 论 了 不 同 频 率、强 度、时 间 条 件下的太赫兹 辐 射 在 生 物 体、生 物 组 织、细 胞 和 生 物 分子层次的生物学效应，旨在加快太赫兹技术在临床 中的应用。 １ 太赫兹技术及其生物医学应用 １．１ 太赫兹光谱技术概述 太赫兹（ＴＨｚ）波为频率 范围在０．１～１０ＴＨｚ或波 数 为３．３３～３３３／ｃｍ，或波 长为０．０３～３ｍｍ 的电磁波［１］。因其在电磁波谱上位 于红外线和微波之间，正是宏观电子学向微观光子学 过渡的区域，所 以 赋 予 ＴＨｚ辐射独特的性能并在科 学研究及应用上具有十分重要的价值。尽 管 其 概 念 早在２０世纪７０年代 就 被 提 出，但 由 于 ＴＨｚ波的 产 生、传输和检测 技 术 的 不 成 熟，这一波段一度被称为 电磁波谱上的“ＴＨｚ空隙”［２］。自２０世纪８０年来 以 来，随着材料学、光学等学科技术的不断发展，不仅使 这一空隙得到 了 补 充，而 且 带 来 了 ＴＨｚ技术 的 飞 速 发展，已被广泛 应 用 于 生 物 学、医 学、农 学、国 防 安 全 及通信等［３－４］，开启 了 ＴＨｚ研究 的 热 潮，展 示 了 其 广 阔且光明的发展前景。 １．２ 太赫兹光谱在生物检测中的独特优势 相对于 红外光 谱、Ｘ 射 线、ＭＲＩ等传 统 光 谱 分 析 技 术，ＴＨｚ 技术在生物学 上 的 广 泛 应 用 主 要 是 由 于 具 备 以 下 独 特优势：（１）ＴＨｚ波的 光 子 能 量 非 常 小（１ＴＨｚ＝４．１ ｍｅＶ），可观察到近似生理状态下的生物状态，真实反 映生物物质信息；（２）ＴＨｚ波能够检测低频分子振动， 包括氢键，范 德 华 力 和（或）其 他 非 键 合 相 互 作 用，故 每种生物分子均可产生特异的振动特征，即“ＴＨｚ指 纹”；（３）脂质、核酸、蛋白质和糖类等生物大分子的偶 极子旋转及骨架振动频率恰好处于 ＴＨｚ波 段 范 围 内，故此波段能够检测到其他电磁波段无法获得的生 物大分子组成、结构和功能等信息［５］；（４）ＴＨｚ波对极 性分子极为敏 感，如 生 物 中 的 自 由 水，故 可 以 通 过 检 测生物体内自由水的状态来监测生物体的生命活动 和判断生物体的生命状态［６］；（５）ＴＨｚ波的 脉 宽 在 亚 皮秒级，而生物分子内水分子的弛豫过程和分子间伸 缩振动模式处于皮秒或亚皮秒范围内，因此可以在相 同的时间尺度上对生物体进行瞬态光谱分析，一次测 量便可获得大量的介电响应信息，且 检 测 过 程 简 单 快捷。 １．３ 太赫兹技术在生物医学中的应用 近 年 来， ＴＨｚ技术在生物医学领域的应用已取得了突 飞 猛 进 的发展，研究已 涉 及 太 赫 兹 生 物 大 分 子 检 测、太 赫 兹 细胞组织检测、太 赫 兹 生 物 体 检 测、太赫兹生物成像 检测等诸多领域，并逐步成为研究的焦点和热点。太 赫兹波能够用来研究生物大分子间的弱作用力［包括 氢键，范德华力和（或）其他非键合相互作用］，可在分 子层面上为疾病的诊疗提供良好的信息反馈，而实时 动态观察多种生物大分子，可进一步深层次地揭示细 胞在疾病过程中的病理生理反应。同时，生物组织都 是以细胞为基本组成单位，整个机体的新陈代谢活动 都是以细胞为单位协调地进行的，太赫兹技术无疑带 来了从分子层次揭示和表征更高层次生物体（细 胞、 组织及 有 机 体）生命本质和规律的新方法。另 一 方 ·７４· 国际检验医学杂志２０１８年１月第３９卷第１期 ＩｎｔＪＬａｂＭｅｄ，Ｊａｎｕａｒｙ２０１８，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１ ＊ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（２０１５ＣＢ７５５４００）；国家自然科学基金重点项目（８１４３００５４）。 ＃ 共同第一作者； ▲ 通信作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｍｉｌｌｅｎ００１＠１６３．ｃｏｍ； △ 共同通信作者，Ｅ－ｍａｉｌ：ｆｗｌ＠ｔｍｍｕ．ｅｄｕ．ｃｎ。 本文引用格式：毛莉，刘羽，田晖艳，等．太赫兹技术在生物医学应用中的安全性探讨［Ｊ］．国际检验医学杂志，２０１８，３９（１）：７４－７６．
国际检验医学杂志2018年1月第9卷第1期IntJ1nbd,Jawy2018,Vd沿，a】 ,75 面，太赫兹生物成像技术作为一种高灵敏度、无损伤 猪蛋白发生肉眼可见的凝固现象，且这期间蛋白温肉 无标记的新兴成像方法在医学上的应用得到了越来 可上升1012℃1】，同时体外混鹿皮的THz辐射 越多的关注，目前太林兹生物成像技术可可以通过对出 试验显示，高能量级的THz辐射(0.11.0THz 不同组织对太林芯波吸收特性的不同来风别德娈细 200014000mW/cm2)在7160mW/cm2达到损伤 织和正常阳细，相信随若太甚城坊术的不断发摇，太 阀值，而相对较低能量级THz辐射(1.89THz,189. 林兹生物成像将取代现有的影像学技术变得极为 92mW/Cm),没能引起明是的组织损伤，且蛋白中 可能 也没有出现凝固区域。对细胞的研究也得到了类 纵观波谱技术的发展史，每次技术突破都为生物 检测技术带米重 TH波的生物效应的 10% 研 方面可以全面深入地 TH波对生物 全的结果款高功率商能量缓(25配 细胞死士 各结构层次影响的机制，另 方面可以构建针对TH 相比 之下，较低功奉低能量的TH2辐 波的安全防护标准及损伤评估标准，为更好地应用 0.02 0.37mW/cm)对人眼细胞系和胚胎干细胞 THz技术提供理论依据 的形态、附若、增殖或分化没有不利影响口 值待注 2太赫兹技术应用的生物安全性研究 意的是，细胞膜可能在控制生物组织及细胞与TH 目前，THz波在生物疾学葡域的研究已经覆盖了 辐射的相互作用方面具有重要意义，因为研究表用 各个结构层次，句括有机体、组织、细胞和生物大分子 THz辐射(30300GHz)以为变蘭结构和h能转 等，其检测意义涉及生命科学的多个研究领域，例如 性，且可能与非线性热机制有关[ 肿瘤的早期诊断，微生物的检测、病击分子的鉴别等 23太赫兹辐射在生物大分子水平的生物学效应 这些研究关乎人类的健康与未来，因此TH2辐射的 由于THz辐射可诱导低频集体生物分子振动，因此 生物学效应的研究也 些研究人员 预测低水平的TH2辐射可能在分 THz辐 物 学效应的 方 1可 织暴露 THz辐 数如 当生物组 即脂质， NA.DNA将发 ,且大量研究数据表明，高能 THz福 构象变化利 如DNA损 ,基因表达改变 所产生的热效应可能是造成生物损伤最为重要的 相反地，有些研究表明，在特冠 原因 的频率下(2.3THz),THz辐射并没有造成明显的 2.1 太赫兹辐射在有机体水平的生物学效应 THz DNA损伤，对基因的变化也可忽略不计。此外，有些 辐射对有机体影响的研究已经在小鼠、大鼠及果蝇等 研究甚至烈察到THz辐射可以使DNA损伤得到有 动物上广泛开展，且结果表明虽然THz辐射会对机 效的修复，申重要的是，目前所应用干生物学效成 体产生一定的影响，但这些影响都表现得极为轻微 研究的THz辐射能量、功率强度都远远高于现实验 在利用高能量的T日2短时（015T日2.3mWcm: 室所选用的参数，因此在实际应用中T日z短射的生 60m)对小鼠进行持续暴露的实验中，发理长时间 物学效应可以忽略不计 的TH2辐射能够使小鼠产生抑郁情绪口。 此外 太赫兹技术应用现状及面临的挑战 T业辐射还会使小鼠皮肤发生炎症改变(27T 灵敏度问 受限于物理衍射极限，THz波的 mW/ ,而细胞检测的 率要求 ,0.3 THz波的分辨 有发现小鼠皮肤 温度的明显改变，且 些关于大鼠以 测的需求存在尺度失配问题，目前仍无法探测到单 及果蝇的研究也未见明显的温度变化 相反 分子和细跑对THz波语表征规律和成像模式的 些研究表明THz辐射不仅不会对机体产生有害的生 物效应，反而会加速烧伤组织的愈合、改变血小板的 3.2样本制各问题生物组织一般由不同性状的细 蜜合能力，改善机体的血脂水平[叮。可见，这些关 胞构成，而细胞内外也存在着大量不同性状的生物分 干THz铝射的生物学效应的研究无疑为THz技术 子。当THz波无标记检测靶细胞及靶分子时，待测 在疾病诊断及治疗上的应用做出了极为重要的前期 艇物质周围大量其他的生物分子、细胞等可产生严重 的信号干扰，可导致靶细胞和分子的检测信号被干 2“太赫兹辐射在组织及细胞水平的生物学效应 扰或淹没，因此 随着研究的不断深 实验表明TH 辐射的生物学 效应与其本身的频奉 能量 有关 对水敏感性问题 由于THz波对水分子极为 究者以Arrhenius损伤模型为标准，确 立了离体组织 敏感，所以目前的研究多局限于固相或干燥状态下分 在TH2辐射下的损伤阅值，并发现较高能量级的 细胞和组织的分析，然而实际的生物样本内富 THz辐射(1.89THz,189.92mW/cm2,60min)会使 大量的水，同时，检测环境中也存在水蒸气的干扰，因 1004.2018ch mi al Electronic Publishing House All rights reserve
面，太赫兹生物成像技术作为一种高灵敏度、无损伤、 无标记的新兴 成 像 方 法 在 医 学 上 的 应 用 得 到 了 越 来 越多的关注，目前太赫兹生物成像技术可以通过对比 不同组织对太 赫 兹 波 吸 收 特 性 的 不 同 来 区 别 癌 变 组 织和正常组织，相信随着太赫兹技术的不断发展，太 赫兹生 物 成 像 将 取 代 现 有 的 影 像 学 技 术 变 得 极 为 可能。 纵观波谱技术的发展史，每次技术突破都为生物 检测技术带来 重 大 变 革，而 对 ＴＨｚ波的生物效应的 研究，一方面可 以 全 面 深 入 地 了 解 ＴＨｚ波对 生 物 体 各结构层次影响的机制，另一方面可以构建针对 ＴＨｚ 波的 安 全 防 护 标 准 及 损 伤 评 估 标 准，为 更 好 地 应 用 ＴＨｚ技术提供理论依据。 ２ 太赫兹技术应用的生物安全性研究 目前，ＴＨｚ波在生物医学领域的研究已经覆盖了 各个结构层次，包括有机体、组织、细胞和生物大分子 等，其检测意义涉及生命科学的多个研究领域，例 如 肿瘤的早期诊断、微生物的检测、病毒分子的鉴别等， 这些研究关乎 人 类 的 健 康 与 未 来，因 此 ＴＨｚ辐射 的 生物安全性———生物学效应的研究也一直受到广泛 关注。ＴＨｚ辐射的生物学效应的研究主 要 从 两 方 面 入手：ＴＨｚ波的物理参数如频率、能量、时间等及生物 样本的性质，且大量研究数据表明，高能量 ＴＨｚ辐射 所产生 的 热 效 应 可 能 是 造 成 生 物 损 伤 最 为 重 要 的 原因。 ２．１ 太赫兹辐射在有机体水平的生物学效应 ＴＨｚ 辐射对有机体影响的研究已经在小鼠、大鼠及果蝇等 动物上广泛开 展，且 结 果 表 明 虽 然 ＴＨｚ辐射 会 对 机 体产生一定的 影 响，但 这 些 影 响 都 表 现 得 极 为 轻 微。 在利用高能 量 的 ＴＨｚ辐射（０．１５ＴＨｚ，３ ｍＷ／ｃｍ２， ６０ｍｉｎ）对小鼠 进 行 持 续 暴 露 的 实 验 中，发 现 长 时 间 的 ＴＨｚ辐 射 能 够 使 小 鼠 产 生 抑 郁 情 绪［７］。 此 外， ＴＨｚ辐射还会使小鼠皮肤发生炎症改变（２．７ＴＨｚ， ２６０ｍＷ／ｃｍ２，３０ｍｉｎ），或影响皮肤伤口的愈 合（２．５ ＴＨｚ，０．３２ｕＷ／ｃｍ２，６０ｍｉｎ）［８－９］。但是这些研究并没 有发现小鼠皮肤温度的明显改变，且一些关于大鼠以 及果蝇的研究也未见明显的温度变化［１０－１１］。相反，一 些研究表明 ＴＨｚ辐射不仅不会对机体产生有害的生 物效应，反而会 加 速 烧 伤 组 织 的 愈 合、改 变 血 小 板 的 聚合 能 力、改 善 机 体 的 血 脂 水 平［１２－１４］。可见，这 些 关 于 ＴＨｚ辐射的生物学效应的研究无疑为 ＴＨｚ技术 在疾病诊断及 治 疗 上 的 应 用 做 出 了 极 为 重 要 的 前 期 探索。 ２．２ 太赫兹辐射在组织及细胞水平的生物学效应 随着研究的不 断 深 入，实 验 表 明 ＴＨｚ辐射 的 生 物 学 效应与其本身的频率及能量强度等参数有关。有 研 究者以 Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ损伤模型为标准，确立了离体组织 在 ＴＨｚ辐 射 下 的 损 伤 阈 值，并 发 现 较 高 能 量 级 的 ＴＨｚ辐射（１．８９ＴＨｚ，１８９．９２ｍＷ／ｃｍ２，６０ｍｉｎ）会使 猪蛋白发生肉眼可见的凝固现象，且这期间蛋白温度 可上升１０～１２ ℃［１５］。同时体外湿鹿皮的 ＴＨｚ辐射 试验显 示，高 能 量 级 的 ＴＨｚ辐 射 （０．１～１．０ ＴＨｚ， ２０００～１４０００ｍＷ／ｃｍ２）在７１６０ｍＷ／ｃｍ２ 达到损伤 阈值，而相对较低能量级 ＴＨｚ辐射（１．８９ＴＨｚ，１８９． ９２ｍＷ／ｃｍ２），没能够引起明显的组织损伤，且蛋白中 也没有出现凝固区域［１５］。对细胞的研究也得到了类 似 的 结 果，较 高 功 率 高 能 量 级 （２．５２ ＴＨｚ，８４．８ ｍＷ／ｃｍ２，８０ｍｉｎ）的 ＴＨｚ辐射可直接导致近１０％的 人体原始真皮成纤维细胞死亡，同时细胞的温度升高 了３ ℃［１６］。相比之下，较低功率低能量的 ＴＨｚ辐射 （０．０２～０．３７ｍＷ／ｃｍ２）对人眼细胞系和胚胎干细胞 的形态、附着、增殖或分化没有 不 利 影 响［１７］。值得 注 意的 是，细胞膜可能在控制生物组织及细胞与 ＴＨｚ 辐射的相互作用方面具有重要意义，因 为 研 究 表 明 ＴＨｚ辐射（３０～３００ＧＨｚ）可以 改 变 膜 结 构 和 功 能 特 性，且可能与非线性热机制有关［１８］。 ２．３ 太赫兹辐射在生物大分子水平的生物学效应 由于 ＴＨｚ辐射 可 诱 导 低 频 集 体 生 物 分 子 振 动，因 此 一些研究人员预测低水平的 ＴＨｚ辐射可能在分子水 平上引起微热效应［１９］。当生物组织暴露于 ＴＨｚ辐射 时，生物分子（即脂质，蛋 白 质，ｍＲＮＡ，ＤＮＡ）将发 生 构象变化和（或）变性，如 ＤＮＡ 损伤，基 因 表 达 改 变， 蛋白质变 化 等［１９－２１］。相反 地，有 些 研 究 表 明，在 特 定 的频 率 下（２．３ＴＨｚ），ＴＨｚ辐射 并 没 有 造 成 明 显 的 ＤＮＡ 损伤，对基因的变化也可忽略不计。此外，有些 研究甚至观察到 ＴＨｚ辐射 可 以 使 ＤＮＡ 损伤 得 到 有 效的修复［１９］。更重要的是，目前所应用于生物学效应 研究的 ＴＨｚ辐射 能 量、功率强度都远远高于现实验 室所选用的参 数，因此在实际应用中 ＴＨｚ辐射 的 生 物学效应可以忽略不计。 ３ 太赫兹技术应用现状及面临的挑战 ３．１ 灵敏度问题 受限于物理衍射极限，ＴＨｚ波的 波长在０．０３～３．００ｍｍ，而细胞检测的分辨率要求在 微米甚至纳米 量 级，因 此 ＴＨｚ波的 分 辨 率 与 细 胞 检 测的需求存在尺度失配问题，目前仍无法探测到单个 分 子 和 细 胞 对 ＴＨｚ 波谱表征规律和成像模式的 影响。 ３．２ 样本制备问题 生物组织一般由不同性状的细 胞构成，而细胞内外也存在着大量不同性状的生物分 子。当 ＴＨｚ波无 标 记 检 测 靶 细 胞 及 靶 分 子 时，待 测 靶物质周围大量其他的生物分子、细胞等可产生严重 的信号干扰，可导致靶细胞和靶分子的检测信号被干 扰或淹没，因此合理的样本准备过程是解决这一问题 的有效途径。 ３．３ 对水敏 感 性 问 题 由 于 ＴＨｚ波对水分子极为 敏感，所以目前的研究多局限于固相或干燥状态下分 子、细胞和组织的分析。然而实际的生物样本内富含 大量的水，同时，检测环境中也存在水蒸气的干扰，因 国际检验医学杂志２０１８年１月第３９卷第１期 ＩｎｔＪＬａｂＭｅｄ，Ｊａｎｕａｒｙ２０１８，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１ ·７５·
。76. 国际检验医学泰志2018年1月第9表第1期1mj1bkd,larury208,9.0 此，TH2波谱检测必须克服对水敏感性及检测信号的 [8]HWANG Y.AHN J.MUN J.et al.In vivo analysis of 干扰与帝没 THz wav irradiation induced acute inllammatory 34生物安全性问随作为一种新兴的生物检别王 skin by 段，TH2辐射效应对生物组织影响的研究尚处于初步 阶段，目前TH2对生物有机体的影响尚无定论，还需 [9] ORLANDO A R.GALLERANG nd biological applica [1.I Infrared Mill. 进一步系统详民的研 随 之建立规范有效的安 2009.30121.1308-1318 大赫兹辐 t10]KIRICHUCK VEIVANOV A N.ANTIPOVA O Ne al.Sex -specific differences in changes of disturhed func 尽管面配 一些技术瓶须及检测问题，但近年米的 tional activity of platelets in albino rats under the effect of 不断探索使TH光谱检测技术在生物医学领域的研 era ertz electromagnetie radiation at nitric oxide frequem 究与应用取得了显著的突破，势必将带米 次疾病诊 B10 断的革命性变革。THz光谱的未米前景应若重于成 VV NEMOVA E F 功建立高灵敏度和高特异度的THz传感器应用于检 ter]Contem Pro Ecol.2015.8(2) 到人体细胞及细织的结构、生理成疾病状本。并能铭 27-249 在分子水平上诊断、监测、预测人体的健康状况 [127 KIRICHUK V F.TSYMBAL AA.Effecis of ieraberia 4总 结 irradiation at nitric oxide frequencies on intensity of li 由于TH波的独特性能，所以一经发现傅被逐 poperoxidation and antioxidant properties of the blood under stress conditions[J].Bull Exper Bio,2009.148(2) 辐射对生物 样本影 究 越来越受到重视 13] CHUK V F.TSYMBAL A A.U TH辐射在生 ,生物组织 次的生物学效应，旨在为进 ·步建立THz波检测的 Bio Engineering.2010,44(1):12-16. BONDAR N P KOVALENKO LI AVGUITINOVICH 安全标准及对医疗人员的健康危害评估做好效应分 析，从而加快推进THz技术在临床实际应用的进程。 aves in male mice[J1.Bu1 Exper Bio.2008,145(4):401-405 可以预见，THz技术必将为人类健康事业带来更准 确更快速币高效的实时拾测手段，THz光普的临床 [15]DALZELL D R.MCQUADE J.VINCELETTE R.et al. e thresholds for terahertz radiationJ].SPIE Phote 应用将为人类健康事业做出重大贡献」 2010,75(02):20% 参考文献 [6 D.ROTH CC.et al In vitr [1]YU C.FAN S.SUN Y.et al.The potential of terahertz sed to 2 52 THz tadiatio a for can tigation r111.2011.4821.152 dater n Quant Imag Med.2012.2(1).33 [17]WILLIAMS R.SCHOFIELD A.HOLDER G.et al.The [2]GLOBUS T.FERRANCE J.Subr-tersher vibratio influence of high intensity terahertz radiation on mamma spectroscopy with high resolution for biological mole ian cell adhesion.proliferation and differentiation.Phy cules and cells identification[J].Bio Res.2016.5(3): Mcd.2013.58(2):373391 [18]ORI ANDO A R.GALLERANO G F ertz radiat [3 AUSTON D H.NUSS MC.Ele rooptical g applications [J].J Infrared Mil S[IEEF 0.2002.211.1L10 [19] TITOVA L V ESHIM A K.GOLUBOV A. [4]DULING I.ZIMDARS D.Terabertz ima 1 hidden defectst 1.Nature Photonics.2009.3(1).630 632 Bio Optics Express.2013.4(4).559. [5]WANG C.GONG J.XING Q.et al.Application of tera [201 ALEXANDROV B S.GELEV V.BISHOP A R.et al nertz tim domain spectt copy in intracellular metabolite DNA breathing dynamies in the presence of a terahertz [6] oph.2010.3(10/11):64 tieldLJJ.Phy Letters.2010.374(10)1214 A O P.FE NEMOVA E F. p2001.2610):597 C2 radiation [7]KIRICHUK V F.EFIMOVA N V.ANDRONOV E V n the spe】 Optics Spec,2009.107(4.53-537 revation and behavioral reactions of albino ratst n Bul Exper0.2009,148(5):74749 (收稿日期：2017-06-20修回日期.2017-09-26) 994-2018 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved www.cnki.ne
此，ＴＨｚ波谱检测必须克服对水敏感性及检测信号的 干扰与淹没。 ３．４ 生物安全性问题 作为一种新兴的生物检测手 段，ＴＨｚ辐射效应对生物组织影响的研究尚处于初步 阶段，目前 ＴＨｚ对生物有机体的影响尚无定论，还需 要进一步系统详尽的研究，并随之建立规范有效的安 全防护系统，但目前的研究表明较低强度的太赫兹辐 射不会对生物产生不利影响。 尽管面临一些技术瓶颈及检测问题，但近年来的 不断探索使 ＴＨｚ光谱检测技术在生物医学领域的研 究与应用取得了显著的突破，势必将带来一次疾病诊 断的革命性变革。ＴＨｚ光谱的未来前景 应 着 重 于 成 功建立高灵敏度和高特异度的 ＴＨｚ传感器应用于检 测人体细胞及 组 织 的 结 构、生 理 或 疾 病 状 态，并 能 够 在分子水平上诊断、监测、预测人体的健康状况。 ４ 总 结 由于 ＴＨｚ波的 独 特 性 能，所以一经发现便被逐 步大量应用于 生 物 医 学 研 究，且 随 着 ＴＨｚ技术 在 生 物医学领域的 应 用 逐 步 成 熟，关 于 ＴＨｚ辐射 对 生 物 样本影响的研究也越来越受到重视。本 文 主 要 介 绍 了 ＴＨｚ辐射在生物体、生物组织、细胞和生物分子层 次的生物学效 应，旨 在 为 进 一 步 建 立 ＴＨｚ波检 测 的 安全标准及对 医 疗 人 员 的 健 康 危 害 评 估 做 好 效 应 分 析，从而加快推进 ＴＨｚ技术在临床实际应用的进程。 可以 预 见，ＴＨｚ技术必将为人类健康事业带来更准 确、更快速、更高效的实时检测手段，ＴＨｚ光谱的临床 应用将为人类健康事业做出重大贡献。 参考文献 ［１］ ＹＵ Ｃ，ＦＡＮ Ｓ，ＳＵＮ Ｙ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｍａｇｉｎｇｆｏｒｃａｎｃｅｒｄｉａｇｎｏｓｉｓ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｔｏ ｄａｔｅ［Ｊ］．ＱｕａｎｔＩｍａｇＭｅｄ，２０１２，２（１）：３３． ［２］ ＧＬＯＢＵＳ Ｔ，ＦＥＲＲＡＮＣＥ Ｊ．Ｓｕｂ－ｔｅｒａｈｅｒｔｚｖｉｂｒａｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｗｉｔｈｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｆｏｒｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｌｅ－ ｃｕｌｅｓａｎｄｃｅｌｌｓｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｂｉｏ Ｒｅｓ，２０１６，５（３）： １５０． ［３］ ＡＵＳＴＯＮＤＨ，ＮＵＳＳＭＣ．Ｅｌｅｃｔｒｏｏｐｔｉｃａｌｇｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｔｒａｎｓｉｅｎｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＪ ＱｕａｎｔＥｌｅｃｔｒ，２００２，２４（２）：１８４－１９７． ［４］ ＤＵＬＩＮＧＩ，ＺＩＭＤＡＲＳＤ．Ｔｅｒａｈｅｒｔｚｉｍａｇｉｎｇ：Ｒｅｖｅａｌｉｎｇ ｈｉｄｄｅｎｄｅｆｅｃｔｓ［Ｊ］．ＮａｔｕｒｅＰｈｏｔｏｎｉｃｓ，２００９，３（１１）：６３０－ ６３２． ［５］ ＷＡＮＧＣ，ＧＯＮＧＪ，ＸＩＮＧ Ｑ，ｅｔａｌ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｅｒａ－ ｈｅｒｔｚｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｉｎｉｎｔｒａｃｅｌｌｕｌａｒｍｅｔａｂｏｌｉｔｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＪＢｉｏｐｈ，２０１０，３（１０／１１）：６４１． ［６］ ＥＬＬＩＳＲＪ．Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌａｒｃｒｏｗｄｉｎｇ：ｏｂｖｉｏｕｓｂｕｔｕｎｄｅｒ－ ａｐｐｒｅｃｉａｔｅｄ［Ｊ］．ＴｒｅｎｄｓｉｎＢｉｏＳｃｉ，２００１，２６（１０）：５９７－６０４． ［７］ ＫＩＲＩＣＨＵＫ Ｖ Ｆ，ＥＦＩＭＯＶＡ Ｎ Ｖ，ＡＮＤＲＯＮＯＶ Ｅ Ｖ． Ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｐｏｗｅｒｔｅｒａｈｅｒｔｚｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｏｎｐｌａｔｅｌｅｔａｇ－ ｇｒｅｇａｔｉｏｎａｎｄｂｅｈａｖｉｏｒａｌｒｅａｃｔｉｏｎｓｏｆａｌｂｉｎｏｒａｔｓ［Ｊ］．Ｂｕｌｌ ＥｘｐｅｒＢｉｏ，２００９，１４８（５）：７４６－７４９． ［８］ ＨＷＡＮＧ Ｙ，ＡＨＮＪ，ＭＵＮＪ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｉｖｏａｎａｌｙｓｉｓｏｆ ＴＨｚ ｗａｖｅｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄ ａｃｕｔｅｉｎｆｌａｍｍａｔｏｒｙ ｒｅ－ ｓｐｏｎｓｅｉｎｓｋｉｎｂｙｌａｓｅｒ－ｓｃａｎｎｉｎｇｃｏｎｆｏｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ［Ｊ］． ＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１４，２２（１０）：１１４６５－１１４７５． ［９］ ＯＲＬＡＮＤＯＡＲ，ＧＡＬＬＥＲＡＮＯＧＰ．Ｔｅｒａｈｅｒｔｚｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓａｎｄｂｉｏｌｏｇｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＩｎｆｒａｒｅｄ Ｍｉｌｌ， ２００９，３０（１２）：１３０８－１３１８． ［１０］ＫＩＲＩＣＨＵＣＫ ＶＦ，ＩＶＡＮＯＶ Ａ Ｎ，ＡＮＴＩＰＯＶＡ Ｏ Ｎ，ｅｔ ａｌ．Ｓｅｘ－ｓｐｅｃｉｆｉｃｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓｉｎｃｈａｎｇｅｓｏｆｄｉｓｔｕｒｂｅｄｆｕｎｃ－ ｔｉｏｎａｌａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｐｌａｔｅｌｅｔｓｉｎａｌｂｉｎｏｒａｔｓｕｎｄｅｒｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆ ｔｅｒａｈｅｒｔｚｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｒａｄｉａｔｉｏｎａｔｎｉｔｒｉｃｏｘｉｄｅｆｒｅｑｕｅｎ－ ｃｉｅｓ［Ｊ］．ＢｕｌｌＥｘｐｅｒＢｉｏ，２００８，１４５（１）：７５－７７． ［１１］ＷＥＩＳＭＡＮ Ｎ Ｙ，ＦＥＤＯＲＯＶ ＶＩ，ＮＥＭＯＶＡＥＦ．Ｔｅｒａ－ ｈｅｒｔｚｒａｄｉａｔｉｏｎｉｍｐｒｏｖｅｓａｄａｐｔａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｎＤｒｏ－ ｓｏｐｈｉｌａｍｅｌａｎｏｇａｓｔｅｒ［Ｊ］．Ｃｏｎｔｅｍ ＰｒｏＥｃｏｌ，２０１５，８（２）： ２３７－２４２． ［１２］ＫＩＲＩＣＨＵＫ Ｖ Ｆ，ＴＳＹＭＢＡＬ Ａ Ａ．Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｉｒｒａｄｉａｔｉｏｎａｔｎｉｔｒｉｃｏｘｉｄｅｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｌｉ－ ｐｏｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎａｎｄａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｂｌｏｏｄ ｕｎｄｅｒｓｔｒｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＢｕｌｌＥｘｐｅｒＢｉｏ，２００９，１４８（２）： ２００－２０３． ［１３］ＫＩＲＩＣＨＵＫＶＦ，ＴＳＹＭＢＡＬＡＡ．Ｕｓｅｏｆｔｅｒａｈｅｒｔｚｅｌｅｃ－ ｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｓｆｏｒｃｏｒｒｅｃｔｉｎｇｔｈｅｈｅｍｏｓｔａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ［Ｊ］．ＢｉｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１０，４４（１）：１２－１６． ［１４］ＢＯＮＤＡＲ Ｎ Ｐ，ＫＯＶＡＬＥＮＫＯＩＬ，ＡＶＧＵＴＩＮＯＶＩＣＨ ＤＦ，ｅｔａｌ．Ｂｅｈａｖｉｏｒａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｔｅｒａｈｅｒｔｚｗａｖｅｓｉｎ ｍａｌｅ ｍｉｃｅ［Ｊ］．ＢｕｌｌＥｘｐｅｒＢｉｏ，２００８，１４５（４）：４０１－４０５． ［１５］ＤＡＬＺＥＬＬＤＲ，ＭＣＱＵＡＤＥＪ，ＶＩＮＣＥＬＥＴＴＥＲ，ｅｔａｌ． Ｄａｍａｇｅｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓｆｏｒｔｅｒａｈｅｒｔｚｒａｄｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＳＰＩＥＰｈｏｔｏ Ｗｅｓｔ，２０１０，７５（６２）：２０８． ［１６］ＷＩＬＭＩＮＫＧＪ，ＲＩＶＥＳＴＢＤ，ＲＯＴＨ ＣＣ，ｅｔａｌ．Ｉｎｖｉｔｒｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｅｆｆｅｃｔｓａｓｓｏｃｉａｔｅｄｗｉｔｈｈｕ－ ｍａｎｄｅｒｍａｌｆｉｂｒｏｂｌａｓｔｓｅｘｐｏｓｅｄｔｏ２．５２ ＴＨｚｒａｄｉａｔｉｏｎ ［Ｊ］．ＬａｓＳｕｒｇ，２０１１，４３（２）：１５２． ［１７］ＷＩＬＬＩＡＭＳＲ，ＳＣＨＯＦＩＥＬＤ Ａ，ＨＯＬＤＥＲ Ｇ，ｅｔａｌ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｈｉｇｈｉｎｔｅｎｓｉｔｙｔｅｒａｈｅｒｔｚｒａｄｉａｔｉｏｎｏｎｍａｍｍａ－ ｌｉａｎｃｅｌｌａｄｈｅｓｉｏｎ，ｐｒｏｌｉｆｅｒａｔｉｏｎａｎｄｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｐｈｙ Ｍｅｄ，２０１３，５８（２）：３７３－３９１． ［１８］ＯＲＬＡＮＤＯＡＲ，ＧＡＬＬＥＲＡＮＯＧＰ．Ｔｅｒａｈｅｒｔｚｒａｄｉａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔｓａｎｄｂｉｏｌｏｇｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ［Ｊ］．ＪＩｎｆｒａｒｅｄ Ｍｉｌｌ， ２００９，３０（１２）：１３０８－１３１８． ［１９］ＴＩＴＯＶＡ Ｌ Ｖ，ＡＹＥＳＨＥＳＨＩＭ Ａ Ｋ，ＧＯＬＵＢＯＶ Ａ，ｅｔ ａｌ．ＩｎｔｅｎｓｅＴＨｚｐｕｌｓｅｓｃａｕｓｅＨ２ＡＸｐｈｏｓｐｈｏｒｙｌａｔｉｏｎａｎｄ ａｃｔｉｖａｔｅＤＮＡｄａｍａｇｅｒｅｓｐｏｎｓｅｉｎｈｕｍａｎｓｋｉｎｔｉｓｓｕｅ［Ｊ］． ＢｉｏＯｐｔｉｃｓＥｘｐｒｅｓｓ，２０１３，４（４）：５５９． ［２０］ＡＬＥＸＡＮＤＲＯＶ ＢＳ，ＧＥＬＥＶ Ｖ，ＢＩＳＨＯＰ Ａ Ｒ，ｅｔａｌ． ＤＮＡ ｂｒｅａｔｈｉｎｇｄｙｎａｍｉｃｓｉｎｔｈｅｐｒｅｓｅｎｃｅｏｆａｔｅｒａｈｅｒｔｚ ｆｉｅｌｄ［Ｊ］．ＰｈｙＬｅｔｔｅｒｓ，２０１０，３７４（１０）：１２１４． ［２１］ＣＨＥＲＫＡＳＯＶＡＯＰ，ＦＥＤＯＲＯＶＶＩ，ＮＥＭＯＶＡＥＦ，ｅｔ ａｌ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｅｒａｈｅｒｔｚｌａｓｅｒｒａｄｉａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｌｂｕｍｉｎ［Ｊ］． ＯｐｔｉｃｓＳｐｅｃ，２００９，１０７（４）：５３４－５３７． （收稿日期：２０１７－０６－２０ 修回日期：２０１７－０９－２６） ·７６· 国际检验医学杂志２０１８年１月第３９卷第１期 ＩｎｔＪＬａｂＭｅｄ，Ｊａｎｕａｒｙ２０１８，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１