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太赫兹波技术在中医药领域研究的运用现状及展

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摘要：

太赫兹波（terahertz，THz）是一种频率范围为0.1～10THz 的电磁波，它介于微波与红外光波之间，自然界广泛地存在着太赫兹波射线。随着光电技术与材料技术的发展，太赫兹波技术也得到了突破性的进展，人们逐渐认识到太赫兹波技术重要的科研价值。因此，越来越多的领域研究或多或少地用到了太赫兹波技术［1］。尤其在现代医学领域方面，太赫兹波技术相比于其他现代医学诊疗技术而言，其无损诊断、非接触诊断和无标记检测三点独特的优势使得太赫兹波技术在现代医疗诊断方面的应用研究越来越多［2］。近年来，太赫兹波技术在中医药学领域研究的应用，为中医药科研以及中医基础理论的继承与发展开拓了新的思路。

1 太赫兹波技术的发展

1.1 太赫兹波技术的历史早在19 世纪末，Rubens和Nichols 就探索到了太赫兹波段，科学家们经过近百年的研究，发现大多物体的热辐射都有太赫兹射线，如图1，并且太赫兹波技术与相关器械得到了初步发展。上世纪八十年代随着新技术、新材料的发展，获得了宽带稳定脉冲的太赫兹波源后，使太赫兹波技术得以迅速发展和运用。

图1 电磁波图谱

太赫兹波技术是一种崭新的电磁波技术，是全世界十分热门的新领域，在2004 年被评为改变世界未来的十大科技之一。2005 年11 月，由44 名专家，11 名院士在北京香山饭店举行以“太赫兹科学技术的新发展”为主题的第270 次学术会议，大力推动了太赫兹技术在我国生物医学领域、工业及军事领域的应用。

1.2 太赫兹的特点相对于其他电磁波，太赫兹波具有以下基本特点［3-4］。第一，太赫兹波具有高穿透性：太赫兹波对许多介电材料和非极性物质有良好的穿透性，在安全检查或质量检测中可以对不透明物体进行透视成像，有效的互补了其他成像技术。另外太赫兹波在复杂环境如沙尘、浓烟等环境传输中损耗非常少，如遇到恶劣环境救援是非常理想的成像光源。第二，太赫兹波具有低能性：太赫兹光子的能量低，能量的数量级在meV，是普通X 射线的几百万分之一，透过生物体时，太赫兹波不会对其造成损害。第三，太赫兹波具有指纹谱性：太赫兹波段包含了丰富的物理和化学信息。大多极性分子和生物大分子的振转能级跃迁都处在太赫兹波段，比如氢键作用力、范德瓦尔斯力、晶格振动和一些分子内集体骨架振动等。所以根据这些指纹谱，可以鉴别物体的组分，分析物体的物理化学性质，为缉毒、反恐、排爆等提供相关的理论依据和探测技术。另外，与低频电磁波相比，太赫兹频率较高，在单位时间内可以承载更多的信息。

太赫兹波以上的优点，决定了其在生物医学、微电子学、农业、军事、通讯及其他领域也有着很大的应用潜力。

1.3 太赫兹波技术在生物医学领域的运用生物体对太赫兹波具有多种独特的响应，DNA、RNA、蛋白等重要生物大分子的许多旋转、振动能级和氢键都处于太赫兹波段。太赫兹波在生物大分子之间的信息应答，乃至对生物大分子的精确调控方面，太赫兹波谱对这些生物分子集体振动模式引起的分子构象、分子结构及分子环境的变化非常敏感［5-7］。

研究发现太赫兹能够与某些细胞结构相互作用（如胞膜和细胞器）。Fr?hlich 等［8］通过活化势能V 与介质的极化P 的亚稳高偏振模型，发现5×1010Hz 就可兴奋细胞膜。Kulipanov 等［9］证实，太赫兹会破坏 DNA 两条单链间互补碱基的氢键从而破坏双螺旋结构，但并不损伤单链内的链接［10］。有研究发现太赫兹宽频长时辐射可影响鼠干细胞基因的表达［11］。同时，THz 辐射还可使细胞膜通透性改变［12］。太赫兹延长曝光也可干扰DNA 转录和蛋白质合成的过程，从而诱导基因表达的改变［13］。Jonathan 等［14］对鼠干细胞基因芯片分析发现太赫兹辐射下某些基因被激活，而其他被压抑，同时太赫兹辐射可以促进细胞分化。Pickwell 等［15］测量了健康组织和癌组织的THz 折射率和吸收率，证明癌症组织对THz 的吸收特性明显不同于健康组。

2 太赫兹波技术在中医药领域中的运用

2.1 太赫兹波技术在中药鉴别中的运用张蕾等［16］早在2004 年就运太赫兹技术对当归、枳实、板蓝根等进行吸收光谱测定，发现各样品的吸收光谱有明显差异，证明了用压片法对中药进行太赫兹测定可行；同时还对五个不同厂家生产的银杏叶提取物进行了太赫兹波光谱测定，发现各厂家的银杏叶提取物在太赫兹波段的吸收谱各不相同；在对青蒿素及其三种衍生测定中四种物质的差异可以通过太赫兹光谱体现出来。陈艳江［17］在0.2～2.6THz波段研究生炙甘草、南北柴胡、北豆根与山豆根的太赫兹吸收光谱，证实在该波段可以对这些相似的中药进行有效的鉴别。郭帅［18］对怀川牛膝、川浙贝母、生炙黄芪、车前子（草）、丹参与其提取物进行了太赫兹波检测，进一步证实太赫兹光谱可以鉴别不同种不同产地的中药。以及在0.2～1.6THz之间可以通过太赫兹吸收峰来鉴定三七和甘草，在0.2THz 到2.2THz 波段发现黄芪、当归、杜仲的吸收光谱差异显著［19-20］。

文章来源：《世界中医药》网址: http://www.sjzyyzzs.cn/qikandaodu/2021/0104/814.html