看專家如何解析太赫茲的神奇
2016/01/04 來源：四海網
大家來讀讀這篇文章，可能會對太赫茲有更深層次的了解
癌症組織的太赫茲波吸收特性及診斷治療
文章編號：1005-1622（2013）05/06-0163-05
吳群 王夢溪 楊國輝
（1、哈爾濱工業大學電子與信息工程學院；2、東南大學毫米波國家重點實驗室；3、哈爾濱醫科大學附屬第四醫院）
3、THZ在癌症治療中的應用
THZ潛在腫瘤治療作用主要有兩方面，一是THZ輻射使生物組織溫度升高而直接殺傷癌細胞，二是非電離輻射的非線性共振產生的生物效應。
（1）熱殺傷效應：同其他電磁波一樣，THZ與媒質作用也產熱，早期THZ項目研究發現THZ生物效應主要是熱效應，因為水作為生物體主要成分對THZ輻射有顯著吸收。基爾霍夫熱方程：
模擬THZ連續波與水作用，發現大於0.56MV、聚焦直徑0.5MM的THZ光束可使局部水溫上升1度，若長時照射以達到熱平衡，0.5MM照射點溫度可上升30度。在皮膚模型中，THZ還證明1THZ連續波可使皮膚局部升溫5度，而這足夠對腫瘤細胞起到殺傷作用。1THz輻射1分鐘可使組織溫度升高39°K
（2）非線性共振殺傷效應：長期以來很多學者認為非電離輻射的非線性共振可能對細胞和生物分子有顯著影響，實驗證明THZ主要與氫鍵反應，而低頻的分子內振動還會引起蛋白質構象變化。在DNA強電磁輻射融化方面學者們也傾向於非熱效應。專家認為，THZ會破壞DNA兩條單鏈間互補鹼基的氫鍵從而破壞雙螺旋結構，但並不損傷單鏈內的連結，這一觀點在理論模型上也得到了證實。研究發現即使小振輻THZ延長曝光也可引發非線性諧振而感染DNA轉錄和蛋白質合成的過程，從而誘導基因表達的改變，同時，THZ照射還可使細胞膜通透性改變，進一步研究有望通過THZ促進癌細胞的崩解或增強藥物對癌細胞的作用效果。對鼠幹細胞基因晶片分析發現THZ照射下某些基因被激活，而其他被壓抑，同時THZ輻射促進細胞分化，理論模型和實驗都發現通過激活轉錄因子果氧化物酶體增殖物激活受體，使肝細胞向脂肪型轉化，因而THZ輻射可能是一種潛在細胞重組工具。
4、THZ應用人體診斷的安全性考慮
由於THZ輻射能量太低，並不能直接破壞化學鍵或引起電子轉換，而生物分子普遍存在的氫鍵能級恰好在THZ範圍內。實驗條件儘管各有不同，但頻率小於0.01THZ、能量低於1mW/cm的短時照射，基因損傷方面多為陰性結果。人體淋巴細胞長時間暴露於較弱的THZ下引起基因不穩定性，而高強度THZ可影響體外暴露的神經細胞膜形態和細胞內結構，但減小能量或其他頻率卻不能引起形態學的改變。因此可以得出結論：太赫茲輻射會影響生物功能，但只有在特定條件下，即：高功率，和/或延長曝光和/或特定的太赫茲頻率，才會發生。
5、挑戰和展望
運用THZ對癌症的治療和診斷的研究尚處於起步階段，還存在著很多問題和難點。特別是由於水對THZ 輻射的強吸，使得THZ只能作用於生物體表層（達皮膚深約1mm左右）。雖然在癌症診斷方面已經可以區分正常組織與腫瘤組織的界限，但是尚不能區分腫瘤的良惡性質。此外生物組織在THZ下的電磁性質不同於Cole--Cole模型計算，介電常數、電導率等數據還基本處於空白狀態，尚缺乏完善的介電性質資料庫和THZ生物組織圖譜。實驗數據的理解和相關理論模型的建立及模擬計算均有大量工作要做。這一領域的研究和應用前景，取決於物理學和生物學及生命科學等交叉研究所達到的廣度和深度。隨著目前量子級聯和Jefferson實驗室自由電子大功率THZ雷射器的研製成功，THZ技術的進一步微型換和實用化，THZ在生物醫學方面的獨特優勢將越來越突出，將THZ應用於癌症檢測與治療將不再是遙遠的將來。
吳 群 教授，博士生導師，微波分會委員，中國電子學會高級會員，IEEE高級會員。主要研究方向包括天線與電磁兼容、人工電磁媒質理論與應用、毫米破及THZ技術。出版著作5不，發表學術論文100餘篇。