姚建铨：生物医学亟待填补“太赫兹空隙”

　　在日前举行的香山科学会议第488次讨论会上，中国科学院院士姚建铨指出：“应加强太赫兹波领域中物理、生物学、医学及材料学等学科的交叉融合，以推进太赫兹波在生物医学领域的研究与应用。”

　　由于技术与材料所限，在上世纪80年代以前，科学家一直难以获得频率在0.1到10太赫兹之间的电磁波，即太赫兹波。电磁波谱的研究与应用一度呈现出“太赫兹空隙”。

　　随着科学技术的发展，科学家逐渐在太赫兹波的产生、传输和检测等方面取得了令人瞩目的成绩，“太赫兹空隙”也逐渐得到填补。

　　长期致力于光学研究的姚建铨告诉《中国科学报》记者：“太赫兹波具有的特殊优势提示我们，其应用可能为生物医学带来革命性的变革。”

　　首先，太赫兹波具有类似X射线的穿透能力，但其光子能量小，不会引起生物组织的光离化。因此，太赫兹波用于生物医学成像具有安全较高的优点。

　　其次，由于许多生物大分子相互作用的能级正好落在太赫兹波段，在这一波段能够表现出较强的吸收和谐振。“这使太赫兹光谱能包含其他电磁波段无法探测到的大分子内部的重要信息。”姚建铨说。特别是太赫兹波对生物含水量极为敏感的特点，能够成为生物体水分布研究的重要手段。

　　此外，太赫兹波还有信噪比、稳定性、相干性等具有其他电磁波无法比拟的特点。因此，姚建铨认为，在微观领域，太赫兹波技术将提供新的科学方法，以解释生物大分子之间、细胞之间的相互作用物质规律;在宏观层面，该技术则将为疾病诊断、治疗、评估、监测和预警以及后续药物的研发生产带来革命性的冲击。

　　科学家已经证实，太赫兹波在乳腺癌、皮肤癌、结肠癌和肝癌等病理学性质上能够进行快速判定。

　　目前，国际上太赫兹生物医学研究随着欧盟2000年设立的国际联合项目“THz-Bridge”正式拉开了序幕。2005年，欧洲又启动了新的国际合作项目，包括来自意大利、德国、以色列等6个国家的研究机构参与了这一项目。如今，韩国首尔大学、美国弗吉尼亚大学、加州理工大学等研究机构也相继成立了生物太赫兹研究中心。

　　在我国，中国工程物理研究院与第三军医大学西南医院于2011年建立“生物医学和工程物理交叉实验室”，将太赫兹生物应用研究列为主要研究方向。2012年，中国工程物理研究院成立的太赫兹研究中心也包含了生物医学研究。

　　太赫兹生物医学研究已成为国际生命科学研究的热点。姚建铨指出，亟待突破的科学问题包括，太赫兹波与生物大分子相互作用及机理，特定组织和细胞对太赫兹波作用的生物效应以及生物医学应用中的太赫兹关键技术和仪器设备等。

　　姚建铨说：“相关领域科学家应加强学科交叉融合、联合攻关，力争在这一领域取得实质性突破。”

　　姚建铨，著名激光与非线性光学专家，中国科学院院士。现任中国光学学会理事、中国光学学会激光专业委员会副主任、中国电子学会物联网专家委员会副主任、天津市激光学会副理事长、天津大学现代光学仪器研究所副所长、中国矿业大学物联网研究中心名誉主任，同时任美国光学学会及SPIE会员、南加州大学激光中心客座高级研究员等职。

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