據麥姆斯咨詢報道，太赫茲（THz）位于電磁波譜的微波和紅外區域之間，為醫學和生物學應用帶來了巨大的希望。太赫茲波段——頻率范圍在0.3-3x1012Hz——為生物細胞的內部探視提供獨特視角，并提供了一種非電離式的癌癥成像方法。隨著實驗室太赫茲光源和敏感探測器的引入，我們能否很快看到太赫茲技術對臨床應用產生重大影響？

“我們已經進入了一個能夠利用太赫茲頻譜的時代，”利物浦大學物理學教授Peter Weightman說：“這是一種新工具，我們希望可以為癌癥診療帶來新進展。”

Weightman作為演講者出席了最近召開的“Towards the THz Imaging of Cancer”（邁向癌癥診斷的太赫茲成像技術）會議。該活動匯集了研究人員、臨床醫生和業內人士，探討如何將太赫茲成像轉變為有效的臨床工具。

單細胞研究

會議的第一位發言人是來自倫敦帝國理工學院的Norbert Klein，他探討了基于細胞尺寸或水含量等標志物的單細胞探測，這些標志物可以使用物理技術進行測量。例如，太赫茲和微波頻段的測量對細胞的水含量敏感，無需標記即可快速獲取細胞表征。

“微波到太赫茲波段的獨特之處在于，它探測細胞內部不受散射限制，”Klein解釋說，“這就是為什么這個波段特別令人感興趣的原因。這是一種新的癌細胞診斷形式，也許能成為其它檢測方法的有力補充?！?/p>

Klein提供了微波響應與癌細胞侵襲之間的相關性證據?！拔覀冞€不知道可以利用太赫茲獲得多少進展，可能會看到比微波更好的結果，但這只是剛剛開始，我們還需要更多的研究。”他補充說。

Klein和他的團隊開發了一種耦合腔諧振器系統，用于在10GHz（亞太赫茲）頻率下快速測量流動的細胞。他們將開口環諧振器與介質諧振器結合，并將它們集成到微流控芯片中。他指出該器件制造簡單、成本低，理論上可以擴展到100GHz（0.1THz）。

他們使用該器件檢測流動的聚苯乙烯微球，并實現了流動的（小鼠成肌細胞）細胞的首次微波測量。測量信號取決于細胞的體積，因而提供了一種快速準確的方法來測量細胞大小分布。其潛在的應用包括檢測比白細胞大的循環腫瘤細胞的血液樣本。

對于單個細胞的太赫茲檢測，Klein介紹了使用硅光子晶體諧振器來測量紅細胞懸浮液。“可以實現單個細胞的水含量測量，”他總結道，“我們已經在微波頻率上證明了這一點，并相信用太赫茲波段也可以?！?/p>

Klein指出，結合細胞大小和水含量快速測量的芯片實驗室（lab-on-a-chip）系統，或能成為癌癥診斷的破局者。

太赫茲體內成像

來自華威大學的Emma Pickwell-MacPherson研究了體內太赫茲成像所面臨的挑戰，她說：“我們注意到近期對太赫茲體內成像的研究越來越多?！?/p>

比如糖尿病足綜合征的篩查，就是利用太赫茲成像發現糖尿病患者和對照組之間組織水含量的差異；又如瘢痕愈合的監測，當表面變化已不再明顯時，太赫茲可以對細微的組織變化進行成像；以及角膜表面的非接觸太赫茲成像。

太赫茲技術還可以檢測正常組織和癌組織之間的差異。然而，由于需要控制大量變量，體內檢測具有挑戰性?！懊看芜M行比較研究時，即使測量相同區域的皮膚都很棘手，”Pickwell-MacPherson解釋說，“皮膚結構隨著位置、壓力、時間、護膚霜等不同而變化，我們需要可重復的實驗計劃?！?/p>

審核編輯 黃昊宇