研究人员强调了太赫兹(THz)生物光子学作为新兴跨学科研究领域的潜力，并提出了实现其更广泛应用的技术路线图。图片来源：日本早稻田大学 Kazunori Serita 博士
生物光子学是一个多学科领域，涉及基于光的技术的开发和应用，用于研究、监测和治疗生物系统。直接对细胞和分子成像的能力在过去一个世纪中导致了许多基础性发现。最近，电磁频谱中的太赫兹(THz)区域因其作为推进生物研究的有前景前沿而日益受到关注。
THz频率范围与几种基本生物过程相关。尽管THz辐射被水强烈吸收——传统上被视为一种限制——但这种特性可以实现对水合状态和水分含量的敏感表征。与可见光相比，THz波也能更有效地穿透某些生物组织。
然而，尽管取得了稳步进展，THz生物光子学在直接观察细胞和分子动力学方面仍落后于基于可见光的技术。这主要是由于几个挑战，包括相对较低的空间分辨率(THz波长较长的结果)、对水的高敏感性使测量复杂化、成像速度较慢以及仪器笨重。幸运的是，最近的发展表明其未来潜力巨大。
为了突出这些进展，日本早稻田大学(Waseda University)信息、生产与系统研究生院副教授Kazunori Serita与日本冈山大学(Okayama University)跨学科科学研究所特聘教授Masayoshi Tonouchi共同发表了一篇全面综述，总结了目前解决限制和改进THz生物光子学应用的努力。该研究于2026年5月28日发表在《物理学光子学杂志》(Journal of Physics Photonics)上。
"THz生物光子学是下一代生物医学技术的一个引人入胜的研究领域。目前，THz生物医学应用仅限于少数利基领域，存在许多技术限制。新兴THz技术的最新发展大大增加了克服这些技术限制的潜力，"Serita表示。
在他们的综述中，研究人员首先概述了THz辐射如何与生物过程相互作用，强调了关键优势，如对分子指纹谱的敏感性以及实现无创、非破坏性和无标记测量的能力。他们还讨论了水的强介电色散和吸收。
接下来，他们追溯了关键THz技术的历史发展，包括THz时域光谱、THz成像技术的演变以及可用于探测复杂和小型生物样本的THz超材料生物传感器的出现。
一个主要焦点是显示早期应用潜力的领域。例如，由于THz成像对组织成分的敏感性，它在皮肤癌诊断中正受到越来越多的关注，并正朝着临床试验方向发展。伤口评估是THz成像应用日益增多的另一个领域。乳腺癌的边缘评估也是一个THz技术具有高潜力的实际临床应用关键领域，为简化当前程序提供了途径。该综述还强调了在药物发现和药物分析中的应用。
除了这些领域外，该综述还确定了新兴方向，如单细胞THz成像、分子尺度THz研究、内部器官(包括胃肠道和呼吸系统)诊断以及基于THz的血液分析。此外，它还强调了能够使THz在生理条件下观察细胞和分子的未来技术，包括Serita及其同事最近开发的"点太赫兹源"(point-terahertz source)技术。
"THz测量技术不仅有利于医学，还惠及包括药物发现、食品检测、环境监测、半导体评估和生物技术在内的广泛行业，"Serita表示。
最后，研究人员提出了未来研究的主要领域，包括确定生物样本中THz对比度的精确来源以及改进对水动力学的理解以提高可靠性。
"我们的研究提供了新兴方法的路线图，这些方法有助于将THz生物光子学领域从概念验证研究转变为实际的生物医学应用，"Serita总结道。
Kazunori Serita等人，《太赫兹生物光子学的最新进展和新兴方向》，《物理学光子学杂志》(Journal of Physics: Photonics)(2026)。DOI: 10.1088/2515-7647/ae7490
由早稻田大学(Waseda University)提供
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