據(jù)麥姆斯咨詢報道，太赫茲（THz）位于電磁波譜的微波和紅外區(qū)域之間，為醫(yī)學(xué)和生物學(xué)應(yīng)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(nèi)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(shù)對臨床應(yīng)用產(chǎn)生重大影響？

“我們已經(jīng)進入了一個能夠利用太赫茲頻譜的時代，”利物浦大學(xué)物理學(xué)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(shù)）會議。該活動匯集了研究人員、臨床醫(yī)生和業(yè)內(nèi)人士，探討如何將太赫茲成像轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У呐R床工具。

單細胞研究

會議的第一位發(fā)言人是來自倫敦帝國理工學(xué)院的Norbert Klein，他探討了基于細胞尺寸或水含量等標(biāo)志物的單細胞探測，這些標(biāo)志物可以使用物理技術(shù)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(biāo)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(nèi)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。”

Klein提供了微波響應(yīng)與癌細胞侵襲之間的相關(guān)性證據(jù)。“我們還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(jié)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(fā)了一種耦合腔諧振器系統(tǒng)，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(huán)諧振器與介質(zhì)諧振器結(jié)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(xiàn)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(zhǔn)確的方法來測量細胞大小分布。其潛在的應(yīng)用包括檢測比白細胞大的循環(huán)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(xiàn)單個細胞的水含量測量，”他總結(jié)道，“我們已經(jīng)在微波頻率上證明了這一點，并相信用太赫茲波段也可以。”

Klein指出，結(jié)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(tǒng)，或能成為癌癥診斷的破局者。

太赫茲體內(nèi)成像

來自華威大學(xué)的Emma Pickwell-MacPherson研究了體內(nèi)太赫茲成像所面臨的挑戰(zhàn)，她說：“我們注意到近期對太赫茲體內(nèi)成像的研究越來越多。”

比如糖尿病足綜合征的篩查，就是利用太赫茲成像發(fā)現(xiàn)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(jiān)測，當(dāng)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(shù)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(nèi)檢測具有挑戰(zhàn)性。“每次進行比較研究時，即使測量相同區(qū)域的皮膚都很棘手，”Pickwell-MacPherson解釋說，“皮膚結(jié)構(gòu)隨著位置、壓力、時間、護膚霜等不同而變化，我們需要可重復(fù)的實驗計劃。”

審核編輯 黃昊宇