近日，我国在无针诊断领域取得重大突破，天津大学精密仪器与光电子工程学院田震教授团队成功开发出一种新型太赫兹光声系统，为生物医学检测提供了新的技术手段。该研究成果已于近期发表在国际学术期刊《光学》上。

研发背景

太赫兹波处于电磁波谱中毫米波和红外线之间，具有独特的物理性质。其低能量特性意味着它不会对生物组织造成电离损伤，组织无害性使其在生物医学检测中具有天然优势，弱散射性则能让它在一定程度上清晰地反映生物结构和功能的变化。

这些特性使得太赫兹波成为了生物医学检测领域备受瞩目的工具，被众多科研人员认为是理想之选。不过，太赫兹波在生物医学应用中并非一帆风顺。水是生物体内的重要组成部分，而太赫兹波容易被水吸收。这一特性导致其在实际应用中面临着两大严峻挑战。

第一个挑战是排除复杂样本中水分子的干扰。生物样本通常成分复杂，水分子广泛存在。太赫兹波与水分子相互作用后，信号会发生显著变化，使得原本要检测的生物结构和功能信息被掩盖。科研人员难以从被干扰的信号中准确提取有效信息，这严重影响了太赫兹波检测的准确性和可靠性。

第二个挑战是穿透厚生物组织实现体内探测。生物组织具有一定的厚度，太赫兹波在穿过厚组织时，由于被水吸收，能量会不断衰减。当太赫兹波无法穿透足够的组织深度时，就无法对体内的生物结构和功能进行有效探测，限制了其在疾病早期诊断等方面的应用。

技术突破

为解决这些问题，科研人员不断探索，田震教授团队研发的新型太赫兹光声系统便是重要突破。

该系统创新性地结合了光声检测与太赫兹光谱技术。太赫兹光谱技术能利用太赫兹波敏感捕捉生物结构和功能变化的特性，而光声检测技术则为解决太赫兹波被水吸收的问题提供了有效途径。二者结合，发挥出各自优势，为生物医学检测带来新的可能。

具体工作过程中，系统通过发射太赫兹波激发血液中的钠离子振动。血液是生物体内重要的组成部分，钠离子在其中广泛存在。太赫兹波与钠离子相互作用，使其产生振动，进而产生超声波。这一过程巧妙地将太赫兹波的能量进行了转化。

产生的超声波由超声换能器捕获信号。超声换能器具有高灵敏度，能够准确捕捉到微弱的超声波信号。通过对这些信号的分析和处理，就可以获取生物体内的相关信息，实现对生物结构和功能变化的检测。

这种光声检测技术最大的亮点在于，它有效克服了水分子对太赫兹波的强吸收干扰，将吸收的太赫兹能量转化为声波，绕过了水分子对太赫兹波的干扰，实现了在无标记条件下的长期监测。这不仅提高了检测的准确性和可靠性，还为生物医学检测提供了一种更加便捷、高效的方法。

应用前景

在实验阶段，研究人员首先利用该系统对活体小鼠进行血钠浓度实时测量，实验过程中系统运行稳定，能够准确捕捉并反馈小鼠血钠浓度的动态变化。随后在人体志愿者试验中，也得到了积极的结果。这些实验数据初步验证了该系统走向临床应用的潜力与可行性，为其进一步推广奠定了坚实基础。

血钠的精准测量在医疗领域意义重大。脱水症、肾脏疾病以及部分神经和内分泌紊乱等病症，都与血钠浓度的异常密切相关。准确掌握血钠浓度，有助于医生及时做出诊断和制定治疗方案。而该系统可长期无创监测血液钠浓度，避免了传统检测方法给患者带来的痛苦和不便，能够持续为医疗诊断提供可靠的数据支持。

该系统的发展前景极为广阔。团队成员李娇副教授介绍，未来该系统的功能将不仅仅局限于检测血钠。太赫兹波具有独特的光谱特性，不同的离子和生物分子在太赫兹波段有其特征吸收谱。通过对这些特征吸收谱的识别，系统有望检测钾离子、钙离子等其他离子。

除了离子检测，该系统还能对糖类、蛋白质、酶等多种生物分子进行识别。这些生物分子在人体的生理过程中起着关键作用，对它们的检测有助于深入了解人体的健康状况和疾病发生机制。

随着技术的不断发展和完善，新型太赫兹光声系统有望成为生物医学检测领域的重要工具，为疾病的早期诊断、治疗和预防提供更加全面和精准的信息，推动生物医学检测行业迈向新的高度。