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中國生物物理學會低氧與健康科學分會2019年8月，中國生物物理學會「低氧與健康科學」分會被批准成立，其宗旨是配合國家健康中國戰略的實施，推動「低氧與健康」科研與運用，服務國家主動健康工程；組織相關領域的專題研討、學術交流、科普教育和編輯相關出版刊物，統領「低氧與健康」科學發展趨勢及凝練未來發展方向，促進「低氧與健康」科學與其他傳統學科融合發展，為以健康服務為目的學術交流整合提供服務及高端學術交流平台。

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【前沿科普】生物檢測新「慧眼」——太赫茲成像

在電磁波譜的紅外和微波之間有一種頻率介於0.1 THz 至10 THz (1 THz= 1×1012 Hz)的電磁波，稱之為太赫茲波(THz，圖1)，其波長為30 μm至3 mm，是一種肉眼不可見的光波。

隨着現代科技的快速發展，太赫茲波逐漸進入了人們的視野和生活，如6G通訊就用到了太赫茲波。有趣的是，很多領域都會用到太赫茲波，特別是生物醫學領域。生物分子和水分子在太赫茲波段有特徵吸收，利用太赫茲波技術可以對生物樣品進行成像檢測[1-2]。與常見的生物熒光成像技術不同，在太赫茲生物成像技術中，無需對樣品進行標記（如引入染料分子或熒光基團）和預處理（如包埋或脫水），並且太赫茲光子對生物樣品幾乎不造成損傷[3-5]。由於具有無標記、無損和安全等優點，太赫茲生物成像越來越多地受到科學家們的青睞，成為了一種新的「慧眼」，有望為精準醫療帶來新的技術革命。下面，我們從空間分辨率的角度來了解一下三種不同的太赫茲生物成像技術。

亞毫米分辨太赫茲生物成像技術

將從發射器（Emitter）發出的太赫茲光束聚焦到樣品表面，而後利用探測器（Detector）接收透過樣品或從樣品表面反射的太赫茲光則可實現對樣品的太赫茲成像（圖2）。這種太赫茲成像技術屬於傳統的遠場探測技術，由於受光學衍射極限的限制，空間分辨率一般在亞毫米級，因而主要用於生物組織檢測。採用該技術，可以方便地對病變生物組織進行成像檢測，如黑色素瘤組織檢測（圖3）。

微米分辨太赫茲生物成像技術

人們很快發現傳統太赫茲成像技術在分辨率方面的不足，因而發展出了一種新的高分辨太赫茲成像技術。這種技術主要是通過採用一個微型的光電導天線探測器在距離樣品表面數個微米的範圍內對透過樣品的太赫茲波進行探測。由於探測器離樣品的距離小於太赫茲波的半波長，所以該探測屬於近場光學技術，可以克服光學衍射極限的限制，實現微米級分辨探測（圖4）。應用該技術，研究人員對細胞脫水過程進行了成像監測（圖5）,可以清晰地觀察到細胞在脫水過程中的體積收縮以及內部物質濃縮變化（箭頭所示）。

納米分辨太赫茲生物成像技術

雖然微米分辨太赫茲成像技術可以從細胞水平開展生物檢測，但是無法開展更高空間分辨要求的成像研究。如對生物分子成像，就需要納米級分辨的太赫茲成像技術。為解決這個問題，科學家們將太赫茲技術與掃描納米探針成像技術結合，發明了具有納米分辨的太赫茲成像技術。在該技術中，將太赫茲光束照射在金屬（化）的納米探針末端，將太赫茲光束聚焦至納米尺度，從而實現納米級空間分辨的目的。在此基礎上，通過對探測到的反射的太赫茲光進行分析，最終可實現對樣品的納米分辨太赫茲成像（圖6）。利用此技術，研究人員成功地實現了單個蛋白分子的太赫茲成像檢測，並獲得其太赫茲光譜信息。