太赫兹检测技术在生命科学领域的研究进展

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  摘要:太赫兹波检测技术是位于现代科学前沿的新技术,因其电磁波频率位于红外和微波中段,该频段包含了很多生物大分子的振动和信息应答的波段,所以太赫兹拥有区别与其他电磁波的独特性质,例如低能性、瞬态性、相干性、宽带性等,这些特性使其被广泛应用到军事、通讯、生物医疗等领域。在生物学领域,太赫兹波通过对分子构造重新排列其结晶结构,来促使生物体发生变性,所以又将太赫兹波称为“物质变性光线”或“生命光线”。研究人体辐射太赫兹波是运用现代科学手段来探索生命状态的新途径。
  关键词:太赫兹;气
  1 太赫兹波简介
  太赫兹(Terahertz,1THz=1012Hz)波一般指的是频率为0.1THz-10THz范围内的电磁波,在电磁波谱上,其位置在红外与微波之间,从物理学角度看,太赫兹波即是电子学向光子学过渡的交叉领域,也是由宏观理论过渡到微观量子理论体现。
  在发现太赫兹波的初期,在各个科学领域对其有不同的称呼,例如光学领域中,常称之为远红外辐射,电子学中则称亚毫米波或超微波。电磁波谱中,太赫兹波两侧的红外和微波技术在上世纪80年代中期之前相对发展较为成熟,但是对位于中间的太赫兹波段认识非常有限,其根本缘由是此频率波段的特性既不能完全适用光学理论,也不能完全运用微波理论来解释,而且尚未研究出能稳定产生和探测太赫兹波的方法,“THz空隙"(THz Gap)[1]的说法由此而来。
  2 太赫兹波的特性
  太赫兹波的频率范围处在电学和光学之间的交叉位置。在长波方向,它与毫米波有重叠;在短波方面,它与红外波段有重叠。由于太赫兹波段在电磁波谱中其所处的区段比较特殊,从而使太赫兹具备许多其他种类电磁波没有的特殊性质。其中最重要的特性有四种[1]:
  (1)瞬态性:太赫兹波频段的电磁脉冲脉宽为皮秒数量级,便于对多种材料例如固体、气体、液体、铁磁体、半导体及高温超导体等进行采样测量,从而大幅降低背景辐射的干扰,获取拥有较高信噪比的时域波谱。
  (2)宽带性:太赫兹波产生的脉冲源一般情况下仅含有低周期的电磁振荡,而且单脉冲频带能够涵盖自GHz到几十太赫兹频段的范围,方便在较大的区间内分析待检品的光谱性质[2]。
  (3)相干性:太赫兹波相干产生机制导致其拥有相干性的特质,其原理是由于相干电流驱动的偶极子振荡发生,或是因为相干激光脉冲经由非线性光学差频效应而导致。运用基于太赫兹波的相干测量技术可以直接测得电场的相位和振幅,能够更简便准确地获取物品的折射率和吸收系数,极大程度上降低了计算的不确定性,进而提升了准确度和可靠性。
  (4)低能量性:太赫兹波的光子能量为4.1meV(毫电子伏特),仅仅为X射线光子能量的107至108分之一。而且太赫兹频段的辐射不会因为光电离而破坏物质结构,十分适合生物学领域中人体或者其他生物的活体检查[3]。
  3 人体外气实质的现代科学研究
  在上世纪八九十年代气功热潮的推动下,国内大批科研人员与气功爱好者对“气”的实质展开初步的研究,在实践与理论相结合的过程中,证明了气是一种以能量和信息为表现形式的客观存在。
  在医学领域的研究,冯理达等[4]通过检测气功外气杀伤抑制后肿瘤细胞的存活情况证明了外气能破坏胃腺癌细胞染色体复制功能,使癌细胞的增长率降低。迟永春等[5]研究表明,气功外气能导致肝癌小鼠的肿瘤细胞的增长减缓,甚至能够杀死部分癌变细胞,将受到外气干预后的癌细胞再次移植到动物体内,有15%-20%的動物未出现癌性反应。任建坤等[6]通过发放气功外气对Lewis小鼠肺癌细胞进行抑制作用研究,其结果证明气功发放外气可促进Lewis小鼠肺癌细胞的凋亡,抑制肺癌细胞的生长,并且发现其抑制效果与发气时长、实验人员的练功经验等有关联。饶斌等[7]进行了以意识调控“气场”抑制金黄色葡萄球菌生长的研究,发现气功外气对金葡菌确实存在杀灭和抑制生长的作用。
  大量实验证实了人体之“气”的客观存在,其表现出的能量与信息可以被仪器所检测到。近年来,任建坤[8]等通过太赫兹波检测仪,对人体外“气”的实质进行了更加深入的研究,证实了太赫兹波是人体外气的表现形式之一,为今后针对中医气论的研究指出了新的方向。
  参考文献:
  [1] 张存林,张岩等.太赫兹感测与成像[M].北京:国防工业出版社,2008.
  [2] 周泽魁,张同军,张光新.太赫兹波科学与技术[J].自动化仪表,2006,27(3):1-6.
  [3] 牧凯军,张振伟,张存林.太赫兹科学与技术[J].中国电子科学研究院学报,2009,4(3):221-228.
  [4] 冯理达,钱菊卿,陈淑琴等.气功外气对人类肿瘤细胞作用的研究[J].中国医药学报,1987,2(5):18-20.
  [5] 迟永春,周舒,张昆林等.气功外气对肿瘤作用的实验研究[J].中国康复医学杂志,1989,4(6):41-43.
  [6] 任建坤,邱烈泽,林松等.基于气功“外气”对体外培养小鼠肺癌细胞的抑制作用[C].北京:世界医学气功学会第九届学术交流会议,2016:251-253.
  [7] 饶斌,曾雅婷,章文春.以人体意识调控“气场”抑制金黄色葡萄球菌生长的研究[J].江西中医药,2018,49(07):46-48.
  [8] 任建坤,章文春,费伦,胡颖,邵文祥,邱烈泽.基于太赫兹技术对中医气理论外气实质研究[J].中华中医药杂志,2017,32(09):4133-4135.
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