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香山科學會議呼吁加快太赫茲技術生物醫學研究

日期:2016-02-17

[導讀] 很多患者在醫院檢查病情時,需要做X光、CT、核磁共振等一系列檢查。太赫茲(THz)波,一個尚未充分開發的電磁波段,或許將會改變這種狀況。

    很多患者在醫院檢查病情時,需要做X光、CT、核磁共振等一系列檢查。太赫茲(THz)波,一個尚未充分開發的電磁波段,或許將會改變這種狀況。

  4月8日—9日,在以“太赫茲波在生物醫學應用中的科學問題與前沿技術”為主題的第488 次香山科學會議上,與會專家指出,由于太赫茲波具有反應物質結構與性質的指紋特性,并且光子能量低,遠遠小于X射線能量,不會對生物大分子、生物細胞和組織產生有害電離,特別適合于對生物組織進行活體檢查。因此,相較于現有醫學成像技術,太赫茲波光譜成像技術具有更獨特、更適用的物理特征。

  太赫茲波是頻率在0.1—10THz的電磁波,處于宏觀電子學向微觀光子學過渡的波段。國際上,太赫茲生物醫學研究隨著歐盟2000年設立的國際聯合項目“THz-Bridge”正式啟動。美國政府將太赫茲技術評為“改變未來世界的十大技術” 之一,日本將其列為“國家支柱十大重點戰略目標”之首,并將生物醫學應用列為主要方向之一,歐洲也連續10年將生物醫學應用作為首要研究方向。

  本次會議的執行主席之一姚建銓院士介紹說,圍繞太赫茲技術生物醫學應用研究,國際上已經開展了很多大型國際合作項目。目前,國內外在太赫茲技術生物大分子、細胞、組織、器官等生物監測及生物效應研究方面,已取得部分代表性成果。

  本次會議的執行主席之一杜祥琬院士指出,在所有物理技術中,電磁波技術對醫學的促進作用尤其突出。從1901年X線獲得第一屆諾貝爾物理學獎開始,已有5項與生物醫學相關的諾貝爾獎授予了X光譜技術領域。“這次會議就是研討太赫茲技術和生物醫學前沿的交叉,推動這個領域的深入研究與合作。”

  針對太赫茲技術在生物醫學方面的應用,吉林大學教授崔洪亮介紹,生物大分子相互作用是重大生命現象與病變產生的關鍵動因,而太赫茲光子能量覆蓋了生物大分子空間構象的能級范圍。該頻段包含了其他電磁波段無法探測到的直接代表生物大分子功能的空間構象等重要信息。因此,可以發展一種利用太赫茲探測和干預生物大分子相互作用過程的新理論和新技術,為當前重大疾病診斷、有效干預提供先進的技術手段。

  太赫茲技術最終應用到生物醫學領域,還需要落實到具體的醫療設備上,在產業化上形成一定規模。

  “我國檢驗醫學現有的核心技術和臨床設備主要都被國外壟斷,國產品牌市場占有率極低。”第三軍醫大學西南醫院府偉靈教授對此憂心忡忡。他指出:“目前,太赫茲波偵檢分子與細胞的檢測理論和關鍵技術是我國第一個與全球同步開展的研究,將從新的視角為檢驗醫學領域提供分子和細胞偵檢的革命性科學手段,有望闡明和提供全新的檢驗醫學理論與技術體系,形成太赫茲波—檢驗醫學優勢新學科和產業基礎。”

  中國工程物理研究院流體物理研究所李澤仁研究員也表示,目前通過國家對太赫茲源、探測器及成像系統等關鍵技術與儀器設備的大力支持,我國已基本具備開展太赫茲生物醫學研究的基礎。

  “可以說,太赫茲技術在生物醫學微觀領域,將為揭示生物大分子之間、細胞之間的相互作用物質規律,呈現這些作用和活動的物性特征,最終解釋各種生命現象提供革命性科學方法;在生物醫學宏觀層面,將為疾病的診斷、治療、評估、監測和預警及后續藥物設計、研發、生產和評價帶來革命性改變。”對太赫茲技術的未來,天津大學教授姚建銓院士充滿信心。

  然而,國內太赫茲波生物醫學研究剛剛起步,缺乏學科間深入有效的交叉融合,缺乏全國性的學術戰略發展規劃,還不具備國際競爭力。在相關科研支持方面,目前我國只有6項與太赫茲波生物醫學相關的國家自然科學基金項目。

  “國內目前有多個團隊正在開展太赫茲波生物醫學研究,但還缺乏交叉融合、聯合攻關、體系研究的平臺、團隊和技術支撐,實現實質性突破任重道遠。”會議執行主席之一、中國工程物理研究院劉倉理研究員呼吁,這不僅需要研究人員奮起直追,也需要在國家層面上給予規劃、支持和協調。

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