太赫茲檢測技術在生命科學領域的研究進展

摘要：太赫茲波檢測技術是位于現代科學前沿的新技術，因其電磁波頻率位于紅外和微波中段，該頻段包含了很多生物大分子的振動和信息應答的波段，所以太赫茲擁有區別與其他電磁波的獨特性質，例如低能性、瞬態性、相干性、寬帶性等，這些特性使其被廣泛應用到軍事、通訊、生物醫療等領域。在生物學領域，太赫茲波通過對分子構造重新排列其結晶結構，來促使生物體發生變性，所以又將太赫茲波稱為“物質變性光線”或“生命光線”。研究人體輻射太赫茲波是運用現代科學手段來探索生命狀態的新途徑。

關鍵詞：太赫茲;氣

1 太赫茲波簡介

太赫茲（Terahertz，1THz=1012Hz）波一般指的是頻率為0.1THz-10THz范圍內的電磁波，在電磁波譜上，其位置在紅外與微波之間，從物理學角度看，太赫茲波即是電子學向光子學過渡的交叉領域，也是由宏觀理論過渡到微觀量子理論體現。

在發現太赫茲波的初期，在各個科學領域對其有不同的稱呼，例如光學領域中，常稱之為遠紅外輻射，電子學中則稱亞毫米波或超微波。電磁波譜中，太赫茲波兩側的紅外和微波技術在上世紀80年代中期之前相對發展較為成熟，但是對位于中間的太赫茲波段認識非常有限，其根本緣由是此頻率波段的特性既不能完全適用光學理論，也不能完全運用微波理論來解釋，而且尚未研究出能穩定產生和探測太赫茲波的方法，“THz空隙\"（THz Gap）[1]的說法由此而來。

2 太赫茲波的特性

太赫茲波的頻率范圍處在電學和光學之間的交叉位置。在長波方向，它與毫米波有重疊;在短波方面，它與紅外波段有重疊。由于太赫茲波段在電磁波譜中其所處的區段比較特殊，從而使太赫茲具備許多其他種類電磁波沒有的特殊性質。其中最重要的特性有四種[1]：

（1）瞬態性：太赫茲波頻段的電磁脈沖脈寬為皮秒數量級，便于對多種材料例如固體、氣體、液體、鐵磁體、半導體及高溫超導體等進行采樣測量，從而大幅降低背景輻射的干擾，獲取擁有較高信噪比的時域波譜。

（2）寬帶性：太赫茲波產生的脈沖源一般情況下僅含有低周期的電磁振蕩，而且單脈沖頻帶能夠涵蓋自GHz到幾十太赫茲頻段的范圍，方便在較大的區間內分析待檢品的光譜性質[2]。

（3）相干性：太赫茲波相干產生機制導致其擁有相干性的特質，其原理是由于相干電流驅動的偶極子振蕩發生，或是因為相干激光脈沖經由非線性光學差頻效應而導致。運用基于太赫茲波的相干測量技術可以直接測得電場的相位和振幅，能夠更簡便準確地獲取物品的折射率和吸收系數，極大程度上降低了計算的不確定性，進而提升了準確度和可靠性。

（4）低能量性：太赫茲波的光子能量為4.1meV（毫電子伏特），僅僅為X射線光子能量的107至108分之一。而且太赫茲頻段的輻射不會因為光電離而破壞物質結構，十分適合生物學領域中人體或者其他生物的活體檢查[3]。

3 人體外氣實質的現代科學研究

在上世紀八九十年代氣功熱潮的推動下，國內大批科研人員與氣功愛好者對“氣”的實質展開初步的研究，在實踐與理論相結合的過程中，證明了氣是一種以能量和信息為表現形式的客觀存在。

在醫學領域的研究，馮理達等[4]通過檢測氣功外氣殺傷抑制后腫瘤細胞的存活情況證明了外氣能破壞胃腺癌細胞染色體復制功能，使癌細胞的增長率降低。遲永春等[5]研究表明，氣功外氣能導致肝癌小鼠的腫瘤細胞的增長減緩，甚至能夠殺死部分癌變細胞，將受到外氣干預后的癌細胞再次移植到動物體內，有15%-20%的動物未出現癌性反應。任建坤等[6]通過發放氣功外氣對Lewis小鼠肺癌細胞進行抑制作用研究，其結果證明氣功發放外氣可促進Lewis小鼠肺癌細胞的凋亡，抑制肺癌細胞的生長，并且發現其抑制效果與發氣時長、實驗人員的練功經驗等有關聯。饒斌等[7]進行了以意識調控“氣場”抑制金黃色葡萄球菌生長的研究，發現氣功外氣對金葡菌確實存在殺滅和抑制生長的作用。

大量實驗證實了人體之“氣”的客觀存在，其表現出的能量與信息可以被儀器所檢測到。近年來，任建坤[8]等通過太赫茲波檢測儀，對人體外“氣”的實質進行了更加深入的研究，證實了太赫茲波是人體外氣的表現形式之一，為今后針對中醫氣論的研究指出了新的方向。

參考文獻：

[1] 張存林，張巖等.太赫茲感測與成像[M].北京：國防工業出版社，2008.

[2] 周澤魁，張同軍，張光新.太赫茲波科學與技術[J].自動化儀表，2006，27（3）：1-6.

[3] 牧凱軍，張振偉，張存林.太赫茲科學與技術[J].中國電子科學研究院學報，2009，4（3）：221-228.

[4] 馮理達，錢菊卿，陳淑琴等.氣功外氣對人類腫瘤細胞作用的研究[J].中國醫藥學報，1987，2（5）：18-20.

[5] 遲永春，周舒，張昆林等.氣功外氣對腫瘤作用的實驗研究[J].中國康復醫學雜志，1989，4（6）：41-43.

[6] 任建坤，邱烈澤，林松等.基于氣功“外氣”對體外培養小鼠肺癌細胞的抑制作用[C].北京：世界醫學氣功學會第九屆學術交流會議，2016：251-253.

[7] 饒斌，曾雅婷，章文春.以人體意識調控“氣場”抑制金黃色葡萄球菌生長的研究[J].江西中醫藥，2018，49（07）：46-48.

[8] 任建坤，章文春，費倫，胡穎，邵文祥，邱烈澤.基于太赫茲技術對中醫氣理論外氣實質研究[J].中華中醫藥雜志，2017，32（09）：4133-4135.