不扎針不抽血，未來驗血只需“一束光”？

鈉是人體內(nèi)的一種重要的電解質(zhì)，身體內(nèi)大多數(shù)鈉離子存在于血液與細胞周圍的間隙液內(nèi)，有助于保持體液的正常平衡，對神經(jīng)與肌肉功能起到關(guān)鍵的作用。

目前，我們要想測量身體中血鈉含量的多少，一般都需要去醫(yī)院抽血檢查。不過以后，我們可能不用再承受扎血管的痛苦了！天津大學精密儀器與光電子工程學院光電子科學技術(shù)系科研團隊開發(fā)了一種太赫茲光聲系統(tǒng)，無需抽血就能夠檢測活體小鼠的血鈉水平，相關(guān)人體實驗也取得了階段性成果。這一重要突破推動了無創(chuàng)診斷技術(shù)的發(fā)展。

太赫茲與血液相互作用

（圖片來源：參考文獻[1])

無需采血——光聲技術(shù)檢測血液成分

太赫茲跟可見光一樣，都是電磁波，只是種類不同。不同電磁波的特性不同，好比七個葫蘆娃有不同的本領(lǐng)：能夠加熱食物的微波，是電磁波的一種；醫(yī)院檢查骨頭使用的穿透人體的X光，是電磁波的一種；可以殺滅細菌的紫外線，也是電磁波的一種。

那么，太赫茲有什么特別之處呢？太赫茲能夠穿透物體，能量比X光低，不會對人體造成傷害，對水、金屬離子、糖、蛋白質(zhì)有獨特的吸收效應。利用太赫茲觀察人體組織，不僅能夠看出組織的形狀，還能看出組織的成分。

用于檢測生物血液中鈉離子含量太赫茲光聲系統(tǒng)的工作原理可分為三個核心步驟：

第一步，太赫茲光聲系統(tǒng)發(fā)射太赫茲脈沖，脈沖一個接一個地穿透組織到達血管，被血管中的水、血糖以及各類離子吸收；第二步，吸收太赫茲能量后，這些物質(zhì)會發(fā)出不同種類的超聲波；第三步，太赫茲光聲系統(tǒng)中接收超聲波的儀器收到超聲波后，篩選出鈉離子所發(fā)出的特定種類超聲波，超聲波信號的強弱能夠反映鈉離子含量的多少。

用太赫茲光聲系統(tǒng)檢測生物血液中鈉離子含量的工作原理

(圖片來源：參考文獻[1])

其中，記錄微小聲波信號的探測器是無創(chuàng)血鈉檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，血液中的各類成分元素復雜，所發(fā)出的超聲波信號種類繁多，探測器需要足夠靈敏，才能分辨不同信號之間的細微差別。

特別值得一提的是，我國有較多人因為患糖尿病，需要經(jīng)常監(jiān)測自身的血糖水平，傳統(tǒng)的檢測手段幾乎都是有創(chuàng)或者微創(chuàng)采血的方式。針對無創(chuàng)血糖監(jiān)測，大家做出了各種嘗試，其中也包括利用太赫茲檢測技術(shù)，但目前尚未出現(xiàn)完全無創(chuàng)且測試精準的方式。由于血液中的血糖含量較低，且變化范圍微小，當前太赫茲測量技術(shù)準確度在70%-80%，仍然無法達到醫(yī)療領(lǐng)域的標準。

太赫茲的更多應用——探測領(lǐng)域的新興寶物

為了更好地發(fā)揮太赫茲的特長，人們還將它運用在了安檢系統(tǒng)中。相比于X光，太赫茲的能量比較弱，對人體沒有傷害，可以頻繁使用。一些危險物品如爆炸物、毒品等，在太赫茲波段有獨特的吸收特性，太赫茲就可以識別是否有人攜帶了類似物品。此外，太赫茲還能夠穿透紙張衣物等，發(fā)現(xiàn)藏匿其中的刀具。

太赫茲視角下的持刀人，正常視角無法發(fā)現(xiàn)報紙中的刀具。

（圖片來源：參考文獻[2])

無創(chuàng)傳感器——隨時隨地監(jiān)測身體健康

這項技術(shù)還有一個重要意義——無創(chuàng)檢測能夠持續(xù)地獲得血液中離子的濃度信息。與醫(yī)院抽血檢查只能獲得某一時刻的血液成分不同，該設備如果能夠小型化，那么人體就能夠隨身帶著一個迷你的體檢機器，時刻監(jiān)測身體狀態(tài)。目前，許多的智能手表都能夠持續(xù)測量心率、血氧并粗略地測量血壓，但尚無設備能夠?qū)崿F(xiàn)無創(chuàng)持續(xù)測量血糖等更精細的生化指標。

相信隨著技術(shù)發(fā)展，將來能夠無創(chuàng)實時監(jiān)測的指標會越來越多。那時，喝完一大碗白米粥后，我們將看到血糖含量急劇升高；容易低血糖的人會收到提前預警；面對公眾講話緊張時，腎上腺素曲線開始波動……無創(chuàng)傳感器將為每人的個性化健康管理提供數(shù)據(jù)支持。

電磁波——人類的百寶箱

對電磁波的理解與應用，大大改變了我們的生活。工程師用X光給機器探傷，醫(yī)生用X光查看骨折病人的狀況；可見光則用來照亮夜晚的街道，屏幕中密集的可見光燈珠將這篇文章展示在了你面前；紅外夜視撕破黑夜的“偽裝”；光纖以光速傳遞網(wǎng)絡信息；微波快速加熱食物填飽肚子；長波則維系著深潛水下的潛艇與指揮部的聯(lián)絡......電磁波，堪比百寶箱的存在！

太赫茲技術(shù)的突破，正是人類探索電磁波特性的又一成果。隨著研究深入，這一“百寶箱”還將解鎖更多未知的應用可能，持續(xù)推動醫(yī)療、安檢、通信等領(lǐng)域的進步。

參考文獻：

[1]Jiao Li, Yixin Yao, Jiaxuan Liang, Chen Li, Liwen Jiang, Zhen Tian, and Weili Zhang, “Non-invasive, real-time monitoring of blood Na+invivousing terahertz optoacoustics,” Optica12, 914-923 (2025)

[2]Pawar, Ashish Y., et al. “Terahertz technology and its applications.”Drug invention today5.2 (2013): 157-163.

出品：科普中國

作者：海里的咸魚（中國科學院長春光學精密機械與物理研究所）

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