为提高成像质量，避免离体组织的水分丢失，研究者采用了多种方法进行改进，例如使用冻干法、福尔马林固定和琼脂包埋等方式处理标本[13-15]。另有研究发现，当温度低于0 ℃，水的吸收性降低并且太赫兹的穿透深度会增加[16-17]。He及其同事研究了不同温度及冻融快慢对组织太赫兹特征的影响[18]。试验将猪的肌肉组织和脂肪组织分别采取两种方式处理，第一种是将标本冻于-20 ℃三天，在室温下融解(缓冻缓融组)；第二种是将标本进行液氮速冻，储存于-80 ℃三天，在水中融解(速冻速融组)。然后将新鲜标本与上述处理过的融解标本相比较。结果表明缓冻缓融组会影响标本的太赫兹特性，相比于脂肪，水含量越多(肌肉)的组织受的影响越大，故在做相似处理时推荐采用速冻速融的方式来减少误差。太赫兹体外成像技术有望成为对病理组织分析的补充，其在疾病筛查，术中病灶性质鉴别等方面的进展，可以极大地提高临床效率和社会健康保障。

2.2 太赫兹体内成像病变分析

Jung等使用太赫兹技术对早期宫颈癌患者淋巴结进行检测，实验对在体癌症引流区域的淋巴结进行分析成像，与术后淋巴结病理检查结果进行比较，结果发现淋巴结转移区域的反射峰振幅与正常淋巴结区域的反射峰振幅相比明显降低，太赫兹光谱成像能够显示最小约3 mm转移灶的轮廓[19]。皮瓣是从人体健康处取下，带有血液供应的组织，其能否存活于损伤部位是皮瓣移植手术成功与否的关键。Bajwa及其同事将6只小鼠背部取得的皮瓣分成2组：皮瓣存活组和皮瓣坏死组(由组织学证实)，使用太赫兹成像技术动态监测了一周内两组皮瓣含水量的变化，结果表明，太赫兹成像可以先于肉眼观察24 h发现两组皮瓣的变化[20]。Bajwa等的另一项研究同样是基于水含量的变化来探讨太赫兹成像对比磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)，从而来评估烧伤程度，这是首次体内评估太赫兹成像的水含量对比度和探测深度[21]。此外，Hernandez-Cardoso及其同事将太赫兹成像技术在糖尿病的早期诊断中进行了测试[22]。其中糖尿病组12人、对照组21人。受试者坐在特定的装置上，对足底进行太赫兹成像，分别比较了大拇趾、足底中部和脚后跟的数据后，结果均显示糖尿病组皮肤组织中水含量明显少于对照组，如图3所示。

图3 糖尿病足组与对照组的水含量的比较[22]。(a) 对照组太赫兹成像图；(b)糖尿病足组太赫兹成像图；(c)足底水含量；(d)拇趾中心水含量；(e)脚后跟中心水含量Fig. 3 Comparison between diabetic group and control group[22]. (a) Terahertz image of a typical member of the control group; (b) Terahertz image of a typical member of the diabetic group; Volumetric fraction of water for control group members and diabetics (c) averaged over the foot sole, (d) at the center of the greater toe and (e) at the center of the heel

3 太赫兹光谱技术在生物医学中的应用

常见的太赫兹光谱技术有时域光谱、时间分辨光谱和太赫兹发射光谱技术。太赫兹光谱技术主要基于不同生物分子或生物分子间不同的结合方式所独有的太赫兹特性，分析吸收或反射系数的差异来识别目标物质。太赫兹光谱技术的研究覆盖了从分子到细胞，再到组织等不同生物水平的存在。如图4所示。

图4 太赫兹光谱技术在生物医学中的应用Fig. 4 Applications of terahertz spectroscopy in biomedicine

3.1 生物分子水平

3.1.1 氨基酸、多肽和蛋白质

氨基酸(Amino acid)是由氨基(-NH2)和羧基(-COOH)与R侧链组成的有机分子；两个氨基酸以肽链链接形成二肽(bipeptide)，三个及三个以上的氨基酸以肽键连接形成多肽(polypeptide)；氨基酸经过脱水缩合、折叠等形成了蛋白质(protein)。

早在2003年，Kutteruf及其同事发现20种天然氨基酸的太赫兹吸收谱在1 THz～15 THz[23]。随后，为了减少水的强吸收性对太赫兹光谱测量的影响，Kikuchi及其同事使用一种高分子膜去滤水以得到更好的测量物质的光谱[24]，使得太赫兹技术可用于水相。近来，太赫兹技术被用于对混合物中不同氨基酸的定性定量分析[25-26]。Yamamoto等人用太赫兹时域光谱技术对甘氨酸、丙氨酸及其多肽进行测量，频率为1.37 THz时发现了聚甘氨酸的振动谱带[27]。太赫兹光谱技术被广泛用于研究蛋白质的构象改变、分子间作用和定量分析等[28]。蛋白的淀粉样聚集和纤维化在阿尔兹海默症、帕金森等疾病中发挥重要作用。观察淀粉样纤维化的构象改变过程对临床诊治意义重大，Liu及其同事尝试用太赫兹光谱技术来观察这一现象。结果发现在温度为293K，太赫兹频率为0.2 THz～2.0 THz时，能够观察到胰岛素聚合物的太赫兹光谱吸收率和折射率均明显高于单体胰岛素[29]。Chen等人对卵清溶菌酶(HEWL)与3-乙酰氨基葡萄糖(3NAG)的结合进行研究，发现在温度为270 K时，HEWL+3NAG的吸收系数明显低于游离的HEWL，证明了太赫兹光谱技术检测分子间作用的可行性[30]。此外，蛋白质是一类重要的营养物质，对蛋白质的含量及种类评估是热点之一。2012年，Teng及其同事采用太赫兹时域光谱和红外光谱分别对牛奶粉末、杏仁核粉末和糖进行测量[31]，结果表明蛋白质含量越高，其吸收和反射系数越高。并且太赫兹光谱比红外光谱敏感性更好，说明太赫兹时域光谱技术可以在蛋白质的定性定量分析中发挥作用。

文章来源：《医学食疗与健康》 网址: http://www.yxslyjkbjb.cn/qikandaodu/2021/0415/1024.html