| 标题：论文：太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用分析 |
| 目 录 1 绪论 1 2 太赫兹光谱和成像技术 2 3 用于生物分子检测的太赫兹技术 3 3.1 氨基酸和多肽 3 3.2 蛋白质 3 3.3 DNA 4 4 用于生物组织检测的太赫兹技术 5 4.1 角膜组织 5 4.2 脑组织 6 4.3 牙齿组织 6 4.4 骨组织 7 4.5 烧伤组织 7 4.6 其他组织 8 5 结 论 8 参考文献 9 太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用分析 摘 要：近年来太赫兹科学技术日益受到科学界和工业界的重视并得到了较大的发展，太赫兹技术在医学领域上的应用已成为人们关注的重要方面之一。介绍了太赫兹波的特点、太赫兹光谱和成技术；重点讨论了近年来太赫兹光谱和成像技术在医学检测和诊断领域中的应用和研究进展；并探讨了太兹光谱和成像技术发展中需要解决的问题以及今后发展的方向。 关键词：太赫兹光谱；太赫兹成像；医学检测；医学诊断 1 绪论 太赫兹波 ，一般 是 指 频 率范 围 在0.1~1.0THz（波长范围30μm~3mm）间的电磁辐射波。1THz等于1012Hz，或者等于4meV光子能。太赫兹波谱段位于毫米波和红外光之间。在很长的一段时间里，由于缺少良好的光源和检测器，太赫兹的研究进展缓慢，一度被称作“THz空隙” 。 近十几年来，随着光子学技术和材料科学技术的发展，太赫兹波技术得到了突破性的进展，太赫兹辐射技术的应用研究也迅速扩展到了越来越多的领域。这些研究领域包括了生物医学、药剂学、材料科学、物理学、环境科学、航空航天、安防和工业无损检测等。在生物医学领域方面，太赫兹光谱技术在癌症诊断方面的应用研究越来越多。其主要原因是：（1）生物有机分子的骨架振动、转动光谱以及分子间弱的相互作用力（如氢键、范德华力等）能级处在太赫兹谱段范围内，这是太赫兹波在生物医学上应用的基础；（2）太赫兹波对极性分子具有较高的灵敏性，尤其是对水具有独特的灵近十几年来，随着光子学技术和材料科学技术的发展，太 ……（快文网http://www.fanwy.cn省略1424字，正式会员可完整阅读）…… 多肽是α-氨基酸以肽链连接在一起而形成的化合物，也是蛋白质水解的中间产物。 当用太赫兹光谱技术对固态短链肽序列进行了研究。研究表明在1~15THz光谱范围内包含了体系的很多光谱和结构信息，如分子固相结构和与序列相关的分子信息等。体系不同光谱特征的密度和唯一性表明使用固态量子力学模型和理论可以从光谱中提取多肽的序列结构信息。在7~55cm-1（2.1~16.5THz）波数范围内的多聚甘氨酸和多聚L-丙氨酸的吸收系数和折射率。通过光谱结果得到在45.5cm-1４（13.7THz）出现了多聚甘氨酸较强的吸收峰。 3.2 蛋白质 蛋白质是生命的物质基础，是由氨基酸经脱水缩合组成的多肽链经过盘曲折叠形成的具有一定空间结构的生物大分子。 采用太赫兹技术对附在薄金属网上的辣根过氧化酶进行了研究。结果表明对于蛋白质的测定来说，这种太赫兹技术比传统太赫兹技术具有更好的检出限。对附在聚二氟乙烯薄膜上的无标记的蛋白质进行了太赫兹成像研究。实验采用太赫兹时域光谱技术和干涉效应手段，根据随着薄膜折射率变化太赫兹信号会发生改变的原理，测量太赫兹信号观察链霉亲和素蛋白和生物素的结合情况。实验证明，在1.5THz时使用太赫兹成像对链霉亲和素蛋白的检测限为27ng/(mm2)。研究方法有望应用到抗原抗体反应的医学诊断和过敏测试中，也可作为传感器应用到工业中。太赫兹时域光谱技术作为低温测量和无损鉴别乳清蛋白凝胶工具是可行的。通过β-乳球蛋白溶液在不同PH值下热熔胶合成三种蛋白结构，包括球状乳球蛋白（ PH4.0） 和纤维状乳球蛋白结构（PH2.0和7.0），实验太赫兹光谱范围为0.8~1.5THz，直径为2μm的球状乳球蛋白透射率高于直径小于0.03μm的纤维状乳球蛋白的透射率，造成这种差异的原因可能是乳球蛋白的微观结构产生了瑞利散射。球状乳球蛋白和纤维状乳球蛋白具有明显不同的消光系数。研 究 成 果 在 医 药 科 学 应 用 上 具 有 可 行 性。将太赫兹光谱技术应用于胰岛素淀粉样蛋白纤维化的研究中。实验在60 0C，20%的乙酸中培养牛胰岛素，太赫兹光谱频率范围为0.2~3.0THz。结果显示单体胰岛素的吸收系数谱图没有出现明显的吸收峰，但胰岛素纤维形成后吸收系数谱图上出现一个明显的谱峰。胰岛素单体和胰岛素纤维的折射率分别稳定在1.20和1.44。然而当频率大于1.64THz时，单体胰岛素的折射率略有下降。研究表明了太赫兹光谱技术在辨别胰岛素单体和胰岛素纤维应用上具有可行性。太赫兹光谱技术将在未来胰岛素纤维化的研究中发挥重要作用。 3.3 DNA 脱氧核糖核酸又称去氧核糖核酸，是一种生物大分子，是染色体的主要化学成分，同时也是组成基因的材料。DNA可组成遗传指令以引导生物发育与生命机能运作。太赫兹波对DNA分子结构变化很敏感，因此可以利用太赫兹技术对DNA进行研究。 采用太赫兹技术和其他光谱技术对DNA进行了一系列的实验。 通过时间辨太赫兹技术证明了复数折射率取决于DNA的结合状态。记录了DNA碱基的介电函数。研究了太赫兹辐射对双链DNA呼吸动力学机制的影响。研究表明，特定的太赫兹辐射对DNA动力学有较大影响，进而影响基因表达和DNA复制的分子过程。采用太赫兹时域光谱技术，在水相中对通过聚合酶链式反应得到的DNA样品进行了无标记定量检测。实验得到两种DNA样品，碱基对分别为133对和697对，两种样品水溶液的浓度均为0~0.3ng/μL。研究表明在0.3~1.2THz频谱范围内，两种DNA样品的吸收系数随DNA浓度的增加而减小。这是由于具有较高吸收的水分子被少量DNA分子取代，水合层水动力学阻滞 造成了水THz吸收 蓝 移，所以 造 成DNA吸收系数随其浓度增加而减小的现象。在0.8~1.0THz范围内，与缓冲溶液相比较，样品吸收系数的相对平均变化与浓 度 间 呈 线 性 降 低 趋 势 更 明 显。与133对 碱 基 对Ｄ ＮＡ相比，678对碱基对DNA的吸收系数相对平均变化值随浓度增加而降低趋势更明显。因此，太赫兹技术有望成为水相中DNA无标记检测的新方法，最小检测 浓 度 为0.1ng/μL，最小样本体积为10μL。 4 用于生物组织检测的太赫兹技术 由于太赫兹波能量低，不会对生物体产生电离危害，能对患者进行无损检测和筛查，这表明太赫兹波的一个优点是安全。另一方面，太赫兹波对水相中物质水含量或者化学物质的微小变化极其敏感，许多生物样本的水含量较高，不同样本水含量的差异有利于太赫兹医学诊断研究。太赫兹技术能够检测出经过脱水处理或者石蜡包埋处理的样本间的差异，这说明太赫兹波能够辨别不同病理组织的组织结构。另外，太赫兹波空间分辨率高；太赫兹波能够穿透表皮；太赫兹时域成像技术使用样本的振幅和相位信息生成样本的3D图像；因太赫兹波比红外光的波长大，所以太赫兹波比红外光的色散性低。太赫兹波的上述优点表明太赫兹技术在医学研究中对生物组织的检测和诊断具有重要的应用价值和发展潜力。 4.1 角膜组织 角膜中水含量关系到角膜的透明度和折射率，角膜的流体力学是眼睛健康的一个指标，许多角膜疾病是由角膜的流体力学异常引起的。因为太赫兹波对物质水含量变化的灵敏性很高，所以反射式太赫兹成像系统可以作为测定眼角膜水合程度的理想工具。 2010年太赫兹技术已被应用于猪角膜成像研究中，结果表明太赫兹脉冲反射成像系统可以准确检测角膜的水合程度。将反射式太赫兹成像和光谱技术应用到眼科研究中。研究发现太赫兹反射率与角膜含水量近似成正比，反射率随频率的增大而单调递减。研究证明太赫兹技术在角膜诊断检测方面具有发展潜力，与其他眼科检测技术相比具有优越性。这项技术可应用于屈光手术中对病人监测，也可应用于早期诊断和治疗监测角膜疾病。2012年太赫兹技术用于建立和验证角膜组织反射率的分层模型］。 4.2 脑组织 由于太赫兹波对组织蛋白质有良好的感应，所以特别适用于与蛋白质异常有关的疾病检测与诊断。 使用太赫兹光谱鉴别正常和患病的脑组织样本。样本采集于人脑的三个不同区域。患病组织经神经病理学诊断含有大量异常的蛋白质斑块。样本采用快速冷冻法制备，快速冷冻的组织样本比缓慢冷冻制备的样本的优点在于前者含有较少量 ……（未完，全文共7690字，当前只显示3703字，请阅读下面提示信息。收藏论文：太赫兹技术在医学检测和诊断中的应用分析） 上一篇：论文：液基薄层细胞学结合高危型HPV检查对宫颈疾病的早期筛查 下一篇：语文教学论文：初中语文《演讲与辩论》校本课程开发的实践与探索 相关栏目：文教论文 综合论文 质检 科技 剖析整改 |