官方网站-首页

【导语】无需抽血即可检测血钠含量？天津大学科研团队开发的太赫兹光声系统让这一设想成为现实——该技术通过捕捉钠离子吸收太赫兹波后释放的超声波信号，实现活体无创检测，相关人体实验已获阶段性突破。这项融合电磁波与光声效应的创新，不仅为医疗诊断打开新窗口，更预示着电磁波"百宝箱"将在健康监测、安检等领域释放更大潜能。

出品：

作者：海里的咸鱼（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）

监制：中国科普博览

钠是人体内的一种重要的电解质，身体内大多数钠离子存在于血液与细胞周围的间隙液内，有助于保持体液的正常平衡，对神经与肌肉功能起到关键的作用。

目前，我们要想测量身体中血钠含量的多少，一般都需要去医院抽血检查。不过以后，我们可能不用再承受扎血管的痛苦了！天津大学精密仪器与光电子工程学院光电子科学技术系科研团队开发了一种太赫兹光声系统，无需抽血就能够检测活体小鼠的血钠水平，相关人体实验也取得了阶段性成果。这一重要突破推动了无创诊断技术的发展。

太赫兹与血液相互作用

（图片来源：参考文献[1])

无需采血——光声技术检测血液成分

太赫兹跟可见光一样，都是电磁波，只是种类不同。不同电磁波的特性不同，好比七个葫芦娃有不同的本领：能够加热食物的微波，是电磁波的一种；医院检查骨头使用的穿透人体的X光，是电磁波的一种；可以杀灭细菌的紫外线，也是电磁波的一种。

那么，太赫兹有什么特别之处呢？太赫兹能够穿透物体，能量比X光低，不会对人体造成伤害，对水、金属离子、糖、蛋白质有独特的吸收效应。利用太赫兹观察人体组织，不仅能够看出组织的形状，还能看出组织的成分。

用于检测生物血液中钠离子含量太赫兹光声系统的工作原理可分为三个核心步骤：

第一步，太赫兹光声系统发射太赫兹脉冲，脉冲一个接一个地穿透组织(zhī)到(dào)达(dá)血(xuè)管(guǎn)，被血管中的水、血糖以及各类离子吸收；第二步(bù)，吸(xī)收(shōu)太(tài)赫(hè)兹能量后，这些物质会发出不同种类的超声波；第三步，太赫兹光声系统中接收超声波的仪器收到超声波后，筛选出钠离子所发出的特定种类超声波，超声波信号的强弱能够反映钠离子含量的多少。

用太赫兹光声系统检测生物血液中钠离子含量的工作原理

(图片来源：参考文献[1])

其中，记录微小声波信号的探测器是无创血钠检测的关键环节，血液中的各类成分元素复杂，所发出的超声波信号种类繁多，探测器需要足够灵敏，才(cái)能(néng)分(fēn)辨(biàn)不(bù)同(tóng)信(xìn)号(hào)之间的细微差别。

特别值得一提的是，我国有较多人因为患糖尿病，需要经常监测自身的血糖水平，传统的检测手段几乎都是有创或者微创采血的方式。针对无创血糖(táng)监(jiān)测(cè)，大(dà)家(jiā)做(zuò)出(chū)了(le)各(gè)种(zhǒng)尝(cháng)试(shì)，其(qí)中(zhōng)也(yě)包(bāo)括(kuò)利(lì)用(yòng)太(tài)赫(hè)兹(zī)检(jiǎn)测(cè)技(jì)术(shù)，但(dàn)目(mù)前(qián)尚(shàng)未(wèi)出(chū)现(xiàn)完(wán)全无(wú)创(chuàng)且(qiě)测(cè)试(shì)精(jīng)准(zhǔn)的(de)方(fāng)式(shì)。由(yóu)于(yú)血(xuè)液(yè)中(zhōng)的(de)血(xuè)糖(táng)含(hán)量较低，且变化范围微小，当前太赫兹测量技术准确度在70%-80%，仍然无法达到医疗领域的标准。

太赫兹的更多应用——探测领域的新兴宝物

为了更好地发挥太赫兹的特长，人们还将它运用在了安检系统中。相比于X光，太赫兹的能量比较弱，对人体没有伤害，可以频繁使用。一些危险物品如爆炸物、毒品等，在太赫兹波段有独特的吸收特性，太赫兹就可以识别是否有人携带了类似物品。此外，太赫兹还能够穿透纸张衣物等，发现藏匿其中的刀具。

太赫兹视角下的持刀人，正常视角无法发现报纸中的刀具。

（图片来源：参考文献[2])

无创传感器——随时随地监测身体健康

这项技术还有一个重要意义——无创检测能够持续地获得血液中离子的浓度信息。与医院抽血检查只能获得某一时刻的血液成分不同，该设备如果能够小型化，那么人体就能够随身带着一个迷你的体检机器，时刻监测身体状态。目前，许多的智能手表都能(néng)够持续测量心率、血氧并粗略地测量血压，但尚无设备能够实现无创持续测量血糖等更精细的生化指标。

相信随着技术发展，将来能够无创实时监测的指标会越来越多。那时，喝完一大碗白米粥后，我们将看到血糖含量急剧升高；容易低血糖的人会收到提前预警；面对公众讲话紧张时，肾上腺素曲线开始波动……无创传感器将为每人的个性化健康管理提供数据支持。

电磁波——人类的百宝箱

对电磁波的理解与应用，大大(dà)改(gǎi)变(biàn)了(le)我(wǒ)们(men)的(de)生(shēng)活(huó)。工(gōng)程(chéng)师(shī)用(yòng)X光(guāng)给(gěi)机(jī)器(qì)探(tàn)伤(shāng)，医(yī)生(shēng)用(yòng)X光(guāng)查(chá)看(kàn)骨(gǔ)折(zhé)病(bìng)人(rén)的(de)状(zhuàng)况(kuàng)；可(kě)见(jiàn)光(guāng)则(zé)用(yòng)来(lái)照(zhào)亮(liàng)夜(yè)晚(wǎn)的(de)街(jiē)道(dào)，屏(píng)幕(mù)中(zhōng)密(mì)集的(de)可(kě)见(jiàn)光(guāng)灯(dēng)珠(zhū)将(jiāng)这(zhè)篇(piān)文章(zhāng)展(zhǎn)示在了你面前；红外夜视撕破黑夜的“伪装”；光纤以光速传递网络信息；微波快速加热食物填饱肚子；长波则维系着深潜水下的潜艇与指挥部的联络......电磁波，堪比百宝箱的存在！

太赫兹技术的突破，正是人类探索电磁波特性的又一成果。随着研究深入，这一“百宝箱”还将解锁更多未知的应用可能，持续推动医疗、安检、通信等领域的进步。

参考文献：

[1]Jiao Li, Yixin Yao, Jiaxuan Liang, Chen Li, Liwen Jiang, Zhen Tian, and Weili Zhang, “Non-invasive, real-time monitoring of blood Na+in vivo using terahertz optoacoustics,” Optica 12, 914-923 (2025)

[2]Pawar, Ashish Y., et al. “Terahertz technology and its applications.” Drug invention today 5.2 (2013): 157-163.