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【导语】传统血钠检测需抽血，令人望而生畏，而无创检测的突破已现曙光。天津大学科研团队开发的太赫兹光声系统，无需采血(xuè)即(jí)可(kě)检(jiǎn)测(cè)活(huó)体(tǐ)血(xuè)钠(nà)水平，推动无创诊断迈向新阶段。这项基于电磁波独特性质的创举，不(bù)仅(jǐn)为(wèi)医疗监测带来便利，更预示着个性化健康管理的未来图景。

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(le)一(yī)种(zhǒng)太赫兹光声系统，无需抽血就能够检测活体小鼠的(de)血钠水平，相关人体实验也取得了阶段性成果(guǒ)。这(zhè)一(yī)重要突破推动了无(wú)创(chuàng)诊(zhěn)断(duàn)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(shì)电(diàn)磁(cí)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到达血管，被血管中的水、血糖以及各类离子吸收；第二步，吸收太赫兹能量后，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(duō)少(shǎo)。

用(yòng)太(tài)赫(hè)兹(zī)光(guāng)声(shēng)系(xì)统(tǒng)检(jiǎn)测(cè)生(shēng)物(wù)血(xuè)液(yè)中(zhōng)钠(nà)离(lí)子(zi)含(hán)量(liàng)的(de)工(gōng)作(zuò)原(yuán)理(lǐ)

(图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：参(cān)考(kǎo)文献(xiàn)[1])

其(qí)中(zhōng)，记(jì)录(lù)微(wēi)小(xiǎo)声(shēng)波(bō)信(xìn)号(hào)的(de)探(tàn)测(cè)器(qì)是(shì)无(wú)创(chuàng)血(xuè)钠(nà)检(jiǎn)测(cè)的(de)关键环(huán)节(jié)，血(xuè)液(yè)中(zhōng)的(de)各(gè)类(lèi)成(chéng)分(fēn)元(yuán)素(sù)复(fù)杂(zá)，所(suǒ)发(fā)出(chū)的(de)超(chāo)声(shēng)波(bō)信(xìn)号(hào)种(zhǒng)类(lèi)繁(fán)多(duō)，探(tàn)测(cè)器(qì)需(xū)要(yào)足(zú)够(gòu)灵(líng)敏(mǐn)，才(cái)能(néng)分(fēn)辨(biàn)不(bù)同(tóng)信(xìn)号(hào)之(zhī)间(jiān)的(de)细(xì)微(wēi)差(chà)别(bié)。

特(tè)别(bié)值(zhí)得(de)一(yī)提(tí)的(de)是(shì)，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。针对无创血糖监测，大家做出了各种尝试，其中也包括利用太赫兹检测技术，但目前尚未出现完全无创且测试精准的方式。由于血液中的血糖含量较低，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(ruò)，对(duì)人(rén)体(tǐ)没(méi)有(yǒu)伤(shāng)害(hài)，可(kě)以(yǐ)频(pín)繁(fán)使(shǐ)用(yòng)。一(yī)些(xiē)危(wēi)险(xiǎn)物(wù)品(pǐn)如(rú)爆(bào)炸(zhà)物(wù)、毒(dú)品(pǐn)等(děng)，在(zài)太(tài)赫(hè)兹(zī)波(bō)段(duàn)有(yǒu)独(dú)特(tè)的(de)吸(xī)收(shōu)特(tè)性(xìng)，太(tài)赫(hè)兹(zī)就(jiù)可(kě)以(yǐ)识(shi)别(bié)是(shì)否(fǒu)有(yǒu)人(rén)携(xié)带(dài)了(le)类(lèi)似(shì)物(wù)品(pǐn)。此(cǐ)外(wài)，太(tài)赫(hè)兹(zī)还(hái)能(néng)够(gòu)穿(chuān)透(tòu)纸(zhǐ)张(zhāng)衣(yī)物(wù)等(děng)，发(fā)现(xiàn)藏(cáng)匿(nì)其(qí)中(zhōng)的(de)刀(dāo)具(jù)。

太(tài)赫(hè)兹(zī)视(shì)角(jiǎo)下(xià)的(de)持(chí)刀(dāo)人(rén)，正(zhèng)常(cháng)视(shì)角(jiǎo)无(wú)法(fǎ)发(fā)现(xiàn)报(bào)纸(zhǐ)中(zhōng)的(de)刀(dāo)具(jù)。

（图(tú)片(piàn)来(lái)源(yuán)：参(cān)考(kǎo)文献(xiàn)[2])

无(wú)创(chuàng)传(chuán)感(gǎn)器(qì)——随(suí)时(shí)随(suí)地(de)监(jiān)测(cè)身(shēn)体(tǐ)健(jiàn)康(kāng)

这(zhè)项(xiàng)技(jì)术(shù)还(hái)有(yǒu)一(yī)个(gè)重(zhòng)要(yào)意(yì)义(yì)——无(wú)创(chuàng)检(jiǎn)测(cè)能(néng)够(gòu)持(chí)续(xù)地(de)获(huò)得(de)血(xuè)液(yè)中(zhōng)离(lí)子(zi)的(de)浓(nóng)度(dù)信(xìn)息(xi)。与(yǔ)医(yī)院(yuàn)抽(chōu)血(xuè)检(jiǎn)查(chá)只(zhǐ)能(néng)获(huò)得(de)某(mǒu)一(yī)时(shí)刻(kè)的(de)血(xuè)液(yè)成(chéng)分(fēn)不(bù)同(tóng)，该(gāi)设(shè)备(bèi)如(rú)果(guǒ)能(néng)够(gòu)小(xiǎo)型(xíng)化(huà)，那(nà)么(me)人(rén)体(tǐ)就(jiù)能(néng)够(gòu)随(suí)身(shēn)带(dài)着(zhe)一(yī)个(gè)迷(mí)你(nǐ)的(de)体(tǐ)检(jiǎn)机(jī)器(qì)，时(shí)刻(kè)监(jiān)测(cè)身(shēn)体(tǐ)状(zhuàng)态(tài)。目(mù)前(qián)，许(xǔ)多(duō)的(de)智(zhì)能(néng)手(shǒu)表(biǎo)都(dōu)能(néng)够(gòu)持(chí)续(xù)测(cè)量(liàng)心(xīn)率(lǜ)、血(xuè)氧(yǎng)并(bìng)粗(cū)略(è)地(de)测(cè)量(liàng)血(xuè)压(yā)，但(dàn)尚(shàng)无(wú)设(shè)备(bèi)能(néng)够(gòu)实(shí)现(xiàn)无(wú)创(chuàng)持(chí)续(xù)测(cè)量(liàng)血(xuè)糖(táng)等(děng)更(gèng)精(jīng)细(xì)的(de)生(shēng)化(huà)指(zhǐ)标(biāo)。

相(xiāng)信(xìn)随(suí)着(zhe)技(jì)术(shù)发(fā)展(zhǎn)，将(jiāng)来(lái)能(néng)够(gòu)无(wú)创(chuàng)实(shí)时(shí)监(jiān)测(cè)的(de)指(zhǐ)标(biāo)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，大大改变了我们的生活。工程师用X光给机器探伤，医生用X光查看骨折病人的状况；可见光则用来照亮夜晚的街道，屏幕中密集的可见光灯珠将这篇文章展示在了你面前；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.