太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域研究的運用現(xiàn)狀及展望*

★ 張舟南 李姝池 邱烈澤 章文春*

（1.江西中醫(yī)藥大學中醫(yī)學院 南昌 330004；2.成都中醫(yī)藥大學 成都 611137）

太赫茲波（terahertz，THz）是一種頻率范圍為0.1～10THz 的電磁波，它介于微波與紅外光波之間，自然界廣泛地存在著太赫茲波射線。隨著光電技術(shù)與材料技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波技術(shù)也得到了突破性的進展，人們逐漸認識到太赫茲波技術(shù)重要的科研價值。因此，越來越多的領(lǐng)域研究或多或少地用到了太赫茲波技術(shù)［1］。尤其在現(xiàn)代醫(yī)學領(lǐng)域方面，太赫茲波技術(shù)相比于其他現(xiàn)代醫(yī)學診療技術(shù)而言，其無損診斷、非接觸診斷和無標記檢測三點獨特的優(yōu)勢使得太赫茲波技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)療診斷方面的應(yīng)用研究越來越多［2］。近年來，太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)藥學領(lǐng)域研究的應(yīng)用，為中醫(yī)藥科研以及中醫(yī)基礎(chǔ)理論的繼承與發(fā)展開拓了新的思路。

1 太赫茲波技術(shù)的發(fā)展

1.1 太赫茲波技術(shù)的歷史早在19 世紀末，Rubens和Nichols 就探索到了太赫茲波段，科學家們經(jīng)過近百年的研究，發(fā)現(xiàn)大多物體的熱輻射都有太赫茲射線，如圖1，并且太赫茲波技術(shù)與相關(guān)器械得到了初步發(fā)展。上世紀八十年代隨著新技術(shù)、新材料的發(fā)展，獲得了寬帶穩(wěn)定脈沖的太赫茲波源后，使太赫茲波技術(shù)得以迅速發(fā)展和運用。

圖1 電磁波圖譜

太赫茲波技術(shù)是一種嶄新的電磁波技術(shù)，是全世界十分熱門的新領(lǐng)域，在2004 年被評為改變世界未來的十大科技之一。2005 年11 月，由44 名專家，11 名院士在北京香山飯店舉行以“太赫茲科學技術(shù)的新發(fā)展”為主題的第270 次學術(shù)會議，大力推動了太赫茲技術(shù)在我國生物醫(yī)學領(lǐng)域、工業(yè)及軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。

1.2 太赫茲的特點相對于其他電磁波，太赫茲波具有以下基本特點［3-4］。第一，太赫茲波具有高穿透性：太赫茲波對許多介電材料和非極性物質(zhì)有良好的穿透性，在安全檢查或質(zhì)量檢測中可以對不透明物體進行透視成像，有效的互補了其他成像技術(shù)。另外太赫茲波在復(fù)雜環(huán)境如沙塵、濃煙等環(huán)境傳輸中損耗非常少，如遇到惡劣環(huán)境救援是非常理想的成像光源。第二，太赫茲波具有低能性：太赫茲光子的能量低，能量的數(shù)量級在meV，是普通X 射線的幾百萬分之一，透過生物體時，太赫茲波不會對其造成損害。第三，太赫茲波具有指紋譜性：太赫茲波段包含了豐富的物理和化學信息。大多極性分子和生物大分子的振轉(zhuǎn)能級躍遷都處在太赫茲波段，比如氫鍵作用力、范德瓦爾斯力、晶格振動和一些分子內(nèi)集體骨架振動等。所以根據(jù)這些指紋譜，可以鑒別物體的組分，分析物體的物理化學性質(zhì)，為緝毒、反恐、排爆等提供相關(guān)的理論依據(jù)和探測技術(shù)。另外，與低頻電磁波相比，太赫茲頻率較高，在單位時間內(nèi)可以承載更多的信息。

太赫茲波以上的優(yōu)點，決定了其在生物醫(yī)學、微電子學、農(nóng)業(yè)、軍事、通訊及其他領(lǐng)域也有著很大的應(yīng)用潛力。

1.3 太赫茲波技術(shù)在生物醫(yī)學領(lǐng)域的運用生物體對太赫茲波具有多種獨特的響應(yīng)，DNA、RNA、蛋白等重要生物大分子的許多旋轉(zhuǎn)、振動能級和氫鍵都處于太赫茲波段。太赫茲波在生物大分子之間的信息應(yīng)答，乃至對生物大分子的精確調(diào)控方面，太赫茲波譜對這些生物分子集體振動模式引起的分子構(gòu)象、分子結(jié)構(gòu)及分子環(huán)境的變化非常敏感［5-7］。

研究發(fā)現(xiàn)太赫茲能夠與某些細胞結(jié)構(gòu)相互作用（如胞膜和細胞器）。Fr?hlich 等［8］通過活化勢能V 與介質(zhì)的極化P 的亞穩(wěn)高偏振模型，發(fā)現(xiàn)5×1010Hz 就可興奮細胞膜。Kulipanov 等［9］證實，太赫茲會破壞 DNA 兩條單鏈間互補堿基的氫鍵從而破壞雙螺旋結(jié)構(gòu)，但并不損傷單鏈內(nèi)的鏈接［10］。有研究發(fā)現(xiàn)太赫茲寬頻長時輻射可影響鼠干細胞基因的表達［11］。同時，THz 輻射還可使細胞膜通透性改變［12］。太赫茲延長曝光也可干擾DNA 轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成的過程，從而誘導(dǎo)基因表達的改變［13］。Jonathan 等［14］對鼠干細胞基因芯片分析發(fā)現(xiàn)太赫茲輻射下某些基因被激活，而其他被壓抑，同時太赫茲輻射可以促進細胞分化。Pickwell 等［15］測量了健康組織和癌組織的THz 折射率和吸收率，證明癌癥組織對THz 的吸收特性明顯不同于健康組。

2 太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域中的運用

2.1 太赫茲波技術(shù)在中藥鑒別中的運用張蕾等［16］早在2004 年就運太赫茲技術(shù)對當歸、枳實、板藍根等進行吸收光譜測定，發(fā)現(xiàn)各樣品的吸收光譜有明顯差異，證明了用壓片法對中藥進行太赫茲測定可行；同時還對五個不同廠家生產(chǎn)的銀杏葉提取物進行了太赫茲波光譜測定，發(fā)現(xiàn)各廠家的銀杏葉提取物在太赫茲波段的吸收譜各不相同；在對青蒿素及其三種衍生測定中四種物質(zhì)的差異可以通過太赫茲光譜體現(xiàn)出來。陳艷江［17］在0.2～2.6THz波段研究生炙甘草、南北柴胡、北豆根與山豆根的太赫茲吸收光譜，證實在該波段可以對這些相似的中藥進行有效的鑒別。郭帥［18］對懷川牛膝、川浙貝母、生炙黃芪、車前子（草）、丹參與其提取物進行了太赫茲波檢測，進一步證實太赫茲光譜可以鑒別不同種不同產(chǎn)地的中藥。以及在0.2～1.6THz之間可以通過太赫茲吸收峰來鑒定三七和甘草，在0.2THz 到2.2THz 波段發(fā)現(xiàn)黃芪、當歸、杜仲的吸收光譜差異顯著［19-20］。

在中藥炮制鑒別方面，楊帥等［21］對生、酒、熟、碳大黃的四種炮制品，進行太赫茲波吸收光譜的測定，證實在0.2～2.8THz 波段光譜可以鑒定出大黃的四種炮制品。李小霞等［22］對附子的四種炮制品白附片、黃附片、黑順片、鹽附子，進行太赫茲波吸收光譜的測定，證實在0.2～1.05THz 波段光譜可以鑒定出附子的四種炮制品。

在同種藥材的不同產(chǎn)地鑒別方面，太赫茲波技術(shù)可以對白參、高麗參、國產(chǎn)紅參，人工牛黃與天然牛黃，不同產(chǎn)地的莪術(shù)以及不同產(chǎn)地的郁金進行有效鑒別［23-27］。以上研究都證明了太赫茲光譜技術(shù)在中藥鑒別中運用的可行性，以及太赫茲光譜指紋技術(shù)是對紅外光譜指紋技術(shù)的較好互補。

2.2 太赫茲波技術(shù)在穴位研究中的應(yīng)用劉玉波等［28］將特定波長的太赫茲波聚焦成為在形式與效果上都與針灸類似的太赫茲針，用其對12 名伴有不同失眠癥狀的患者的陰交與陽交兩個特定穴位進行每天一次1h 的照射，連續(xù)照射17d。臨床實驗數(shù)據(jù)顯示，太赫茲波針的照射，使光電容積脈搏波（PPG）信號出現(xiàn)顯著的第二小峰，且患者的血鉀濃度有所上升。研究表明長期使用太赫茲針照射人體特定部位能夠有效改善患者的睡眠質(zhì)量，這可能是利用太赫茲波與人體水分子產(chǎn)生的共振效應(yīng)，使人體大分子產(chǎn)生量子振動，進而增強大分子的節(jié)律性，使生理機能正常有序地工作，最終達到改善睡眠質(zhì)量的目的。該實驗首次應(yīng)用太赫茲技術(shù)，依據(jù)針灸穴位原理對臨床病癥進行研究，為以后太赫茲技術(shù)在針灸臨床的應(yīng)用提供一條新的思路。

2.3 太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)氣實質(zhì)研究中的運用章文春等［29-30］最早將太赫茲波技術(shù)運用于中醫(yī)基礎(chǔ)理論領(lǐng)域，通過對普通學生、一般氣功師、資深氣功師在0.9～3.6THz 波段進行勞宮穴靜態(tài)發(fā)功（學生模擬氣功師發(fā)功）太赫茲輻射檢測，發(fā)現(xiàn)三組的太赫茲輻射在依次升高，資深氣功師的太赫茲輻射最強，甚至在波形上都有了細微的改變，在3.0THz 附近三組差異最為明顯，如圖2。由此證明了人體之氣具有太赫茲波特征，且具備不同氣功強度的個體所發(fā)出的氣的太赫茲波強度也各不相同，為太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)氣理論領(lǐng)域的深入研究奠定了基礎(chǔ)。

圖2 氣功師們發(fā)出的太赫茲波輻射曲線與地球（宇宙）背景的太赫茲波輻射曲線的對比

3 太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域研究進展緩慢的原因分析

相比于現(xiàn)代醫(yī)學，太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的研究進展緩慢。究其原因，首先太赫茲波技術(shù)在全世界尚處于開發(fā)階段，很多相關(guān)技術(shù)包括一些基礎(chǔ)理論研究也是亟待發(fā)展的。而我國的太赫茲波技術(shù)起步較晚，加上其本身涉及物理學、光學、材料科學、激光技術(shù)、電子學、制冷技術(shù)等多門學科，是典型的交叉前沿領(lǐng)域，對科研人員的知識廣度及深度要求較高，這就導(dǎo)致了國內(nèi)的中醫(yī)藥相關(guān)的科研人員對其了解不多。筆者發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)發(fā)表的中醫(yī)藥類相關(guān)的太赫茲研究文章，除氣實質(zhì)的太赫茲研究外，都是非中醫(yī)院校的科研人員完成發(fā)表的。這可能是導(dǎo)致太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的相關(guān)研究進展緩慢的主要原因。其次，以中國傳統(tǒng)文化為根基的中醫(yī)藥理論體系，對人體生理病理的認知與現(xiàn)代醫(yī)學差異較大，太赫茲波技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)學的研究方式和思路并不完全適合其在中醫(yī)藥領(lǐng)域的研究。太赫茲波技術(shù)與中醫(yī)藥理論的結(jié)合，除中醫(yī)氣理論中人體之氣具有太赫茲波特征這一發(fā)現(xiàn)之外，還需要我們進行更為深入地思考與探索，找到更多的切入點。

4 太赫茲波技術(shù)對未來中醫(yī)藥領(lǐng)域的研究展望

綜上所述，太赫茲波技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的科研已經(jīng)有了一定的成果，但其在中醫(yī)的臨床應(yīng)用與中醫(yī)基礎(chǔ)理論的研究當中仍然有許多值得探索的地方?，F(xiàn)階段，氣具有太赫茲波特征的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)為我們未來研究中醫(yī)氣理論提供了一個新的研究的方向，因為在中醫(yī)學中，氣理論是中醫(yī)基礎(chǔ)理論研究的一個核心問題，從中醫(yī)體系來說，人體的生理、病理及診斷治療養(yǎng)生都離不開氣，它是人體生命構(gòu)成的要素之一。形而上者謂之道，形而下者為之器，中醫(yī)所講的氣恰恰屬于形而上的“道”。太赫茲波是電磁波的一種，而電磁波屬于現(xiàn)代科學當中場性物質(zhì)的范疇，人體之氣具有太赫茲波特征的發(fā)現(xiàn)也為人體之氣是一種客觀存在的物質(zhì)的說法提供了另一佐證，結(jié)合其他相關(guān)的一些科學研究我們發(fā)現(xiàn)，人體之氣具有場性物質(zhì)的特征。而與氣密切相關(guān)的經(jīng)絡(luò)、腧穴或?qū)⒊蔀槲覀円院髴?yīng)用太赫茲技術(shù)研究中醫(yī)氣理論的一個重要組成部分。未來用太赫茲波技術(shù)更深入地探究人體之氣的現(xiàn)代科學實質(zhì)，及其運動變化規(guī)律，或許能為古老的中醫(yī)學與現(xiàn)代科學對話，找到更多的研究切入點，這是中醫(yī)基礎(chǔ)理論繼承和創(chuàng)新發(fā)展的歷史必然，是揭示中醫(yī)學理論奧秘的重要途徑。