来源：早稻田大学，Gaby Clark编辑，Alexander Pol审校；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 项心洁 编译

研究人员指出，太赫兹生物光子学是极具发展潜力的新兴交叉学科，并制定了推动该技术规模化应用的技术路线图。图片来源：日本早稻田大学Dr. Kazunori Serita

    生物光子学是一门多交叉学科，主要研发并应用光学技术，开展生物系统的机理研究、状态监测与临床诊疗。凭借细胞与分子直接成像技术，该领域在过去百年间取得了多项重大基础研究成果。近年来，电磁波谱中的太赫兹（THz）频段逐步成为生物研究的前沿方向，受到学界广泛关注。

    太赫兹频段的电磁响应与多种基础生物过程密切相关。太赫兹辐射易被水分子强烈吸收，该特性长期以来被视作技术短板，但也可用于精准表征样本的水合状态与含水率。相较于可见光，太赫兹波对部分生物组织具备更优异的穿透能力。

    尽管相关技术持续迭代升级，但在细胞与分子动态行为的原位观测方面，太赫兹生物光子学的应用成熟度仍不及可见光成像技术。其主要制约因素包括：太赫兹波长较长导致空间分辨率偏低、水分子干扰显著增加检测难度、成像速率不足以及设备集成度低、体积庞大。所幸，一系列最新研究进展，充分印证了该领域广阔的发展前景。

    为系统梳理前沿成果，日本早稻田大学信息、生产与系统研究科副教授Kazunori Serita联合日本冈山大学跨学科科学研究所特任教授Masayoshi Tonouchi共同发表了一篇综述论文，全面总结了当前学界为突破技术瓶颈、推广太赫兹生物光子学应用所开展的各项研究。该成果于 2026 年 5 月 28 日刊发于《物理・光子学》（Journal of Physics Photonics）期刊。

    “太赫兹生物光子学是下一代生物医学领域极具研究价值的方向。目前，受多项技术条件限制，太赫兹生物医学应用仅局限于少数细分场景。而新一代太赫兹技术的快速发展，大幅提升了突破现有技术壁垒的可行性。”Serita说。

    该综述首先阐释了太赫兹辐射与生物体系的相互作用机制，明确其核心技术优势：可识别物质分子指纹图谱，并实现无创、无损、无标记检测。文章同时分析了水的强介电色散效应与吸波特性。

    论文继而梳理了核心太赫兹技术的发展脉络，涵盖太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术的演进历程，以及面向微量、复杂生物样本检测的太赫兹超材料生物传感器的技术发展现状。

    综述重点研判了有望率先实现产业化应用的领域。太赫兹成像对生物组织成分变化高度敏感，现已成为皮肤癌诊断的研究热点，相关技术正逐步推进至临床试验阶段；创面评估也是该技术应用落地较快的方向。在乳腺癌术中切缘检测领域，太赫兹技术具备极高的临床转化价值，有望简化现有诊疗流程。此外，综述还介绍了该技术在新药研发与药物成分分析中的应用前景。

    除上述成熟应用场景外，综述还展望了多个前沿研究方向，包括单细胞太赫兹成像、分子尺度太赫兹表征、胃肠道与呼吸系统等内脏疾病诊断，以及太赫兹血液检测技术等。同时，文中还介绍了多项前沿技术，可实现在生理环境下对细胞、分子开展太赫兹观测，其中就包括Serita团队最新研发的点式太赫兹源技术。

    “太赫兹检测技术不仅能够赋能医疗行业，还可广泛应用于新药研发、食品安检、环境监测、半导体性能检测、生物工程等诸多领域。”Serita说。

    最后，研究团队明确了未来重点研究方向：探明生物样本太赫兹成像对比度的形成机理，深化水分子动力学特性研究，以此提升检测结果的稳定性与可靠性。

    “我们的研究梳理了各类前沿技术方案，为太赫兹生物光子学从概念验证阶段，走向生物医学实际应用搭建了清晰的发展框架。”Serita总结道。

    更多信息
    Kazunori Serita et al, Recent advances and emerging directions in terahertz biophotonics, Journal of Physics: Photonics (2026). DOI: 10.1088/2515-7647/ae7490