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鈉是人體內的一種重要的電解質，身體內大多數鈉離子存在于血液與細胞周圍的間隙液內，有助于保持體液的正常平衡，對神經與肌肉功能起到關鍵的作用。

目前，我們要想測量身體中血鈉含量的多少，一般都需要去醫院抽血檢查。不過以后，我們可能不用再承受扎血管的痛苦了！天津大學精密儀器與光電子工程學院光電子科學技術系科研團隊開發了一種太赫茲光聲系統，無需抽血就能夠檢測活體小鼠的血鈉水平，相關人體實驗也取得了階段性成果。這一重要突破推動了無創診斷技術的發展。

太赫茲與血液相互作用

無需采血——光聲技術檢測血液成分

太赫茲跟可見光一樣，都是電磁波，只是種類不同。不同電磁波的特性不同，好比七個葫蘆娃有不同的本領：能夠加熱食物的微波，是電磁波的一種；醫院檢查骨頭使用的穿透人體的X光，是電磁波的一種；可以殺滅細菌的紫外線，也是電磁波的一種。

那么，太赫茲有什么特別之處呢？太赫茲能夠穿透物體，能量比X光低，不會對人體造成傷害，對水、金屬離子、糖、蛋白質有獨特的吸收效應。利用太赫茲觀察人體組織，不僅能夠看出組織的形狀，還能看出組織的成分。

用于檢測生物血液中鈉離子含量太赫茲光聲系統的工作原理可分為三個核心步驟：

第一步，太赫茲光聲系統發射太赫茲脈沖，脈沖一個接一個地穿透組織到達血管，被血管中的水、血糖以及各類離子吸收；第二步，吸收太赫茲能量后，這些物質會發出不同種類的超聲波；第三步，太赫茲光聲系統中接收超聲波的儀器收到超聲波后，篩選出鈉離子所發出的特定種類超聲波，超聲波信號的強弱能夠反映鈉離子含量的多少。

其中，記錄微小聲波信號的探測器是無創血鈉檢測的關鍵環節，血液中的各類成分元素復雜，所發出的超聲波信號種類繁多，探測器需要足夠靈敏，才能分辨不同信號之間的細微差別。

特別值得一提的是，我國有較多人因為患糖尿病，需要經常監測自身的血糖水平，傳統的檢測手段幾乎都是有創或者微創采血的方式。針對無創血糖監測，大家做出了各種嘗試，其中也包括利用太赫茲檢測技術，但目前尚未出現完全無創且測試精準的方式。由于血液中的血糖含量較低，且變化范圍微小，當前太赫茲測量技術準確度在70%-80%，仍然無法達到醫療領域的標準。

太赫茲的更多應用——探測領域的新興寶物

為了更好地發揮太赫茲的特長，人們還將它運用在了安檢系統中。相比于X光，太赫茲的能量比較弱，對人體沒有傷害，可以頻繁使用。一些危險物品如爆炸物、毒品等，在太赫茲波段有獨特的吸收特性，太赫茲就可以識別是否有人攜帶了類似物品。此外，太赫茲還能夠穿透紙張衣物等，發現藏匿其中的刀具。

無創傳感器——隨時隨地監測身體健康

這項技術還有一個重要意義——無創檢測能夠持續地獲得血液中離子的濃度信息。與醫院抽血檢查只能獲得某一時刻的血液成分不同，該設備如果能夠小型化，那么人體就能夠隨身帶著一個迷你的體檢機器，時刻監測身體狀態。目前，許多的智能手表都能夠持續測量心率、血氧并粗略地測量血壓，但尚無設備能夠實現無創持續測量血糖等更精細的生化指標。

相信隨著技術發展，將來能夠無創實時監測的指標會越來越多。那時，喝完一大碗白米粥后，我們將看到血糖含量急劇升高；容易低血糖的人會收到提前預警；面對公眾講話緊張時，腎上腺素曲線開始波動……無創傳感器將為每人的個性化健康管理提供數據支持。

電磁波——人類的百寶箱

對電磁波的理解與應用，大大改變了我們的生活。工程師用X光給機器探傷，醫生用X光查看骨折病人的狀況；可見光則用來照亮夜晚的街道，屏幕中密集的可見光燈珠將這篇文章展示在了你面前；紅外夜視撕破黑夜的“偽裝”；光纖以光速傳遞網絡信息；微波快速加熱食物填飽肚子；長波則維系著深潛水下的潛艇與指揮部的聯絡......電磁波，堪比百寶箱的存在！

太赫茲技術的突破，正是人類探索電磁波特性的又一成果。隨著研究深入，這一“百寶箱”還將解鎖更多未知的應用可能，持續推動醫療、安檢、通信等領域的進步。

（作者：海里的咸魚 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所）