颠覆传统医疗应用，基于太赫兹成像的微型激光器烘烤炉

颠覆传统医疗应用，基于太赫兹成像的微型激光器

为了开发出一种可以快速测量药物中的成分或者对患者的皮肤组织进行分类的便携式扫描仪，研究人员设计了一种成像系统，该系统使用了可以装入到微芯片中的小巧且高效的激光器。

该系统在太赫兹频段上发射和检测电磁辐射，太赫兹频率高于无线电波，但是低于热成像应用中的长波红外光。

根据普林斯顿大学研究小组的说法，长期以来，工程师们都想实现基于太赫兹电磁辐射的成像，但是在这个频率范围内成像非常困难，这也让很多应用都停步不前，工程师把这种状况戏谑地称为“太赫兹陷阱”。

“现在我们取得了突破性的进展，我们发明了一种革命性的技术，在这里直接使用半导体芯片中的太赫兹组件直接对外辐射，不用任何移动部件，”普林斯顿大学电气工程专业的副教授，研究团队的领导者之一Gerard Wysocki向记者解释道。

太赫兹辐射可以穿透纺织物、塑料之类的物质，而且不会产生电离，所以它可以安全地用在医疗用途中，用来观察很难在其它频率范围内成像的物质和材料。这种基于太赫兹的新系统可以快速探测药物中分子的特性和排列方式，也可以揭露材料中的结构性损坏。

该装置使用了一种可以精准地保持频率稳定度的辐射束，它又被称为“频率梳”，因为它里面包含多个“梳状牙齿”，每个“牙齿”都可以发出不同的固定辐射频率。这种辐射可以和被测材料中的分子相互作用。该装置还设计了双梳结构，使得它可以有效地测量反射回来的辐射。研究人员对反射辐射中的独特图案或者光谱特征进行分析，就可以识别出被测材料的分子组成。

目前主流的太赫兹成像技术生产成本高昂，操作也很麻烦，但是本文的新系统基于半导体工艺进行设计，成本更低，而且可以实现更高的图像分辨率，每秒可以生成更多的图像。这种图像生成速度对于生产线上对药物进行实时质量控制非常有用。

“想象一下，在药物的生产线上，每隔100微秒就生产出一颗药片，你可以利用这种成本更低、速度更快的半导体太赫兹成像系统检查药片是否具有一致的分子结构，以及它是否足量地包含了所期望的所有成分。”Wysocki说。

为了验证这种概念，研究人员制造了一种在三个区域内含有三种成分的药片，这三种成分就是寻常药物中常见的惰性成分-葡糖糖、乳糖和组氨酸。太赫兹成像系统可以识别出每种药物成分，并且划出这三个成分分布区域之间的界限，还能显示出某一种化学物质溢出到其它区域内的几个异常点，这种“热点”代表活性成分没有适当地分布到药片特定区域内，这是药物生产中经常出现的问题。

该研究团队还利用这个太赫兹成像系统在一个25美分的硬币上进行了试验，用于展示该系统出色的分辨率。试验结果表明，该太赫兹成像系统能够呈现硬币上的微小细节，比如硬币上鹰的翅膀的羽毛小至五分之一毫米宽，在成像系统中依然清晰可见。

虽然普林斯顿的这项技术进一步提高了太赫兹成像在工业和医疗应用中的实用性，但是在实际应用中，仍然需要把它冷却到低温范围，这是应用推广中的主要障碍。目前，许多研究人员正在研究可以在室温下正常工作的微型激光器。普林斯顿大学的研究团队表示，它的双梳状宽光谱成像技术适用于这些新的可在室温下应用的激光光源，可以帮助解锁很多应用。

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