【导语】无需抽血即可检测血钠含量？天津大学科研团队开发的太赫兹光声系统让这一设想成为现实——该技术通过捕捉钠离子吸收太赫兹波后释放的超声波信号，实现活体无创检测，相关人体实验已获阶段性突破。这项融合电磁波与光声效应的创新，不仅为医疗诊断打开新窗口，更预示着电磁波"百宝箱"将在健康监测、安检等领域释放更大潜能。

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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(yòng)再(zài)承(chéng)受(shòu)扎(zhā)血(xuè)管(guǎn)的(de)痛(tòng)苦(kǔ)了(le)！天(tiān)津(jīn)大(dà)学(xué)精(jīng)密(mì)仪(yí)器(qì)与(yǔ)光(guāng)电(diàn)子(zi)工(gōng)程(chéng)学(xué)院(yuàn)光(guāng)电(diàn)子(zi)科(kē)学(xué)技(jì)术(shù)系(xì)科(kē)研(yán)团(tuán)队(duì)开(kāi)发(fā)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血钠水平，相关人体实验也取得了阶段性成果。这一重要突破推动了无创诊断技术的发展。

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，都是电磁波，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(de)吸(xī)收(shōu)效(xiào)应(yīng)。利(lì)用(yòng)太(tài)赫(hè)兹(zī)观(guān)察(chá)人(rén)体(tǐ)组(zǔ)织(zhī)，不(bù)仅(jǐn)能(néng)够(gòu)看(kàn)出(chū)组(zǔ)织(zhī)的(de)形(xíng)状(zhuàng)，还(hái)能(néng)看(kàn)出(chū)组(zǔ)织(zhī)的(de)成(chéng)分(fēn)。

用(yòng)于(yú)检(jiǎn)测(cè)生(shēng)物(wù)血(xuè)液(yè)中(zhōng)钠(nà)离(lí)子(zi)含(hán)量(liàng)太(tài)赫(hè)兹(zī)光(guāng)声(shēng)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少。

用太赫兹光声系统检测生物血液中钠离子含量的工作原理

(图片来源：参考文献[1])

其中，记录微小声波信号的探测器是无创血钠检测的关键环节，血液中的各类成分元素复杂，所发出的超声波信号种类繁多，探测器需要足够灵敏，才能分辨不同信号之间的细微差别。

特别值得一提的是，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(shì)。针(zhēn)对(duì)无(wú)创(chuàng)血(xuè)糖(táng)监(jiān)测(cè)，大(dà)家(jiā)做(zuò)出(chū)了(le)各(gè)种(zhǒng)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，对人体没有伤害，可以频繁使用。一些危险物品如爆炸物、毒品等，在太赫兹波段有独特的吸收特性，太赫兹就可以识别是否有人携带了类似物品。此外，太赫兹还能够穿透纸张衣物等，发现藏匿其中的刀具。

太赫兹视角下的持刀人，正常视角无法发现报纸中的刀具。

（图片来源：参考文献[2])

无创传感器——随时随地监测身体健康

这项技术还有一个重要意义——无创检测能够持续地获得血液中离子的浓度信息。与医院抽血检查只能获得某一时刻的血液成分不同，该设备如果能够小型化，那么人体就能够随身带着一个迷你的体检机器，时刻监测身体状态。目前，许多的智能手表都能够持续测量心率、血氧并粗略地测量血压，但尚无设备能够实现无创持续测量血糖等更精细的生化指标。

相信随着技术发展，将来能够无创实时监测的指标会越来越多。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(gǔ)折(zhé)病(bìng)人(rén)的(de)状(zhuàng)况(kuàng)；可(kě)见(jiàn)光(guāng)则(zé)用(yòng)来(lái)照(zhào)亮(liàng)夜(yè)晚(wǎn)的(de)街(jiē)道(dào)，屏(píng)幕(mù)中(zhōng)密(mì)集的(de)可(kě)见(jiàn)光(guāng)灯(dēng)珠(zhū)将(jiāng)这(zhè)篇(piān)文章(zhāng)展(zhǎn)示(shì)在(zài)了(le)你(nǐ)面(miàn)前(qián)；红(hóng)外(wài)夜(yè)视(shì)撕(sī)破(pò)黑(hēi)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.