科學(xué)家開發(fā)出一種便攜式掃描儀，可以快速測量藥物中的分子，或?qū)颊咂つw組織進(jìn)行分類，這是朝著這一方向邁出的重要一步。該系統(tǒng)以太赫茲頻率發(fā)射和探測電磁輻射——高于無線電波，但低于用于熱成像的長波紅外線。

使用太赫茲輻射成像長期以來一直是工程師們的目標(biāo)，但在這個(gè)頻率范圍內(nèi)創(chuàng)建實(shí)用系統(tǒng)的難度阻礙了大多數(shù)應(yīng)用，導(dǎo)致了工程師們所說的“太赫茲間隙”。普林斯頓大學(xué)電氣工程副教授、研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者之一杰拉德·維索基說：

在這里，我們有一項(xiàng)革命性的技術(shù)，它沒有任何移動(dòng)部件，而是利用半導(dǎo)體芯片發(fā)出的太赫茲輻射。太赫茲輻射可以穿透織物和塑料等物質(zhì)，它是非電離的，因此對醫(yī)療使用是安全的，可以用來觀察在其他頻率難以成像的材料。發(fā)表在《光學(xué)》(Optica)上研究描述了這種新系統(tǒng)，可以快速探測分子的身份和排列，或暴露材料的結(jié)構(gòu)損傷。該裝置使用精確頻率下穩(wěn)定的輻射束。這種裝置被稱為頻率梳，因?yàn)樗鄠€(gè)“齒”，每個(gè)齒發(fā)出不同、定義明確的輻射頻率。

輻射與樣品材料中的分子相互作用，雙梳結(jié)構(gòu)使儀器能夠有效地測量反射輻射。反射輻射中獨(dú)特的模式或光譜特征使研究人員能夠識別樣品的分子組成。雖然目前太赫茲成像技術(shù)生產(chǎn)成本昂貴，操作不便，但新系統(tǒng)基于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)，成本更低，每秒可以生成許多圖像。這一速度可以使其有用的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制制藥片劑生產(chǎn)線和其他快節(jié)奏的用途。想象一下，每100微秒就有一臺平板電腦經(jīng)過，你可以檢查它的結(jié)構(gòu)是否一致，所期望的每一種成分是否都足夠了。

為了證明這一概念，研究人員發(fā)明了一種片劑，該片劑含有三種藥物中常見的惰性成分——葡萄糖、乳糖和組氨酸。太赫茲成像系統(tǒng)識別了每一種成分，并揭示了它們之間的界限，以及一些化學(xué)物質(zhì)溢出到不同區(qū)域的點(diǎn)。這類“熱點(diǎn)”代表了制藥生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，即活性成分沒有正確地混合到藥片中。該團(tuán)隊(duì)還展示了該系統(tǒng)的分辨率，用它來描繪美國的一個(gè)季度，像鷹翅膀上羽毛一樣細(xì)小的細(xì)節(jié)，只有五分之一毫米寬，清晰可見。

雖然該技術(shù)使太赫茲成像技術(shù)在工業(yè)和醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用比以前更加可行，但它仍然需要冷卻到低溫，這是實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)主要障礙。許多研究人員正在研究可能在室溫下工作的激光器。普林斯頓大學(xué)的雙梳高光譜成像技術(shù)將能很好地與這些新室溫激光光源配合使用，這可能會開啟更多的用途。因?yàn)樘掌澼椛涫欠请婋x的，所以對病人來說是安全的，而且有可能被用作皮膚癌的診斷工具。此外，該技術(shù)對金屬的成像能力可以用于測試飛機(jī)機(jī)翼在飛行中被物體擊中后的損傷程度。

博科園｜研究/來自：普林斯頓大學(xué)

參考期刊《Optica》

DOI: 10.1364/OPTICA.6.000766

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