太赫兹光谱学新进展，可探查皮肤的细胞结构
2020-12-05 09:49:12 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
据麦姆斯咨询报道，日前，华威大学与香港中文大学的合作研究项目研发出一款太赫兹平台，旨在显著提高太赫兹光谱学的表征能力。
华威大学（University of Warwick）与香港中文大学（CUHK）的合作项目可帮助诊断皮肤癌。
太赫兹辐射是位于红外光谱与微波波谱之间的电磁波，凭借其非侵入性和非电离性，太赫兹辐射在活体应用中极具吸引力。太赫兹辐射的穿透深度有限，因此普遍认可非常适合皮肤分析、烧伤、疤痕以及癌症的诊断。
然而，迄今为止，生物系统复杂特性带来的挑战，阻碍了目前普通太赫兹平台从目标组织获得皮肤成像所需要的精确反射。
据麦姆斯咨询报道，日前，华威大学与香港中文大学的合作研究项目研发出一款太赫兹平台，旨在显著提高太赫兹光谱学的表征能力，并以“Exploiting Complementary Terahertz Ellipsometry Configurations to Probe the Hydration and Cellular Structure of Skin In Vivo”为题，将其研究成果发表在Advanced Photonics Research，论文链接为：https://doi.org/10.1002/adpr.202000024。
这项研究突破涉及到一种新型椭圆偏振技术，可提供多组谱比的互补集，显著提高了太赫兹技术的性能。
基本的椭圆偏振方法涉及计算在两个彼此垂直方向上测量的目标组织的折射率。这些折射率之间的差异称为双折射，这是该项目首次利用太赫兹双折射在活体测量人体皮肤。这些特性可提供许多有价值的信息，如测量皮肤中的含水量、计算皮肤的厚度等。
太赫兹平台示意图以及皮肤测量示意图
“我们希望证明该研究可实现活体椭偏测量人体皮肤，并准确计算出皮肤的特性。”CUHK太赫兹研究团队的项目负责人Emma Pickwell-MacPherson表示，“在普通太赫兹反射成像中，厚度和折射率组合为一个参数。通过在多个角度测量，就可将这两个参数分开。”
利用太赫兹光谱学实现定制医学
该项目的实验平台采用了安装在机动平台上的双棱镜结构，能提供两条可选光路，并可从目标上有效地收集四组互补的光谱比率。
在对皮肤及其外层或角质层（SC）模型以进行初步试验后，该项目将其平台应用于5个志愿者的前臂，发现可以利用算法从光谱数据中计算提取皮肤角质层成分和表皮的特性。
根据该项目，太赫兹色散和双折射灵敏度参数可有效探查水合作用水平和皮肤细胞不均匀性，其研究结果与显微镜图像和观察到的角质层中发生的生物过程非常一致。
能够定量评估皮肤状况的太赫兹平台，可用于临床皮肤癌的监测、或评估药物和润肤霜的有效性。对水分子固有的灵敏度也使得这项技术能够探测到某部分皮肤的水分循环与周围区域的不同，这可能是皮肤问题的早期征兆。
“如果这个方法很有效，就可以在普通诊所中实现，将手臂放在扫描仪上，就绘制出皮肤吸收曲线，然后定制推荐合适的皮肤产品。”Emma Pickwell-MacPherson评论道，“我们可以为不同的皮肤反应研发出更合适的药物和产品。这项技术真正适于当下对定制医学的关注。”
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