太赫茲（THz）光譜在生物大分子研究中的應(yīng)用

太赫茲（THz）光譜在生物大分子研究中的應(yīng)用

汪一帆1）尉萬聰2）周鳳娟1）**薛照輝1）**(1)天津大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院,天津,300072;

2)清華大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)系，北京，100084)

摘要太赫茲（THz）輻射是一種新型的遠(yuǎn)紅外相干輻射源，近年來在生物大分子研究中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在生物分子的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)特性等方面有著巨大的應(yīng)用潛力.本文結(jié)合THz光譜的特點(diǎn)，介紹了利用THz光譜對蛋白質(zhì)、糖類及DNA等生物大分子的探索研究，以及應(yīng)用THz技術(shù)測定水環(huán)境與生物分子的相互作用.探討了該技術(shù)在生物領(lǐng)域應(yīng)用中有待解決的問題及發(fā)展前景.

關(guān)鍵詞太赫茲,生物,蛋白質(zhì),糖類,DNA

學(xué)科分類號O561,Q691

在碳水化合物、蛋白質(zhì)、核酸等生物分子的研究分析中，光譜學(xué)發(fā)揮著非常重要的作用.太赫茲(THz)輻射是指頻率在0.1~10THz(波長在30μm~3mm)之間的電磁波，其波段位于微波和紅外光之間.由于長期缺少有效的產(chǎn)生和探測技術(shù)，THz波段曾一度被稱作“THz空隙”.近十幾年來超快激光技術(shù)和半導(dǎo)體材料科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展為THz脈沖的產(chǎn)生提供了穩(wěn)定、可靠的激發(fā)光源，促進(jìn)了THz輻射在光譜學(xué)和成像技術(shù)方面的應(yīng)用.

相比于紫外可見吸收光譜、傅里葉變換紅外光譜、圓二色譜、X射線成像分析等傳統(tǒng)技術(shù)，THz光譜有其獨(dú)特的優(yōu)勢：（1）光譜的特征吸收：許多分子之間弱的相互作用（氫鍵、范德華力等）、生物大分子的骨架振動、偶極子的旋轉(zhuǎn)和振動躍遷以及晶體中晶格的低頻振動吸收正好處于THz頻帶范圍，并且THz光譜技術(shù)對探測物質(zhì)結(jié)構(gòu)存在的微小差異和變化非常靈敏，具有反映化合物結(jié)構(gòu)的指紋特征，因此THz光譜技術(shù)在分析和研究生物大分子方面有著廣闊的前景[1].（2）低能性：THz電磁輻射的光子能量低，只有毫電子伏特，不會因?yàn)殡婋x而破壞生物分子，因而是一種安全有效的無損檢測方法[2].（3）高靈敏度：THz脈沖的典型脈寬在皮秒量級，不但可以對生物樣品進(jìn)行時(shí)間分辨研究，而且可以有效地抑制遠(yuǎn)紅外背景輻射噪音的干擾，輻射強(qiáng)度測量的信噪比和探測靈敏度遠(yuǎn)高于傅里葉變換紅外光譜.（4）寬帶性：THz脈沖源通常只包含若干個(gè)周期的電磁振蕩，單個(gè)脈沖的頻帶可以覆蓋GHz至幾十THz的范圍，便于在大的范圍里分析物質(zhì)的光譜性質(zhì).（5）相干性：THz時(shí)域光譜技術(shù)(THz-TDS)的相干測量技術(shù)能夠直接測量THz電場的振幅和相，可以方便地提取樣品的折射率、吸收系數(shù).此外，THz對生物分子中的水非常敏感，因此可以用于分析生物分子與水的相互作用.

THz光譜在生物分子的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)特性等方面有著重要的應(yīng)用價(jià)值.利用THz技術(shù)可以獲得這些生物分子在THz波段的光學(xué)常數(shù),進(jìn)而可以研究它們的光譜特征.國內(nèi)外研究者已經(jīng)利用THz光譜對DNA、蛋白質(zhì)和糖類等生物分子的探索研究.本文主要綜述了近年來THz光譜在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用及進(jìn)展.1THz光譜在蛋白質(zhì)研究中的應(yīng)用

蛋白質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)含量最高的組分，酶、抗體、多肽激素、輸送媒介等都是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的.蛋白質(zhì)是在結(jié)構(gòu)與功能上種類最多的一類分子，它們在生命體系中起著關(guān)鍵作用.蛋白質(zhì)的基本分子單位是氨基酸，其結(jié)構(gòu)通式為R–Cα(H)(NH3+)–COO–，R代表可變的側(cè)鏈，該側(cè)鏈對蛋白質(zhì)體系的介電和電子學(xué)特征起著重要作用.氨基酸的結(jié)構(gòu)為一大的偶極子，對它進(jìn)行振動光譜的研究有利于深入了解蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和功能.

氨基酸在THz波段的吸收是由分子轉(zhuǎn)動或扭動造成的，氨基酸的不同結(jié)構(gòu)造成了它們在THz波段不同的吸收峰位.Kikuchi[3]首次利用變角THZ-TDS測定L-半胱氨酸和L-組氨酸的氨基酸單晶體.王雪美等[4]利用THz-TDS技術(shù)研究室溫條件下多晶含硫氨基酸L-蛋氨酸和L-半胱氨酸的光譜特性，發(fā)現(xiàn)含硫氨基酸吸收峰的非諧性以及較寬的吸收譜帶和平臺可能是源于分子間相互作用的聲子吸收.

多肽是肽鍵連接氨基酸構(gòu)成的多聚體.由于多肽肽鏈內(nèi)或鏈間存在荷電基團(tuán)，因此也就存在著靜電作用的力（通稱鹽鍵，如–NH3+…-OOC–）,這種力也可能在荷電基團(tuán)與偶極基團(tuán)、或偶極基團(tuán)與偶極基團(tuán)之間發(fā)生，鏈內(nèi)的靜電作用比鏈間的強(qiáng).對于多肽鏈分子還存在范德華力（如–CH2OH…HOCH2–），在鏈內(nèi)的基團(tuán)間或分子鏈間都可能有范德華的吸引或排斥力，特別是一些龐大基團(tuán)的色散偶極和誘導(dǎo)偶極間會呈現(xiàn)出主要的范德華作用力.而THz-TDS對氫鍵、范德華力等許多分子之間弱的相互作用非常敏感，具有反映化合物結(jié)構(gòu)和環(huán)境的指紋特征，因此可以用來鑒定肽的結(jié)構(gòu).

肽的光譜特征與其氨基酸組成、排列順序、分子間氫鍵以及晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān).Plusquellic[5]利用THz-FTIR技術(shù)檢測不同晶型的多肽，結(jié)果獲得了明顯不同的THz波譜，并且發(fā)現(xiàn)短鏈晶型的多肽在50~500cm-1THz波段有明顯的特征吸收.

蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)表示多肽鏈特有的氨基酸排列序列.二級結(jié)構(gòu)描述多肽鏈被氫鍵所穩(wěn)定的部分，如α-螺旋、β-折疊和β-轉(zhuǎn)角.三級結(jié)構(gòu)定義為半胱氨酸殘基之間的二硫鍵，以及其它非共價(jià)力，如疏水鍵、氫鍵和靜電力所穩(wěn)定的立體結(jié)構(gòu).四級結(jié)構(gòu)指兩個(gè)或者多個(gè)肽鏈的相互作用.

很多蛋白質(zhì)的集體振動模式在THz范圍內(nèi)，生物分子的集體運(yùn)動模式對分子的構(gòu)象、結(jié)構(gòu)及分子環(huán)境變化非常敏感.Markelz等[6]首次利用THz-TDS研究了DNA、牛血清蛋白和膠原質(zhì)在0.06~2.00THz波段的性質(zhì)，表明這些生物分子的大量低頻集體振動模式具有紅外活性，這一結(jié)果引起了人們對利用THz-TDS研究生物大分子的極大興趣.這之后，他對集體振動模式的相對作用和馳豫作用進(jìn)行了深入研究[7]，發(fā)現(xiàn)在樣品一致并考慮多重反應(yīng)的條件下，生物大分子在THz波段的總介電響應(yīng)譜帶范圍較寬且沒有特征吸收，但該響應(yīng)卻對水合作用、溫度、綁定、構(gòu)造改變高度敏感，對這些效果的產(chǎn)生進(jìn)行了討論，發(fā)現(xiàn)這是由表面?zhèn)孺湹鸟Y豫損耗引起的.Balu等[8]利用低頻THz光譜研究了視紫質(zhì)和菌視紫紅質(zhì)這兩種光活性蛋白質(zhì)系統(tǒng)，以探討螺旋跨膜蛋白集體低頻運(yùn)動.結(jié)構(gòu)相似的這兩種蛋白質(zhì)，其受THz輻射激活產(chǎn)生的振動特性有著驚人的相似.具體來說，低頻時(shí)其細(xì)胞質(zhì)環(huán)區(qū)非?；钴S，高頻時(shí)其細(xì)胞外的環(huán)區(qū)被振動激活.該研究表明THz光譜在確定蛋白質(zhì)構(gòu)象變化的振動自由度上有重要意義.

近年來，隨著THz-TDS技術(shù)的發(fā)展，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)得以進(jìn)行深入的研究.Markelz[9]首次在200K的蛋白質(zhì)動態(tài)躍遷中檢測出THz介電響應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)光譜的溫度相關(guān)性與熱激活側(cè)鏈運(yùn)動一致，且這一運(yùn)動甚至包含亞皮秒級的動力學(xué)信息.He等[10]利用THz-TDS技術(shù)研究蛋白質(zhì)的動態(tài)躍遷，通過研究天然狀態(tài)和變性的雞蛋清溶菌酶，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不是產(chǎn)生動態(tài)躍遷的必要因素.研究表明伴隨著激活反應(yīng)，光譜特性與溫度有關(guān)，并且沒有由弱到強(qiáng)躍遷的跡象.在此基礎(chǔ)上，他還利用THz-TDS技術(shù)觀察到短鏈聚丙氨酸動態(tài)躍遷到丙氨酸五肽的現(xiàn)象[11]，但沒有發(fā)現(xiàn)丙氨酸二肽或丙氨酸三肽的躍遷.該研究表明，光譜的溫度相關(guān)性確實(shí)產(chǎn)生于溶劑側(cè)鏈的相互作用.Chen等[12]利用THz-TDS觀測PsbO蛋白的可逆性構(gòu)造變化.Havenith等[13]發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)的THz光譜對突變敏感，并受蛋白質(zhì)表面電荷和柔性的影響.

蛋白質(zhì)折疊是指蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細(xì)胞環(huán)境(特定的酸堿度、溫度等)下自我組裝的過程.研究蛋白質(zhì)折疊可以有效的解釋分子生物學(xué)中心法則.近年來，THz-TDS技術(shù)在這一領(lǐng)域也開始發(fā)揮出重要作用.Havenith等[14]利用THz吸收動力學(xué)（KITA）光譜來研究蛋白質(zhì)折疊過程中的THz電場衰減和相轉(zhuǎn)移.通過與熒光法、圓二色譜、小角度X射線散射的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)KITA可檢測到在折疊早期和二級結(jié)構(gòu)形成時(shí)結(jié)合水-蛋白質(zhì)相互作用的重排現(xiàn)象，從而證明蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)形成與溶劑動力學(xué)有關(guān).2THz光譜在糖類研究中的應(yīng)用

糖類是生物體維持生命活動所需能量的主要來源，是合成其他化合物的基本原料，同時(shí)也是生物體的主要結(jié)構(gòu)成分，對于保持生物分子空間構(gòu)象和形成一定的生物學(xué)功能具有重要的作用.糖分子中存在大量的氫、氧原子基團(tuán)，其自身或者和其他生物分子都能形成大量的氫鍵，因此是研究氫鍵的典型體系.

THz-TDS對糖類的結(jié)構(gòu)非常靈敏，可以反映糖類結(jié)構(gòu)與環(huán)境的指紋特性，而且對于低頻區(qū)糖分子的定量檢測也非常有效.Shin等[15]利用THz-TDS研究了從海帶多糖中提取出的不同結(jié)構(gòu)β-葡聚糖的光譜特性，得到了三鏈螺旋（TSHs）和單鏈螺旋（SSHs）這兩種結(jié)構(gòu)在0.1~2.0THz波段的THz-TDS吸收譜圖，結(jié)果表明不同結(jié)構(gòu)的β-葡聚糖吸收譜表現(xiàn)出明顯不同的光譜特征.楊麗敏等[16]將幾種糖衍生物的THz光譜吸收峰與紅外光譜中的OH伸縮振動峰做了對比，研究表明THz光譜吸收峰所對應(yīng)的是涉及到分子間氫鍵振動的直接關(guān)系，不是只對應(yīng)于某一化學(xué)鍵，而紅外光譜中的νOH伸縮振動可以近似地與氫鍵體系相對應(yīng)，這說明了THz光譜是紅外光譜的有益補(bǔ)充.

近幾年，研究者們開始利用THz光譜研究多糖及其衍生物.Fischer等[17]利用THz-TDS技術(shù)比較了在溫度300K和10K時(shí)纖維素和幾丁質(zhì)特征吸收峰的變化，這種差別可能是源于兩種物質(zhì)在聚合物骨架的差異，幾丁質(zhì)比纖維素結(jié)合著更多的側(cè)鏈基團(tuán).3THz光譜在DNA研究中的應(yīng)用

DNA是儲存、復(fù)制和傳遞遺傳信息的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，其二級結(jié)構(gòu)為雙螺旋結(jié)構(gòu).DNA三級結(jié)構(gòu)是指DNA鏈進(jìn)一步扭曲盤旋形成超螺旋結(jié)構(gòu).根據(jù)螺旋的方向可分為正超螺旋和負(fù)超螺旋.正超螺旋使雙螺旋結(jié)構(gòu)更緊密，雙螺旋圈數(shù)增加，而負(fù)超螺旋可以減少雙螺旋的圈數(shù).幾乎所有天然DNA中都存在負(fù)超螺旋結(jié)構(gòu).

DNA分子對THz輻射的響應(yīng)主要來自于由其分子的構(gòu)形和構(gòu)象決定的集體振動模.Wittlin[18]研究了Li-DNA和Na-DNA在0.09~13.5THz波段，溫度從5~300K時(shí)的光譜特征，分別于1.35和1.23THz測出包括低頻模式在內(nèi)的五種振動模式.研究發(fā)現(xiàn)伴隨著水合作用產(chǎn)生了紅移現(xiàn)象.應(yīng)用點(diǎn)陣動力學(xué)模型可以較成功的解釋振動模式及其與水合作用的相互關(guān)系.Globus等[19]利用THz技術(shù)在10~24cm頻率范圍內(nèi)測量稀溶液中的DNA-art.no.609308.

Fisher等[20]應(yīng)用THz-TDS技術(shù)研究了組成核酸的四種堿基（鳥嘌呤、腺嘌呤、胞嘧啶和胸腺嘧啶）在0.5~4.0THz波段，溫度分別為10K和300K時(shí)的吸收系數(shù)和折射率性質(zhì)，且與應(yīng)用Gaussion98軟件包所得到計(jì)算結(jié)果有著很合理的一致性.這說明四個(gè)低頻振動是由于分子間的氫鍵面內(nèi)、外的運(yùn)動所造成的，伴隨著一個(gè)氫鍵體系的彎曲運(yùn)動，另一個(gè)氫鍵體系發(fā)生了扭轉(zhuǎn)或伸展運(yùn)動.

Li等[21]基于雙鏈DNA十倍體的三維結(jié)構(gòu)，對特定構(gòu)象的低頻聲子模式與計(jì)算機(jī)模擬的相關(guān)性進(jìn)行研究.實(shí)驗(yàn)采用了常規(guī)模式分析和納秒級分子動力學(xué)兩種模型分析方法，發(fā)現(xiàn)相比常規(guī)模式分析，分子動力學(xué)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為相關(guān)，并證實(shí)在短DNA雙鏈中存在著大量的活躍低頻聲子模式.

THz光譜能鑒別出不同DNA序列的吸收或反射率，Weng等[22]在此基礎(chǔ)上采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头纸猓瑢NA序列的THz光譜進(jìn)行了定量分析.

THz還可以應(yīng)用在如DNA、寡聚核苷酸雜交過程以及生物芯片讀出等的無標(biāo)記生物探測中.DNA分子的折射率與其結(jié)合狀態(tài)密切相關(guān)，因此THz能夠通過獲得物質(zhì)的吸收系數(shù)和折射率進(jìn)而對DNA進(jìn)行無標(biāo)記探測.Brucherseifer等[23]對DNA分子雜交狀態(tài)與其復(fù)折射率的關(guān)系進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)單或多核核苷酸的綁定狀態(tài)可通過監(jiān)視THz經(jīng)DNA的透射來推知.Nagel等[24]利用THz-TDS作為DNA序列分析工具研究了DNA鏈雜交，實(shí)驗(yàn)證明雜交過程中的THz吸收光譜有很大的不同，這表明DNA的自由鏈和雜交鏈易被THz光譜所區(qū)別.這種技術(shù)的高靈敏度甚至可以和熒光標(biāo)記技術(shù)相媲美.4THz光譜在水環(huán)境中生物分子研究的應(yīng)用

水對于生物分子發(fā)揮其功能有著至關(guān)重要的作用，但長期以來，由于實(shí)驗(yàn)儀器和研究方法的局限，水分子與生物大分子的相互作用難以觀察.90年代后期，隨著THz-TDS技術(shù)開始應(yīng)用于生物學(xué)研究領(lǐng)域，研究人員發(fā)現(xiàn)THz對生物分子中的水非常敏感，THz光譜可檢測少量溶劑誘導(dǎo)的生物分子-水分子界面的集體水分子網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)變化.這為研究生物分子與水的相互作用提供了新的手段及啟示.

在對水環(huán)境中糖類的研究中，Havenith等[25]發(fā)現(xiàn)THz可以作為一種探測溶質(zhì)-誘導(dǎo)變化的靈敏探針.以p-鍺-激光為THz光源在2.3~2.9THz范圍內(nèi)研究乳糖的光譜特征，將水和乳糖粉的吸收與整體吸收相比較，可以看出乳糖溶液的吸光度要比前兩者大.分子動力學(xué)模擬（CHARMm力場）表明這是因?yàn)闅滏I重排動力學(xué)在水合作用下發(fā)生了改變.溶劑化糖類的THz光譜顯示水分子的數(shù)目與糖類動態(tài)耦合，并在其周圍形成了動態(tài)水合層.動態(tài)水合層與溶質(zhì)接觸的氧原子數(shù)目和糖類生物功能有關(guān)[13]

水在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)上起著非常重要的作用.Xu等[26]利用THz-TDS研究牛血清蛋白溶液中與蛋白質(zhì)功能相關(guān)的集體運(yùn)動，通過減少水的干擾，發(fā)現(xiàn)牛血清蛋白溶液的摩爾吸收隨濃度變化不大，這與比爾定律相符.Born等[27]利用THz光譜技術(shù)來探討蛋白誘導(dǎo)下泛素的快速溶劑化動力學(xué)，通過對幾個(gè)泛素特殊位點(diǎn)突變體進(jìn)行吸光譜測定，確定蛋白質(zhì)表面的動態(tài)水化層厚度至少是18埃，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了由散射方法觀察到的靜態(tài)水化層（3埃）.該研究還發(fā)現(xiàn)，側(cè)鏈截?cái)鄷沟鞍踪|(zhì)結(jié)構(gòu)的柔性增加、剛性降低，從而產(chǎn)生更多自由狀的動態(tài)水合層.他們還利用THz光譜技術(shù)研究了低水合態(tài)下模型肽的溶劑化[28],發(fā)現(xiàn)如果單位溶質(zhì)的水分子數(shù)少于18~20，THz光譜吸收就會急劇下降.該現(xiàn)象是肽-水分子網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動被破壞的特征，并有力支持了激活該運(yùn)動需要最少量結(jié)合水的假說.

不同狀態(tài)的水，其吸收THz射線的方式也不同，因此研究人員可以直接觀測到蛋白質(zhì)對其周圍水分子的影響作用.Havenith等[29]在蛋白質(zhì)對溶劑的影響距離及影響方式的問題上進(jìn)行了探討，通過THz光譜技術(shù)對溶劑化動力學(xué)、動態(tài)水化層厚度進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)周圍溶劑化層的相互重疊會導(dǎo)致λ蛋白的THz吸收產(chǎn)生非單調(diào)趨勢.分子動力學(xué)模擬顯示，蛋白質(zhì)溶劑化層中的水與其距離10埃的自由水有著不同特征.在水化層相互重疊等高蛋白濃度之處的計(jì)算所得數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，都顯示其吸收光譜有非單調(diào)性變化.蛋白質(zhì)對水分子網(wǎng)絡(luò)運(yùn)動的影響距離在20埃以上，這遠(yuǎn)大于理論長度.THz實(shí)驗(yàn)表明一個(gè)蛋白質(zhì)可以影響1000個(gè)水分子.該研究小組[30]還利用THz技術(shù)測量溶劑化蛋白質(zhì)，以便研究生物大分子周圍的動態(tài)水合層.發(fā)現(xiàn)與濃度相關(guān)的THz吸收系數(shù)會隨著溶質(zhì)誘導(dǎo)的溶劑化動力學(xué)改變，并受蛋白質(zhì)濃度和動態(tài)水合層厚度的影響.

THz吸收可作為溶液中蛋白質(zhì)濃度的函數(shù)，用以研究蛋白質(zhì)和水之間動態(tài)耦合.在高濃度的蛋白質(zhì)-水溶液中，隨著蛋白質(zhì)濃度的增高，THz吸收光譜以近似線性趨勢降低[26].在低濃度的蛋白質(zhì)-水溶液中，蛋白質(zhì)濃度與吸光率呈現(xiàn)非線性變化，蛋白質(zhì)溶劑化層重疊和自由水消失表明了蛋白質(zhì)稀溶液的轉(zhuǎn)變[29].計(jì)算機(jī)模擬也可以用于研究鄰近生物分子表面的水分子動力學(xué)和結(jié)構(gòu).Whitmire等[31]使用標(biāo)準(zhǔn)模式分析生物大分子力場模型，并計(jì)算諧函數(shù)近似值下的THz吸收光譜.Ebbinghaus等[29]使用分子動力學(xué)模擬計(jì)算偶極波動.水分子的平移和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散可作為以蛋白質(zhì)和水分子間距、氫鍵動力學(xué)的函數(shù).Havenith研究小組通過模擬水分子的這一特性，得以深入研究生物分子和鄰近水的動態(tài)耦合[32].5結(jié)語

THz以其對生物分子的特征吸收、高靈敏度、寬帶性等優(yōu)點(diǎn)，為人們提供了一種研究生物分子結(jié)構(gòu)及相關(guān)動力學(xué)、分子與環(huán)境相互作用的新方法.目前關(guān)于THz波段在生物學(xué)中的光譜和成像研究正處于一個(gè)飛速發(fā)展的時(shí)期，研究者們已在生物分子指紋圖譜的獲得、無標(biāo)記生物探測以及水環(huán)境與分子的相互作用等方面做出了一些初步的研究成果.但THz作為一種新興的光譜分析檢測手段，與已經(jīng)成熟的其他光譜技術(shù)相比仍難免存在著一系列問題，它在實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論分析技術(shù)方面仍有待完善.在實(shí)驗(yàn)技術(shù)方面，由于THz波的波長限制了THz成像系統(tǒng)的空間分辨率，要在生物樣品(如生物細(xì)胞或生物組織)上加一層控制材料是很困難的；目前大多數(shù)脈沖實(shí)驗(yàn)獲取數(shù)據(jù)時(shí)間較長，對于生物樣品可能會有樣品的變性問題；一般光導(dǎo)天線輻射的THz源有效頻率較低,使得一些物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息不能在譜圖中得到充分的反映；另外,現(xiàn)有的THz時(shí)域光譜系統(tǒng)及成像系統(tǒng)的設(shè)備還比較昂貴,信息處理過程也很復(fù)雜,有待進(jìn)一步微型化和實(shí)用化.在理論分析方面，有效的數(shù)據(jù)處理和圖譜分析方法仍需要進(jìn)一步探索，光譜數(shù)據(jù)也需要不斷積累以利于研究THz光譜與分子結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系.THz涉及到物理學(xué)、化學(xué)以及生物學(xué)等多學(xué)科的交叉與融合，隨著研究的不斷深入，該技術(shù)與多種學(xué)科之間的交叉勢必會更加深入.相信隨著THz技術(shù)的發(fā)展，它將在許多領(lǐng)域都展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用價(jià)值.參考文獻(xiàn)

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