近日，天津大學科研團隊開發(fā)了一種新型太赫茲光聲系統(tǒng)，該系統(tǒng)首次實現(xiàn)無須抽血或標記即可實時監(jiān)測活體小鼠血鈉水平，人體實驗也證實了其臨床應用潛力。相關成果日前發(fā)表在國際期刊《光學》上。

動態(tài)觀測血鈉濃度變化尤為重要

“鈉離子是人體最重要的電解質之一，它參與調節(jié)水電解質平衡、能量代謝和細胞功能，對于機體免疫與炎癥調節(jié)具有多方面重要作用。”在天津大學實驗室，論文通訊作者、天津大學精密儀器與光電子工程學院光電子科學技術系教授田震向記者展示了血鈉檢測的重要性。他拿起一支采血管說，數(shù)據(jù)顯示，全球每年有300萬—600萬患者出現(xiàn)血鈉紊亂，其中低鈉血癥患病率達15%—20%，高鈉血癥患病率為9%，嚴重血鈉失衡患者的死亡率高達40%—60%。

田震特別指出，伴有急性腎損傷、顱腦損傷或心力衰竭的危重患者更容易出現(xiàn)血鈉失衡，即便是輕微的低鈉血癥，也可能導致心力衰竭等疾病的死亡率顯著上升。而嚴重血鈉失衡，與腦水腫等神經系統(tǒng)并發(fā)癥密切相關，且臨床癥狀的嚴重程度取決于血鈉離子的變化速度。“血鈉波動的速度直接關系到患者的預后。”田震強調，嚴密監(jiān)測鈉離子的矯正速率，抑制鈉失衡的發(fā)展進程，對改善患者的預后，防止永久性神經系統(tǒng)損傷至關重要。

在治療血鈉失衡的過程中，精準調控尤為關鍵。田震解釋道：“如果血鈉濃度糾正過快，超過校正的安全限度，則會導致血漿滲透壓的迅速變化，從而引發(fā)滲透性脫髓鞘綜合征，產生致命性、不可逆性腦損傷，危及患者生命。因此，要在治療過程中防止矯枉過正，精確控制血鈉濃度，對血鈉濃度持續(xù)動態(tài)檢測尤為重要。”

目前血鈉檢測金標準是抽取血樣，在血氣分析儀（BGA）或實驗室中進行分析。“這種方法為有創(chuàng)操作，需要反復抽血。不僅增加患者痛苦，還存在感染風險。”田震說。

更嚴重的問題是檢測的滯后性。“重癥患者的血鈉可能每分鐘都在變化。”田震表示，開發(fā)一種無創(chuàng)、可以動態(tài)觀測血鈉變化的檢測方式極為重要。

新技術有望實現(xiàn)無創(chuàng)連續(xù)檢測

基于這些臨床痛點，團隊創(chuàng)新性地采用了基于“水靜音”的太赫茲光聲技術，研發(fā)了新型太赫茲光聲系統(tǒng)。田震介紹，該系統(tǒng)為無創(chuàng)實時血鈉監(jiān)測提供了全新解決方案。

太赫茲波位于微波與中紅外波段之間，具有低能量、組織無害性和弱散射性等優(yōu)勢，被視為理想的生物醫(yī)學檢測工具。然而，水分子對太赫茲波的強吸收特性一直限制著其實際應用。

“為解決這個難題，我們通過模塊化系統(tǒng)發(fā)射太赫茲波，激發(fā)血液中鈉離子振動產生超聲波，再經超聲換能器捕獲信號。”文章第一作者、天津大學副教授李嬌解釋說，太赫茲光聲技術將光聲技術與太赫茲光譜技術相結合，可巧妙地將吸收的太赫茲能量轉化為聲波，有效規(guī)避了水分子對太赫茲波的強吸收干擾。實驗結果表明，該技術能在無標記條件下實現(xiàn)活體小鼠血鈉濃度的長期實時監(jiān)測，人體志愿者試驗也取得了積極進展。

“這項技術的臨床應用前景廣闊。”田震說，短期看，在血鈉監(jiān)測方面，無創(chuàng)連續(xù)檢測將徹底改變現(xiàn)有診療模式，為“無針診斷”開辟了新途徑。治療期間無須抽血，就能使醫(yī)生實時掌握患者血鈉變化，在血鈉失衡的治療中，將顯著降低因血鈉糾正過快導致的神經損傷風險。

未來，太赫茲光聲技術還可拓展至蛋白質、糖類以及特定有機大分子的無創(chuàng)檢測中，推動生命體征監(jiān)測與疾病診療技術體系的升級迭代。

更令人振奮的是，該技術在神經科學研究領域也展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢。李嬌認為，由于太赫茲光聲技術對鈉離子的本征吸收特性，未來將有望實現(xiàn)無須標記的神經電活動直接檢測，這將為研究鈉鉀離子介導的神經活動提供全新工具。

然而，要實現(xiàn)這些應用目標，研究團隊仍需攻克多項技術挑戰(zhàn)。首要問題是人體組織的信號衰減效應，這要求進一步提升系統(tǒng)的光源強度和探測靈敏度。其次，溫度控制也是關鍵難點，目前研究團隊正在評估口腔內膜組織作為潛在檢測部位的可行性。此外，臨床試驗設計面臨特殊挑戰(zhàn)，如何在確保受試者安全的前提下建立可靠的驗證方法，成為團隊當前重點攻關的方向。

“此次研究中，血鈉檢測的成功驗證了我們技術路線的可行性。團隊將繼續(xù)優(yōu)化系統(tǒng)性能，推動這項創(chuàng)新技術盡快服務于臨床，為醫(yī)療診斷和科學研究提供更精準、更安全的檢測手段。”李嬌說。