一項(xiàng)新的成像技術(shù)可快速測量固體的化學(xué)成分。樣品藥丸的常規(guī)圖像顯示在左側(cè)。在右側(cè)，以太赫茲頻率觀察同一表面會(huì)發(fā)現(xiàn)各種成分具有不同的顏色。這樣的圖像將有助于藥品制造中的質(zhì)量控制和開發(fā)，以及醫(yī)學(xué)診斷和治療。圖片來源：Sterczewski等。

在開發(fā)便攜式掃描儀的重大步驟中，該掃描儀可以快速測量藥物中的分子或?qū)�患者皮膚中的組織進(jìn)行分類，研究人員創(chuàng)建了一種成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用足夠小且效率高的激光安裝在微芯片上。

該系統(tǒng)以太赫茲頻率發(fā)射和檢測電磁輻射，該頻率高于無線電波，但低于用于熱成像的長波紅外光。使用太赫茲輻射成像一直是工程師的目標(biāo)，但是創(chuàng)建在該頻率范圍內(nèi)工作的實(shí)際系統(tǒng)的困難已阻礙了大多數(shù)應(yīng)用，并導(dǎo)致了工程師所說的“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)的負(fù)責(zé)人之一杰拉德·懷索基（Gerard Wysocki）表示：“在這里，我們擁有一種革命性的技術(shù)，它沒有任何活動(dòng)部件，并且直接從半導(dǎo)體芯片發(fā)射太赫茲輻射�！� 。

太赫茲輻射可以穿透諸如織物和塑料之類的物質(zhì)，不會(huì)電離，因此可安全用于醫(yī)療用途，并可用于查看難以在其他頻率下成像的材料。該新系統(tǒng)在Optica期刊六月發(fā)表的一篇論文中進(jìn)行了描述，它可以快速探測分子的身份和排列或使材料受到結(jié)構(gòu)破壞。

該設(shè)備使用精確頻率的穩(wěn)定輻射束。該設(shè)置稱為頻率梳，因?yàn)樗�包含多個(gè)“牙齒”，每個(gè)牙齒發(fā)出不同的，定義明確的輻射頻率。輻射與樣品材料中的分子相互作用。雙梳狀結(jié)構(gòu)使儀器可以有效地測量反射輻射。反射輻射中的獨(dú)特圖案或光譜特征使研究人員能夠識別樣品的分子組成。

盡管當(dāng)前的太赫茲成像技術(shù)生產(chǎn)成本高且操作麻煩，但新系統(tǒng)基于半導(dǎo)體設(shè)計(jì)，成本更低，每秒可生成許多圖像。這種速度可能使其對生產(chǎn)線和其他快節(jié)奏用途的藥物片劑的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制有用。

Wysocki說：“想象一下，平板電腦每經(jīng)過100微秒，您就可以檢查它是否具有一致的結(jié)構(gòu)，以及您期望的每種成分是否足夠�！�

作為概念的證明，研究人員創(chuàng)建了一種具有三個(gè)區(qū)域的平板電腦，這些區(qū)域包含藥品中常見的惰性成分-葡萄糖，乳糖和組氨酸的形式。太赫茲成像系統(tǒng)識別出每種成分，并揭示了它們之間的界限，以及一種化學(xué)物質(zhì)溢出到不同區(qū)域的幾個(gè)斑點(diǎn)。這種類型的“熱點(diǎn)”代表了藥物生產(chǎn)中的常見問題，當(dāng)有效成分未正確混合到片劑中時(shí)會(huì)發(fā)生。

該團(tuán)隊(duì)還通過對美國四分之一區(qū)域成像來演示系統(tǒng)的分辨率。清晰可見的細(xì)節(jié)，如鷹的翅膀羽毛，小至五分之一毫米寬。

盡管該技術(shù)使太赫茲成像的工業(yè)和醫(yī)學(xué)用途比以前更可行，但仍需要冷卻至低溫，這是實(shí)際應(yīng)用的主要障礙。現(xiàn)在，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)的研究小組說，其雙梳子高光譜成像技術(shù)將與這些新的室溫激光源一起很好地工作，然后可以打開更多的用途。

太赫茲輻射由于不電離，因此對患者是安全的，并且有可能被用作皮膚癌的診斷工具。此外，該技術(shù)對金屬成像的能力可用于測試飛機(jī)機(jī)翼在飛行中被物體撞擊后是否受損。

除Wysocki外，普林斯頓大學(xué)的作者還曾是訪問研究生Lukasz Sterczewski（現(xiàn)為NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的博士后學(xué)者）和副研究員Jonas Westberg。其他合著者是麻省理工學(xué)院的Yang Yang，David Burghoff和Hu Qing。和桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室的John Reno。這項(xiàng)研究的支持部分由國防高級研究計(jì)劃局和美國能源部提供。