REVIEW ARTICLE

Effect of terahertz radiation on cells and cellular structures  

A. P. Rytik, V. V. Tuchin

2025, 18(1): 2.https://doi.org/10.1007/s12200-024-00146-y

Abstract：The paper presents the results of modern research on the effects of electromagnetic terahertz radiation in the frequency range 0.5-100 THz at different levels of power density and exposure time on the viability of normal and cancer cells. As an accompanying tool for monitoring the effect of radiation on biological cells and tissues, spectroscopic research methods in the terahertz frequency range are described, and attention is focused on the possibility of using the spectra of interstitial water as a marker of pathological processes. The problem of the safety of terahertz radiation for the human body from the point of view of its effect on the structures and systems of biological cells is also considered.

太赫兹（THz）辐射是一种频率范围在0.5–100 THz的电磁辐射，因其在生物医学领域的潜在应用而备受关注。太赫兹辐射能够被生物组织中的水分子强烈吸收，从而影响细胞和生物体的生理过程。近年来，研究者们开始探索太赫兹辐射对正常细胞和癌细胞的影响，以及其在生物医学诊断和治疗中的应用潜力。太赫兹辐射的非热效应尤其受到关注，因为它可能在低功率密度下对细胞产生显著的生物效应。

本文综述了太赫兹辐射对细胞及细胞结构的影响，重点关注了其在不同功率密度和暴露时间下的生物效应。研究结果表明，太赫兹辐射能够影响细胞膜的通透性、离子通道活性以及细胞内分子的振动和旋转模式。此外，太赫兹辐射还可能通过改变细胞内水分子的状态来影响细胞的生理功能。文章详细讨论了以下几个方面：

1. 太赫兹辐射与生物介质的相互作用：分析了太赫兹辐射在生物组织中的传播特性，以及其对细胞膜通透性和离子通道活性的影响。

2. 太赫兹辐射对细胞膜通透性的影响：研究表明，太赫兹辐射能够显著增加细胞膜的通透性，促进小分子的跨膜运输，这一效应与辐射的频率和功率密度密切相关。

3. 太赫兹辐射对细胞内过程的调控：太赫兹辐射能够通过共振激发生物大分子的振动和旋转模式，从而影响细胞内的生理过程。

4. 太赫兹辐射对癌细胞的影响：太赫兹辐射在癌症诊断中展现出高对比度成像的优势，能够区分健康组织和肿瘤组织。此外，太赫兹辐射还可能通过改变癌细胞的代谢途径来抑制其迁移和增殖。

本文的研究结果为太赫兹辐射在生物医学领域的应用提供了重要的理论基础和实验依据。太赫兹辐射作为一种非侵入性的诊断工具，具有高分辨率和高对比度的优势，有望在癌症早期诊断和治疗监测中发挥重要作用。此外，太赫兹辐射对细胞代谢和基因表达的影响，也为开发新的治疗方法提供了新的思路。文章还讨论了太赫兹辐射的安全性问题，指出需要进一步研究其对生物细胞的长期影响，并制定相应的安全标准。

未来的研究将进一步探索太赫兹辐射对生物细胞的长期影响，以及其在临床诊断和治疗中的应用潜力。随着技术的进步和研究的深入，太赫兹辐射有望成为生物医学领域的一个重要工具，为疾病的诊断和治疗带来新的突破。具体方向包括：

· 高分辨率成像技术的开发：进一步提高太赫兹成像技术的分辨率，以实现更精确的癌症诊断。

· 非热效应机制的深入研究：探索太赫兹辐射对细胞的非热效应机制，揭示其在低功率密度下的生物效应。

· 临床应用的拓展：将太赫兹技术应用于更多的临床场景，如神经疾病诊断、心血管疾病监测等。

· 安全标准的制定：基于对太赫兹辐射生物效应的深入理解，制定更科学的安全标准，确保其在临床和研究中的安全使用。