Xitian Hu, Li Zhou, Xu Wu, Yan Peng. Review on near-field detection technology in the biomedical field[J]. Advanced Photonics Nexus, 2023, 2(4): 044002
探索生命物质在微观尺度的变化，例如研究生物大分子、细胞和微生物的物理化学性质，包括基因表达、细胞分化、病毒结构等，有助于理解生物信息的本质和演化规律，发展生物医学传感与影像数据的高灵敏、跨尺度信息检测和处理能力，以及医学信息的新方法、新技术从而预防和治疗疾病，探索生命的奥秘。微生物的尺寸通常只有微米至纳米量级，甚至更小。传统的光学探测技术可实现亚微米量级空间分辨率，在实现纳米量级分辨率上存在巨大挑战。
目前，可获得纳米级分辨率的先进检测方法包括冷冻电镜和扫描探针显微镜（SPM）等。冷冻电镜可以获得生物分子原子级的结构信息，却无法获取化学信息；以原子力显微镜（AFM）为代表的SPM被广泛用于生物医学领域，该技术能以纳米级分辨率获得样品的形貌信息和机械性质，但无法以无标记的方法获得样品的化学信息；结合振动光谱和SPM的扫描近场光学显微镜，可以在保持纳米级空间分辨率的同时，实现具有更大适应性的特异性生物检测。
图1 文章思路
考虑到生物样品含水量高和红外波对水的强吸收，研究人员首先回顾了以上四种近场技术基于非液体环境的相关研究，详细阐述了四种技术在应用于三种微观生物医学样品（包括生物大分子、细胞和组织）时所面临的实验挑战，使用的详细技术情况及其在实际医疗中的案例。
研究人员特别对生物大分子在蛋白质二级结构变化、细胞膜化学成分变化、染色体甲基化和病毒蛋白质化学组成方面的研究进展进行了综述。对细胞类和组织类样品，研究人员介绍了与识别细胞成分和表征物质空间分布上有关的工作。在液体环境下，可利用以上技术监测动态化学反应过程，跟踪单分子化学组成和结构变化的过程，有利于探索生理过程的发展机理。最后，研究人员总结了在液体环境中实现有效检测的方法，包括设计特殊的液体电池，改进光路结构和使用低红外吸收的液体环境，对近场检测技术实现体内检测做了展望。
近场生物医学检测的研究充满巨大的发展机遇和挑战，作者团队希望文章涉及的研究工作能激发生物医学检测和生物医学成像领域研究人员的兴趣，并借助这些技术来解决更多的难题。
彭滟，上海理工大学教授，博导。获国家高层次人才计划，国家优秀青年自然科学基金，上海市“东方学者”，“曙光学者”，“青年拔尖人才计划”，“启明星”，浦江人才计划，“晨光学者”等人才称号。科研方面目前主要围绕太赫兹波产生调控及其在生物医学方面的应用研究展开。发表国际SCI论文六十余篇，授权发明专利三十二项，国际PCT专利五项。
胡翕甜，上海理工大学光电学院博士研究生，主要从事太赫兹近场生物检测技术的研究。以第一作者在Advanced Photonics Nexus上发表论文，以合作者身份发表SCI论文一篇。
