Терагерцева щілина в науці: чим її можна «заповнити»

Сфера застосування терагерцевого випромінювання в науці, техніці та медицині вважається вкрай вузькою. Незважаючи на труднощі і невдачі вчені не залишають спроб знайти цим електромагнітним хвилям «підходящу роботу», на якій вони б могли служити суспільству. Одне з майбутніх можливих застосувань терагерцевого випромінювання - лікування деяких типів раку.

Терагерцеве випромінювання або Т-промені - це частина електромагнітного спектру, обмежена частотами від 0,1 до 10 терагерць (ТГц) або довжинами хвиль від 3 міліметрів до 30 мікрометрів. Ця область спектра знаходиться між мікрохвилями та інфрачервоним світлом. Ділянку часто називають «терагерцевою щілиною», підкреслюючи прикрою кличкою деяку «марність» хвиль із зазначеною довжиною в практичних додатках.

Не займайтеся самолікуванням! У наших статтях ми збираємо останні наукові дані і думки авторитетних експертів у сфері здоров'я. Але пам'ятайте: поставити діагноз і призначити лікування може тільки лікар.

З боку коротких хвиль у «щілині» перестають добре працювати оптичні методи, з боку довгих - відмовляють радіофізичні. Створити потужні джерела і чутливі приймачі терагерцевого випромінювання - досить непросте завдання. Тому воно довгий час вважалося непрактичним. У 2001 році в світі над цією темою працювали близько 85 груп дослідників. Зараз це число більше в 20-30 разів. Плоди робіт вчених - це застосування терагерцевого випромінювання в системах безпеки, астрономії та медицині.

Одяг прозорий для терагерцевих хвиль. З іншого боку вони безпечні для людини, оскільки повністю затримуються рідинами і не іонізують середовище - не відривають від атома електрони і не руйнують речовину. Ці властивості дозволяють застосовувати терагерцеве випромінювання при огляді в аеропортах і на вокзалах замість шкідливого рентгена.

В астрономії теж є невелика ніша для «вигнанця» електромагнітного спектру. Частина космічного фону - це випромінювання з частотою 1 ТГц - наш хлопець. Більшість фотонів мають меншу енергію або нижчі частоти і становлять так зване реліктове випромінювання. Але якщо зловити терагерцеві хвилі, можна зазирнути набагато глибше у Всесвіт. На жаль, для цього потрібні дуже чутливі детектори, які зазвичай засновані на надпровідникових технологіях, синонім яких - "Дайте грошей! Більше грошей! "

У медицині терагерцеве випромінювання використовується досить рідко. Діагностика за допомогою цих хвиль точніша, ніж із застосуванням хвиль оптичного діапазону, але помітно поступається тому ж рентгену. При лікуванні пухлин теж є обмеження. Через поглинання терагерцевого випромінювання рідинами організму його прямий вплив на ракові клітини можливий тільки в поверхневих шкірних шарах.

Чи можна «заповнити» терагерцеву щілину ще якимось корисним застосуванням? Дослідницька група з Центру передової фотоніки RIKEN нещодавно знайшла можливий напрямок. Вчені виявили, що енергія випромінювання передається рідині через створювані ним ударні хвилі. З огляду на це, група вирішила перевірити, чи зможе терагерцеве випромінювання також впливати на тканини, і що при цьому станеться з живими клітинами. У своїй роботі, опублікованій в Scientific Reports, дослідники піддали терагерцевому «катуванню» білок під назвою актин. Актин є ключовим елементом, що формує клітини організмів.

Актин може існувати в двох формах: G-актин і F-актин, які мають різні структури і функції. G-актин при цьому може перетворюватися на свого F-товариша. Під час експерименту з'ясувалося, що вплив терагерцевого випромінювання на водний розчин актину перешкоджає формуванню білкових ланцюгів G-актину і заважає його перетворенню на F-актин.

Спочатку дослідники вирішили, що процес зростання може гальмувати температура. Терагерцеве випромінювання межує з інфрачервоною областю і теж нагріває речовину. Однак підвищення температури на 1,4 градуса за Цельсієм не могло так сильно уповільнити утворення актину. Тоді вчені дійшли висновку, що винна ударна хвиля. Щоб додатково перевірити гіпотезу, вони провели експерименти на живих клітинах. З'ясувалося, що в клітинах, як і в розчині, утворення актину під дією терагерцевого випромінювання було порушено. При цьому не було жодних ознак загибелі самих клітин.

Те, що терагерцеве випромінювання може впливати на білки всередині клітин, не вбиваючи їх самих клітин - це величезний потенціал для лікування раку. Вчені і далі будуть продовжувати експерименти, які, можливо, призведуть до витіснення шкідливої хіміотерапії з арени, на якій багато років йде бій з раком.