太赫兹时域光谱(Terahertz Time Domain Spectroscopy,THz-TDS)技术作为一种新兴的检测手段,在食品检测、药品检测、安全检查等方面具有广阔的应用前景。基于其快速无损、对水及生物分子响应敏感等独特优势,近十几年来,太赫兹时域光谱技术在生物医学研究领域,尤其在肿瘤检测方面引起了学界的广泛关注。肿瘤病变会体现在组织的病理变化及病变标志物的含量或结构变化。因此,针对病变组织和病变标志分子的检测是临床肿瘤诊断的两种主要手段。本文依托国家自然科学基金项目,利用太赫兹光谱技术,开展了病变组织层面和生物分子层面的检测问题研究。本文的主要工作和创新点如下:(1)太赫兹时域光谱组织检测点位与实际病理配准的实验技术问题。通过在处理胃组织的过程中引入组织芯片技术,为组织太赫兹检测结果和病理信息的精准匹配提供了可靠方法。对比分析了组织芯片技术配准的实验组与未配准的对照组的太赫兹吸收系数和折射率谱。结果表明,在太赫兹光谱组织检测研究中,使用组织芯片方法有助于提升组织检测的精准性从而提高癌变样本和正常样本光谱数据的区分效果。(2)基于太赫兹时域光谱技术的病变组织分析判别问题。在机理层面,结合组织芯片方法配准的检测点病理信息分析了胃管状腺癌组织与正常组织细胞密度差异、细胞核变化以及细胞微环境变化对太赫兹响应的影响。基于机理分析下胃癌变组织与正常组织太赫兹响应的差异性,提出了胃癌组织判别模型,并利用判别模型对部分典型样本癌变概率信息进行了预测。(3)基于太赫兹时域光谱技术的生物分子检测问题。蛋白质水合层可以反映蛋白质实际分子状态的变化,组蛋白甲基化等蛋白质异常修饰与肿瘤病变具有相关性。对于不同蛋白质,结构修饰导致的水合特性变化和构象变化在太赫兹波段的响应机理具有一定共性,牛血清白蛋白在分子生物学研究中具有易获取、稳定性好等优势,常作为研究的模型蛋白。本文以牛血清白蛋白以及甲基化牛血清白蛋白为研究对象,根据样品吸收系数随浓度的非线性变化研究了太赫兹光谱技术对蛋白质表面水合层的检测能力,并结合其趋势分析了牛血清白蛋白甲基化修饰前后水合层的差异性。另外,研究了太赫兹吸收系数、折射率和介电参数对于牛血清白蛋白及其甲基化对象的区分敏感性,提出了基于敏感参数的蛋白质甲基化修饰的判别模型,分析结果显示结合折射率和介电损耗角正切参数对于本研究中的蛋白质甲基化修饰具有较好的检测效果。研究结果表明了太赫兹光谱技术在蛋白质水合层检测以及结构修饰检测方面的可行性。总体而言,本文在组织层面利用病理配准的优势加强了太赫兹检测与实际病理的关联研究,在分子层面研究了太赫兹光谱技术对蛋白质水合层及结构修饰的检测能力,相关进展与成果对太赫兹时域光谱技术在病变检测中的应用具有借鉴意义。