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太赫兹辐射对生物系统的潜在影响是许多基于生物安全应用类项目中的重要研究内容,及时评估太赫兹辐射对生物系统健康的潜在危害和影响具有非常重要意义。大量研究表明,太赫兹辐射对生物体完全无损的早期观点在细胞水平上并不完全成立,所造成的影响也各不相同。而这些影响除了安全评估以外,也可为以太赫兹技术为手段的新型诊疗方法提供理论依据。本论文主要研究了小鼠视网膜神经节细胞(RGC-5)和小鼠脑微血管内皮细胞(bEnd.3)在太赫兹时域光谱系统低功率辐照下的生物学效应以及光谱特性分析。视网膜神经节细胞过度凋亡是造成青光眼等眼部疾病的主要原因,因此研究对视网膜神经节细胞凋亡的影响十分重要。本文首先对小鼠神经节视网膜细胞(RGC-5)进行了不同时间(5,10,20,30,40分钟)的太赫兹曝光处理,并在曝光后不同时间阶段对细胞进行凋亡率检测。结果发现,无论是曝光后0小时,6小时还是12小时,细胞的凋亡率相对对照组都出现了下降趋势。说明该条件下的太赫兹辐射对小鼠视网膜神经节细胞在不利环境下的凋亡增加具有一定的抑制作用。该结果为低功率宽频带脉冲太赫兹辐射成为一种可能的治疗工具提供了可能,为其对青光眼等眼部疾病的治疗提供了体外细胞学基础。此外,脑微血管内皮细胞作为血脑屏障的主要组成部分,它的死亡将会造成血脑屏障破裂并引起脑组织损伤。我们结合太赫兹光谱特性分析,详细评估了bEnd.3细胞在低功率(20uW/cm~2),频率为0.1-3.5 THz太赫兹辐射下曝光10,20和30分钟的细胞学反应。实验过程中使用红外摄像机对曝光期间的细胞温度进行实时监测并记录各个时间点的温度值和红外照片。使用光学显微镜观察细胞在太赫兹辐照前后的细胞形态学变化,使用流式细胞术对细胞在曝光后0小时和12小时的细胞凋亡、细胞周期进行检测分析。辐照期间实时采集细胞的太赫兹光谱数据。实验结果显示,在辐照过程中细胞几乎没有出现温度变化。同时,细胞在辐照前后细胞形态几乎无明显变化。细胞凋亡结果显示,在曝光后0小时,细胞凋亡率随曝光时间的增加而减少。然而,在曝光后12小时细胞凋亡率出现急剧上升。利用细胞周期学检测技术,我们发现在经过太赫兹辐照后0小时,处于G0/G1期的细胞数量随曝光时间减少,而G2/M期的细胞数量却随曝光时间增加,但在曝光后12小时检测结果却与之相反,这种变化趋势与凋亡率趋势相匹配。表明了即使是低功率太赫兹辐射,也会对脑微血管内皮细胞产生有害作用,只是由于细胞应激反应导致这种作用不会立刻表现,而是在曝光后一定的时间后发生效应。考虑到细胞的介电特性,我们计算了细胞在不同曝光时间(10,20和30分钟)的太赫兹复介电常数,分析结果发现,细胞的介电损耗(复介电常数虚部)随曝光时间的增加而减少,这可能是细胞中一些离子或蛋白质溶度改变而引起。因此我们利用这种变化趋势,调查了细胞复介电常数变化与细胞凋亡的关系,我们对细胞的时域光谱数据进行归一化处理后,结果发现其与流式细胞术检测的细胞凋亡率(曝光后0小时)变化具有很好的匹配性。也证明了太赫兹时域光谱系统是一种可以无损、实时、无标记定量体外检测细胞生理状态的潜在工具。