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摘要

神经细胞的尺寸与太赫兹波的波长处于同一数量级, 因此, 神经细胞可等效为微型介质谐振器从而起到增强细胞内的太赫兹信号的作用. 基于此现象, 本文提出神经细胞弱谐振效应的新概念. 建立了三层结构的球形神经细胞胞体模型, 用太赫兹时域光谱仪系统测量了神经细胞生理液的相对介电常数, 并用双德拜模型对实验结果进行拟合; 利用时域有限差分法对太赫兹波在神经细胞中的传播特性进行研究. 结果表明, 当神经细胞的相对介电常数高于外部媒质时, 太赫兹波可以在神经细胞内部形成弱的谐振峰, 并且随着细胞与外部媒质的相对介电常数差值的减小, 谐振峰会向细胞膜侧偏移, 细胞对太赫兹波的聚焦特性会随着两侧相对介电常数差值的减小而逐渐增强, 这种现象称为弱谐振效应. 同时, 弱谐振效应也表现出与细胞尺寸和频率的相关性. 神经细胞的弱谐振效应在增强细胞内太赫兹信号强度的同时, 也会进一步增强太赫兹信号在神经纤维中的传输. 这些结果为解释太赫兹波与神经细胞的相互作用提供了新模型, 有助于研究太赫兹波在生物神经系统中的传递机制.

关键词:

太赫兹/
神经细胞/
传输/
弱谐振

Abstract

The size of nerve cell is comparable to the wavelength of terahertz (THz) wave. In this work, a new concept of weak resonance effect of nerve cells is proposed. The permittivity of intracellular fluid is measured experimentally by using a THz-TDS system, and the relationship between the permittivity of nerve cells and the frequency is obtained by fitting the double Debye model. The propagation characteristics of THz waves in nerve cells are studied by finite difference time domain. The results show that when the dielectric constant of nerve cell is higher than that of the external medium, THz wave can be enhanced in the nerve cell. Meanwhile, as the dielectric constant of the external medium increases, the resonance will be close to the cell membrane. And it shows the focusing property of THz waves, as a convex lens does. The weak resonance effect is related to the dielectric constant of the background medium, and increases with the cell size and frequency increasing. These results provide a new model to explain the interaction between THz wave and nerve cells, contributing to the study of the transmission mechanism of THz wave in biological nervous system.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.
3.

通信作者:宫玉彬,ybgong@uestc.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 61921002, U1930127)、国家自然科学基金委国家基础科学中心(批准号: 61988102)和中央高校基本科研业务费(批准号: ZYGX2019J013)资助的课题.

Authors and contacts

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Corresponding author:Gong Yu-Bin,ybgong@uestc.edu.cn

Funds:Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant Nos. 61921002, U1930127), the National Basic Science Center of the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 61988102), and the Fundamental Research Fund for the Central Universities, China (Grant No. ZYGX2019J013).

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参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]

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细胞膜	2.37	11.77	3.28	7.19	0.11

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	$ {\varepsilon }_{\infty } $	$ {\varepsilon }_{\mathrm{s}} $	$ {\varepsilon }_{2} $	$ {\tau }_{1} $/ps	$ {\tau }_{2} $/ps
细胞内生理液	5.685	77.34	8.990	12.6	0.243

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	$ {\varepsilon }_{\infty } $	$ {\varepsilon }_{\mathrm{s}} $	$ {\varepsilon }_{2} $	$ {\tau }_{1} $/ps	$ {\tau }_{2} $/ps
正常乳腺组织	2.1	76.5	3.9	10.3	0.07
癌变乳腺组织	2.5	77.9	4.3	9.1	0.08

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[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]

[1]	徐振, 罗曼, 李吉宁, 刘龙海, 徐德刚.太赫兹金属线波导传输特性实验研究及模拟分析. 必威体育下载 , 2024, 73(11): 114203.doi:10.7498/aps.73.20240279
[2]	马少卿, 龚士香, 张微, 路承彪, 李小俚, 李英伟.宽带微量太赫兹辐射促进神经元生长发育. 必威体育下载 , 2022, 71(20): 208701.doi:10.7498/aps.71.20220636
[3]	闫忠宝, 孙帅, 张帅, 张尧, 史伟, 盛泉, 史朝督, 张钧翔, 张贵忠, 姚建铨.二氧化钒相变对太赫兹反谐振光纤谐振特性的影响及其应用. 必威体育下载 , 2021, 70(16): 168701.doi:10.7498/aps.70.20210084
[4]	张尧, 孙帅, 闫忠宝, 张果, 史伟, 盛泉, 房强, 张钧翔, 史朝督, 张贵忠, 姚建铨.太赫兹双芯反谐振光纤的设计及其耦合特性. 必威体育下载 , 2020, 69(20): 208703.doi:10.7498/aps.69.20200662
[5]	耿俊娴, 李少强, 王诗琪, 黄春, 吕云杰, 胡睿, 屈军乐, 刘丽炜.近红外光刺激神经细胞钙离子光激活. 必威体育下载 , 2020, 69(15): 158701.doi:10.7498/aps.69.20200489
[6]	周璐, 赵国忠, 李晓楠.基于双开口谐振环超表面的宽带太赫兹涡旋光束产生. 必威体育下载 , 2019, 68(10): 108701.doi:10.7498/aps.68.20182147
[7]	张学进, 陆延青, 陈延峰, 朱永元, 祝世宁.太赫兹表面极化激元. 必威体育下载 , 2017, 66(14): 148705.doi:10.7498/aps.66.148705
[8]	刘永欣, 陈子阳, 蒲继雄.随机电磁高阶Bessel-Gaussian光束在海洋湍流中的传输特性. 必威体育下载 , 2017, 66(12): 124205.doi:10.7498/aps.66.124205
[9]	付亚男, 张新群, 赵国忠, 李永花, 于佳怡.基于谐振环的太赫兹宽带偏振转换器件研究. 必威体育下载 , 2017, 66(18): 180701.doi:10.7498/aps.66.180701
[10]	戴雨涵, 陈小浪, 赵强, 张继华, 陈宏伟, 杨传仁.太赫兹波段谐振频率可调的开口谐振环结构. 必威体育下载 , 2013, 62(6): 064101.doi:10.7498/aps.62.064101
[11]	丁攀峰, 蒲继雄.部分相干涡旋光束传输中的光斑分析. 必威体育下载 , 2012, 61(17): 174201.doi:10.7498/aps.61.174201
[12]	谭智勇, 陈镇, 韩英军, 张戎, 黎华, 郭旭光, 曹俊诚.基于太赫兹量子级联激光器的无线信号传输的实现. 必威体育下载 , 2012, 61(9): 098701.doi:10.7498/aps.61.098701
[13]	韩煜, 袁学松, 马春燕, 鄢扬.波瓣波导谐振腔太赫兹回旋管的研究. 必威体育下载 , 2012, 61(6): 064102.doi:10.7498/aps.61.064102
[14]	黄永超, 张廷蓉, 陈森会, 宋宏远, 李艳桃, 张伟林.椭圆高斯光束在单轴晶体中垂直于光轴的传输特性. 必威体育下载 , 2011, 60(7): 074212.doi:10.7498/aps.60.074212
[15]	阮存军, 王树忠, 韩莹, 李庆生.高传输通过率带状电子注聚焦与传输特性的研究. 必威体育下载 , 2011, 60(8): 084105.doi:10.7498/aps.60.084105
[16]	丁攀峰, 蒲继雄.拉盖尔高斯涡旋光束的传输. 必威体育下载 , 2011, 60(9): 094204.doi:10.7498/aps.60.094204
[17]	杜广星, 钱宝良.准矩形截面强流相对论带状电子束的传输. 必威体育下载 , 2010, 59(7): 4626-4633.doi:10.7498/aps.59.4626
[18]	梁林云, 戴松元, 方霞琴, 胡林华.染料敏化太阳电池中TiO2膜内电子传输和背反应特性研究. 必威体育下载 , 2008, 57(3): 1956-1962.doi:10.7498/aps.57.1956
[19]	颜森林.混沌信号在光纤传输过程中的非线性演化. 必威体育下载 , 2007, 56(4): 1994-2004.doi:10.7498/aps.56.1994
[20]	殷建玲, 刘承宜, 杨友源, 刘　江, 范广涵.原子激光传输的有效ABCD形式研究. 必威体育下载 , 2004, 53(2): 356-361.doi:10.7498/aps.53.356

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