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为探究太赫兹波对生物化学反应的影响，研究人员以脂质体（GUVs）为模型，开展 0.46 THz 波对其包裹的 T7 RNA 聚合酶体外转录反应的研究。发现辐照期间转录被非热抑制，结束后效率升高，为解析太赫兹波与生物体相互作用提供新模型。
在生命科学的微观世界里，太赫兹波（THz）如同一位神秘的 “能量使者”，悄然拨动着生物大分子的琴弦。作为介于微波与红外之间的特殊电磁波，太赫兹波的独特性质使其在生物医学领域展现出巨大潜力，然而其与生物体相互作用的机制却如同笼罩着一层薄雾。过去研究虽发现太赫兹波可通过影响水分子与蛋白质间的氢键，对细胞分裂、DNA 结构等产生作用，如引起 DNA 双链断裂（DSB）或激活细胞分裂相关基因表达，但诸多关键问题仍迷雾重重 —— 温度干扰导致难以区分热效应与非热效应，复杂细胞环境使精准解析作用靶点举步维艰。如何在排除外界干扰的纯净环境中，揭开太赫兹波调控生物化学反应的神秘面纱，成为科研人员亟待攻克的难题。
为驱散这层迷雾，日本福井大学（University of Fukui）的研究人员开展了一项富有创造性的研究。他们将目光聚焦于脂质体 —— 这种形似细胞的囊泡结构（ giant unilamellar vesicles, GUVs），其能包裹转录、翻译等多种细胞功能，宛如一个微型 “细胞工厂”。研究团队构建了无外液环境下对包裹 T7 RNA 聚合酶转录反应的脂质体进行太赫兹波辐照的实验系统，旨在以纯净的体外环境为 “舞台”，清晰观测太赫兹波对转录这一核心生物过程的影响，该研究成果发表在《Scientific Reports》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：利用水包油（w/o）乳液转移法制备脂质体，使其包裹 T7 RNA 聚合酶及转录所需组分；借助陀螺仪（gyrotron）产生特定频率（460 GHz、191 GHz）、功率（1-200 W）和脉冲参数的太赫兹波，通过琼脂糖凝胶系统实现无外液环境下的辐照；运用流式细胞术（FCM）结合 SYBR Green II 荧光染色，定量分析 RNA 转录效率及脂质体形态、内容物泄漏情况；通过荧光显微镜观察脂质体形态及 RNA 定位。
太赫兹波辐照脂质体系统的构建与优化
研究人员首先面临的挑战是如何在避免太赫兹波被外液水分子大量吸收的同时，维持脂质体的稳定性。他们创新性地采用琼脂糖凝胶系统，凝胶中含有外液成分以防止脂质体破裂，通过在凝胶中设置凹痕实现脂质体定位与收集。经优化发现，1.5 M 葡萄糖浓度的凝胶可使脂质体收集效率最大化，尽管部分脂质体破裂，但仍能满足实验需求。该系统成功实现了无外液环境下的太赫兹波辐照，为后续研究奠定了基础。
太赫兹波对脂质体结构与内容物的影响
在三种辐照条件（460 GHz, 1 W；460 GHz, 10 W；191 GHz, 200 W）下，短时间（1 小时）辐照对脂质体大小、GUV 比率及内部荧光蛋白泄漏均无显著影响，表明低强度或短时间辐照下脂质体结构稳定。然而，长时间（3 小时）辐照时，460 GHz 10 W 条件下 GUV 比率略有下降，191 GHz 200 W 条件下脂质体尺寸缩小、内容物荧光强度降低，提示高强度长时间辐照可能对脂质体膜结构产生轻微损伤，但温度变化仅 0.5-1°C，排除了热效应的主要作用。
460 GHz 太赫兹波对转录反应的抑制与恢复效应
关键实验表明，460 GHz 太赫兹波辐照 3 小时可显著抑制脂质体内的转录反应效率，转录效率比（TER）低于 100%，且与功率无关。但有趣的是，辐照结束后将脂质体转移至微管中继续孵育，TER 逐渐升高并超过未辐照组，显示出转录效率的 “反弹” 现象。而 191 GHz 200 W 辐照组未观察到类似抑制 - 恢复效应，可能与频率差异导致的酶 - 底物相互作用不同有关。荧光显微镜显示辐照前后 RNA 定位无变化，进一步证实抑制作用并非源于脂质体结构破坏，而是直接作用于转录酶或底物。
综合研究结果与讨论，该研究揭示了 0.46 THz 太赫兹波对转录反应的动态调控机制：辐照期间，太赫兹波可能通过改变酶活性中心的水合状态，增强酶与 DNA 的结合力，阻碍 RNA 聚合酶的滑动延伸，从而抑制转录；辐照结束后，这种水合状态的改变可逆恢复，酶 - DNA 复合物的积累反而加速了转录进程。这一发现首次在无细胞体系中清晰展示了太赫兹波的非热效应及其对生物化学反应的可逆调控，为解析太赫兹波与生物体相互作用提供了关键证据。
该研究的重要意义在于：其一，构建的脂质体辐照系统突破了传统细胞研究的局限性，为在可控环境中研究太赫兹波的生物学效应提供了通用模型；其二，揭示了太赫兹波频率与能量参数对转录反应的特异性影响，为优化太赫兹波在生物医学中的应用（如精准调控基因表达、非侵入性治疗）提供了理论依据；其三，首次提出太赫兹波通过调控酶水合状态影响生物化学反应的新机制，拓展了人们对电磁波 - 生物分子相互作用的认知边界。随着太赫兹技术的蓬勃发展，这项研究如同点亮了一盏明灯，为探索电磁波与生命奥秘的交叉领域指引了新方向。
