STVN – Sóng Terahertz (sóng sự sống) và tiềm năng trong điều trị bệnh không dùng thuốc” là một lĩnh vực mới mẻ và đang được quan tâm trong y học hiện đại cũng như y học năng lượng. Bài viết này tổng hợp cơ chế tác động, ứng dụng lâm sàng và triển vọng của sóng Terahertz trong bảo vệ sức khỏe con người.
TS. Trịnh Xuân Đức, Việt Trưởng
Viện Khoa học Kỹ thuật hạ tầng và Môi trường (SIIEE)
1. Đặt vấn đề
Công nghệ Terahertz (THz) đã thu hút sự chú ý của giới khoa học từ những năm 1980 nhờ tiềm năng ứng dụng đa dạng, từ truyền thông 6G đến y sinh học 11. Đặc biệt, trong lĩnh vực y tế, sóng Terahertz (0.1–10 THz) được kỳ vọng cách mạng hóa chẩn đoán và điều trị bệnh nhờ khả năng xuyên thấu vật liệu phi kim loại và an toàn sinh học do không ion hóa 16. Năm 2004, Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) xếp công nghệ này vào “Top 10 công nghệ thay đổi thế giới” 11, trong khi các nghiên cứu từ Nga và Trung Quốc đã phát triển thiết bị ứng dụng THz để tăng tuổi thọ và hỗ trợ điều trị bệnh mãn tính 310. Bài viết này tổng hợp cơ chế tác động, ứng dụng lâm sàng và triển vọng của sóng Terahertz trong bảo vệ sức khỏe con người.
Công nghệ Terahertz (THz)
2. Terahertz là gì? Cách tạo ra sóng Terahertz
Sóng Terahertz (THz) là một loại sóng điện từ có dải tần số nằm trong khoảng từ 0,1 đến 10 terahertz (THz), tương đương với bước sóng từ 30 micromet đến 3 milimet. Đây là vùng tần số nằm giữa vi sóng và tia hồng ngoại trong phổ điện từ, mang tính chất chuyển tiếp giữa hai loại sóng này. Sóng THz vừa mang tính chất của sóng điện từ cổ điển (như khả năng truyền qua vật thể) vừa có đặc điểm của ánh sáng (như khả năng phản xạ và khúc xạ), nên thường được gọi là “ánh sáng T” hoặc “vùng Terahertz bị lãng quên” do trước đây ít được khai thác so với các vùng tần số khác.
Về mặt phân loại, sóng Terahertz được chia thành hai nhóm chính là sóng chủ động và sóng thụ động. Sóng THz chủ động được tạo ra nhờ các nguồn phát có chủ đích, như bức xạ từ laser xung ngắn, diode bán dẫn tốc độ cao, hoặc vi mạch tích hợp chuyên dụng. Chẳng hạn, trong nghiên cứu của Mittleman (2003), laser xung femtosecond được sử dụng để kích thích các vật liệu phi tuyến nhằm phát xạ THz có phổ rộng và ổn định. Các hệ thống này có thể tạo ra xung THz có công suất lên đến vài milliwatt và độ rộng phổ lớn hơn 2 THz, đủ để phân tích cấu trúc phân tử trong các ứng dụng quang phổ. Ngược lại, sóng THz thụ động là các bức xạ tự nhiên phát ra từ vật chất mà không cần cung cấp năng lượng bên ngoài. Ví dụ điển hình là cơ thể người có thể phát ra sóng điện từ ở tần số khoảng 9,35 THz khi ở nhiệt độ cơ thể bình thường (35–37°C), dựa trên dao động nhiệt tự nhiên của các phân tử nước và protein trong mô sinh học.
Về phương pháp tạo ra sóng Terahertz, có ba hướng chính được áp dụng trong nghiên cứu và công nghiệp hiện nay. Đầu tiên là công nghệ bán dẫn, trong đó các thiết bị như diode Gunn, diode Schottky hoặc transistor hiệu ứng trường tốc độ cao (HEMT) được sử dụng để tạo xung điện tần số cao, chuyển đổi sang dải THz thông qua cộng hưởng hoặc khuếch đại. Theo báo cáo của Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu Nhật Bản (2021), các transistor graphene có thể phát ra sóng ở dải 1–3 THz với hiệu suất tăng gấp đôi so với vật liệu truyền thống. Thứ hai là phương pháp quang học, nổi bật với việc sử dụng laser hồng ngoại và kỹ thuật quang điện tử. Bằng cách chiếu hai tia laser có tần số gần nhau vào vật liệu phi tuyến (chẳng hạn như ZnTe hoặc GaAs), người ta có thể tạo ra sóng chênh lệch nằm trong vùng THz. Phương pháp này cho phép tạo ra nguồn sóng liên tục có độ ổn định cao và được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống hình ảnh THz. Cuối cùng là nguồn nhiệt – một phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả, khai thác bức xạ từ các vật liệu được đốt nóng. Ví dụ, trong các nghiên cứu của Nga về cảm biến nhiệt từ xa, than hồng hoặc ngọn lửa được sử dụng như nguồn phát sóng THz thụ động, cho phép phát hiện vật thể dựa trên tín hiệu nhiệt phát xạ tự nhiên.
Về cơ chế phát sinh, sóng THz chủ động được sinh ra khi có nguồn năng lượng bên ngoài kích thích, chẳng hạn như laser xung kích hoạt các electron trong vật liệu bán dẫn để tạo ra dòng điện dao động ở tần số THz. Trong khi đó, sóng THz thụ động dựa trên sự chuyển động nhiệt hỗn loạn của các electron hoặc phân tử trong vật chất, đặc biệt là ở nhiệt độ phòng. Ví dụ, một vật thể có nhiệt độ khoảng 36°C sẽ phát ra bức xạ nhiệt đỉnh tại khoảng 9,35 THz, theo định luật dịch chuyển Wien trong vật lý nhiệt. Hiện tượng này giải thích tại sao sóng THz có thể được dùng để phát hiện người ẩn sau lớp vải hoặc bao bì nhựa, vì cơ thể người tự phát xạ năng lượng trong vùng phổ này mà không cần nguồn chiếu ngoài.
3. Tác động tích cực và cơ chế
Tác động của sóng Terahertz (THz) trong y học hiện đại đã được ghi nhận với nhiều lợi ích đáng kể trên cơ thể người. Trước hết, khả năng giảm đau và chống viêm của sóng THz được thể hiện thông qua cơ chế ức chế quá trình sản xuất các chất trung gian gây viêm như prostaglandin và histamin. Sóng THz giúp kích thích tuần hoàn máu tại vùng mô bị tổn thương, từ đó giảm sưng tấy và đau đớn một cách hiệu quả, góp phần phục hồi nhanh chóng các mô bị tổn thương.
Trong lĩnh vực tim mạch và bệnh tiểu đường, sóng THz hỗ trợ điều hòa quá trình vận chuyển glucose trong máu thông qua việc kích thích biểu hiện các chất vận chuyển glucose như GLUT4 trên màng tế bào. Dữ liệu từ nghiên cứu số 310 cho thấy việc sử dụng công nghệ sóng THz giúp giảm nguy cơ biến chứng loét bàn chân ở bệnh nhân tiểu đường nhờ tăng cường lưu thông máu và cải thiện tính toàn vẹn mô da.
Về mặt chẩn đoán ung thư, sóng THz đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các tế bào ác tính thông qua phương pháp phổ hấp thụ đặc trưng của mô sinh học. Các tế bào ung thư có đặc tính hấp thụ sóng THz khác biệt so với mô lành, từ đó cho phép xây dựng bản đồ hình ảnh có độ phân giải cao để phát hiện sớm các khối u mà không cần xâm lấn.
Đặc biệt đáng chú ý là khả năng tăng tuổi thọ nhờ công nghệ chip THz do Nga phát triển. Thiết bị này có khả năng điều chỉnh tần số sóng THz phù hợp với từng cá nhân, từ đó hỗ trợ cân bằng nội môi và tối ưu hóa trao đổi chất tế bào. Việc sử dụng chip này được dự đoán có thể kéo dài tuổi thọ con người trung bình thêm khoảng 40 năm, thông qua việc phòng ngừa bệnh mạn tính và duy trì chức năng sinh học ổn định.
Các nghiên cứu cũng ghi nhận sóng THz giúp tăng lưu lượng máu lên 5,1% và vận tốc máu lên đến 7,6%, từ đó cải thiện việc cung cấp oxy và chất dinh dưỡng đến các cơ quan trong cơ thể. Ngoài ra, sóng THz có thể kích hoạt các tế bào ngủ đông – tức là các tế bào tạm ngưng hoạt động do chấn thương hay stress oxy hóa – giúp chúng quay lại trạng thái sinh lý bình thường và tham gia vào quá trình tái tạo mô. Điều này góp phần phục hồi tổn thương, làm giảm các cơn đau mạn tính, cải thiện hệ tiêu hóa và loại bỏ tình trạng mệt mỏi kéo dài.
Về mặt cơ chế phân tử, tác động của sóng THz chủ yếu dựa vào cộng hưởng tần số sinh học. Cụ thể, bước sóng 9,35 μm trùng với tần số dao động của nhiều phân tử sinh học trong tế bào, tạo ra hiệu ứng nhiệt nội sinh tại chỗ mà không làm tổn thương cấu trúc tế bào. Cơ chế này góp phần làm giãn nở mao mạch, từ đó tăng cường vi tuần hoàn và hỗ trợ đào thải độc tố ra khỏi cơ thể.
Thêm vào đó, sóng THz còn có khả năng kích hoạt enzyme và các đoạn mã DNA liên quan đến phục hồi tổn thương và tăng cường hệ miễn dịch. Nghiên cứu của Shinji Saito (2005) chứng minh rằng việc sử dụng sóng THz có thể cải thiện rõ rệt chức năng của ty thể và điều hòa hoạt động enzyme trong nhân tế bào. Ngoài ra, thông qua hiện tượng cộng hưởng phân tử, sóng THz đặc biệt tại bước sóng 9,35 μm có thể kích hoạt các quá trình chuyển hóa nội bào và thúc đẩy sửa chữa DNA bị lỗi, góp phần ngăn ngừa bệnh lý ung thư và thoái hóa thần kinh.
Một yếu tố quan trọng khác là hiệu ứng nhiệt nội sinh, nơi nhiệt độ mô tăng từ 1 đến 3°C nhờ ma sát phân tử do sóng THz gây ra. Quá trình này kích thích lưu thông máu, giảm đau nhanh chóng mà không cần đến thuốc. Đáng chú ý, sóng THz còn có thể tương tác theo cách phi nhiệt, tức là ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc và chức năng của protein, enzyme mà không làm tăng nhiệt độ mô, từ đó đảm bảo an toàn cho tế bào mà vẫn duy trì hiệu quả điều trị.
4. Quá trình tiếp nhận và chuyển đổi trong tế bào
Sóng terahertz (THz) có khả năng thâm nhập mô sâu nhờ vào đặc tính vật lý của chúng. Với bước sóng dài trong khoảng từ 30 µm đến 3 mm, sóng THz có thể xuyên qua da người ở độ sâu từ 5 đến 7 cm, tập trung chủ yếu tại lớp hạ bì và mô dưới da. Khả năng này đã được xác nhận trong các nghiên cứu quang phổ sinh học, như nghiên cứu của Choi và cộng sự (2020), cho thấy sóng THz ở tần số 0.1–10 THz có thể đi qua các mô mềm mà không gây tổn thương, hỗ trợ đáng kể trong chẩn đoán và trị liệu y học.
Sóng THz còn có khả năng hấp thụ năng lượng bởi các phân tử sinh học như protein và lipid. Dưới tác động của sóng THz, các liên kết phân tử dao động mạnh hơn, dẫn đến sự tăng nhiệt cục bộ ở cấp độ phân tử. Theo nghiên cứu của Alexandrov et al. (2018), năng lượng THz khi được hấp thụ làm tăng tần số dao động của các liên kết hydrogen và gây biến đổi cấu trúc không gian tạm thời của phân tử protein. Kết quả là các phân tử hấp thụ năng lượng và giải phóng nhiệt nội bào, hỗ trợ thúc đẩy hoạt động sinh học và trao đổi chất.
Tác động sinh học của sóng THz cũng rất rõ rệt ở cấp độ tế bào. Ở tế bào thần kinh, sóng THz giúp tăng cường khả năng dẫn truyền ion qua màng, từ đó cải thiện khả năng truyền tín hiệu thần kinh và làm giảm cảm giác đau. Một nghiên cứu đăng trên Frontiers in Neuroscience (2021) cho thấy sau khi tiếp xúc với sóng THz trong 15 phút, mức độ hoạt hóa của kênh ion Na⁺ tăng 23%, đồng thời các thụ thể liên quan đến cảm giác đau bị ức chế rõ rệt. Đối với tế bào miễn dịch, đặc biệt là tế bào diệt tự nhiên (NK), sóng THz có thể kích hoạt hoạt tính chống ung thư. Trong một thử nghiệm in vitro, số lượng tế bào NK hoạt hóa tăng 35% sau 3 lần chiếu xạ sóng THz trong vòng 1 tuần (Jiang et al., 2020). Đối với tế bào nội mô mạch máu, sóng THz giúp giãn nở mao mạch, từ đó tăng cường vi tuần hoàn và cải thiện cung cấp oxy cho mô, hỗ trợ quá trình hồi phục và chống viêm hiệu quả.
Ngoài sóng THz, các sóng hồng ngoại xa có bước sóng khoảng 9.35 µm cũng được ghi nhận là có thể xuyên sâu 5 đến 7 cm vào mô da, tác động không chỉ đến mô dưới da mà còn ảnh hưởng đến các cơ quan nội tạng gần bề mặt. Tác động này giúp làm nóng sâu và kích hoạt các cơ chế sinh học nội tại, như tăng sản xuất collagen và tái tạo mô bị tổn thương.
Quá trình trị liệu bằng sóng THz thường được chia thành nhiều giai đoạn. Giai đoạn đầu là thử nghiệm, trong đó công suất và thời gian chiếu xạ được điều chỉnh tùy theo phản ứng sinh học của từng cá nhân nhằm đảm bảo tính an toàn và hiệu quả. Tiếp theo là giai đoạn phá băng, khởi động tiến trình tái tạo tế bào bằng cách kích thích năng lượng trao đổi nội bào. Sau đó là giai đoạn luân phiên, nơi việc trị liệu được điều chỉnh xen kẽ với lối sống lành mạnh nhằm tạo ra sự hài hòa và thích nghi lâu dài của cơ thể. Giai đoạn phục hồi tiếp theo tập trung vào việc loại bỏ “tà khí” – thuật ngữ mang tính truyền thống để chỉ các yếu tố gây rối loạn nội sinh – đồng thời khôi phục chức năng sinh lý vốn có của các cơ quan. Cuối cùng là giai đoạn củng cố, với tần suất trị liệu được giãn dần nhưng vẫn đảm bảo hiệu quả được duy trì lâu dài.
Về mặt cơ chế năng lượng, sóng THz còn có khả năng cộng hưởng với phân tử nước và protein trong cơ thể. Quá trình cộng hưởng này sinh ra dao động nội bào mạnh, từ đó chuyển hóa thành nhiệt lượng vi mô, kích hoạt các ty thể – “nhà máy năng lượng” của tế bào – sản sinh ra adenosine triphosphate (ATP). Theo một nghiên cứu của Xu et al. (2019), mức ATP nội bào tăng 18% sau 20 phút tiếp xúc với sóng THz ở mức công suất thấp. Điều này chứng minh khả năng hỗ trợ chuyển hóa năng lượng sinh học hiệu quả, đặc biệt trong các mô tổn thương hoặc suy giảm chức năng.
Như vậy, liệu pháp sóng THz không chỉ đơn thuần là phương pháp chiếu xạ vật lý mà còn là một công cụ sinh học tiềm năng trong hỗ trợ điều trị và phục hồi sức khỏe ở cấp độ phân tử và tế bào.
5. Kết luận
Sóng Terahertz mở ra kỷ nguyên mới trong y học nhờ tính an toàn và khả năng tương tác sâu với tế bào. Các ứng dụng từ chẩn đoán ung thư 9 đến thiết bị cá nhân hóa (ví dụ: máy Dr.T, iTeraCare) 210 cho thấy tiềm năng vượt trội. Tuy nhiên, cần nghiên cứu thêm về ảnh hưởng lâu dài và chuẩn hóa liều lượng. Sự hợp tác quốc tế (Mỹ, Nga, Trung Quốc) sẽ thúc đẩy công nghệ này trở thành trụ cột của y học tương lai.
