近日，电子科技大学电子科学与工程学院宫玉彬教授团队在太赫兹生物物理研究方向连续取得重要突破。继2024年在国际期刊《Advanced Science》发表关于太赫兹波增强哺乳动物电压门控钙离子通道及神经元钙信号的研究成果后，团队于2026年再次在该期刊发表研究论文《Enhancement of Calcium Ion Permeation via Resonant Coupling of Ion and Terahertz Waves in Voltage Gated Calcium Channels》，进一步揭示了太赫兹波直接调控通道内受限离子集体运动、增强钙离子渗透的新机制。相关成果入选第六届全国太赫兹生物物理年会“2026太赫兹生物物理十大进展”。
电子学院2023级博士生张子豪为论文第一作者，其导师宫玉彬教授为通讯作者，王少萌教授、孙远昆特聘副研究员为论文共同通讯作者。电子科技大学电子科学与工程学院为唯一完成单位。
电压门控钙离子通道在肌肉收缩、神经递质释放、基因表达等生命活动中发挥关键作用，其功能异常与心律失常、癫痫、慢性疼痛等多种疾病密切相关。围绕“太赫兹波能否实现对钙离子通道的精准调控”这一前沿科学问题，团队持续开展系统研究，逐步形成了从生物效应发现到深层机制解析的连续性研究布局。
图 “离子靶向”调控新机制（当谐振的太赫兹电场与通道内的束缚离子发生共振作用后，离子振幅得到显著增强、结合位点间势垒显著降低，使离子渗透速率提高。）
该论将关注点从传统的“太赫兹波作用于通道蛋白化学基团”推进到“太赫兹波直接调控通道内受限离子的集体运动”。研究基于钙通道选择过滤器内双离子体系的动力学建模，识别出两个受限Ca2+在通道轴向上的关键本征振荡模式，即1.65 THz同相模式和2.84 THz反相模式。研究发现，当外加太赫兹场与1.65 THz本征模式发生共振时，可显著增强离子集体振荡，降低结合位点之间的能量势垒，并在统计学上显著提升Ca2+渗透效率。
同时，研究还系统分析了外场强度和温度对离子相干性的影响，发现共振场可选择性增强同相模式的相干性，而热涨落会削弱这种协同行为。进一步的量子力学分析表明，该双离子体系的运动具有离散量子本征态特征，为理解钙离子高通量输运提供了新的物理图景。该研究提出了一种“离子靶向”的太赫兹调控新思路，也为电磁生物效应研究提供了新的机制框架。
宫玉彬教授团队连续两年获得中国生物物理学会太赫兹生物物理分会评选的“太赫兹生物物理十大进展”。团队携手北京航空航天大学及相关研究院合作完成的研究论文“A Non-Invasive and DNA-free Approach to Upregulate Mammalian Voltage-Gated Calcium Channels and Neuronal Calcium Signaling via Terahertz Stimulation”同样被评选为当年的太赫兹生物物理十大进展。
该研究发现42.5 THz太赫兹波可与钙通道选择过滤器中的羧基振动发生共振，从而增强哺乳动物CaV1.2通道的钙离子传导能力。通过分子动力学模拟、HEK293细胞膜片钳记录和神经元钙成像实验，团队证实42.5 THz刺激能够快速、可逆、非热地增强CaV1.2介导的钙电流，并放大神经元Ca2+信号。进一步研究还表明，该刺激可上调CREB磷酸化和c-Fos表达，为发展无创、无外源DNA的神经调控新技术提供了重要依据。
以上两项研究成果，标志着团队在太赫兹生物物理研究中实现了从生物效应发现到作用机制阐释的持续突破。这一系列进展得益于团队在该方向的长期深耕与系统布局。自2016年起，在宫玉彬教授、王少萌教授的带领下，团队围绕太赫兹生物物理这一医工交叉前沿方向持续攻关，依托微波电真空器件国家级重点实验室，自主搭建了细胞辐射平台、膜片钳、钙成像、细胞培养等核心实验平台，逐步建立起从效应发现到机制研究的完整研究链条。近年来，团队已在国内外重要期刊上发表高水平论文数十篇，形成了鲜明的特色与持续的学术影响力。上述成果进一步展现了学院在毫米波/太赫兹器件、生物电磁调控和医工交叉基础研究方面的持续创新能力。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/advs.202405436
https://doi.org/10.1002/advs.202520475
