2021年，英国智能手机用户数量达到5550万。这意味着近83%的人口可以使用移动应用程序，即通常所说的“App”。目前，Google Play上已有近330万款App，苹果公司App Store上则有约220万款App。 在这股应用热潮中，健康类应用的需求激增尤为显著，预计到2030年，全球数字健康市场的规模将达到13110亿英镑。
显然，智能手机的功能在人工智能（AI）、基于位置的技术、增强现实、可穿戴技术、移动支付和生物识别等领域取得了显著发展。如今，智能手机已被广泛应用于几年前难以想象的领域，正在取代许多设备并颠覆相关市场。随着智能手机技术的进步，越来越复杂的应用程序应运而生，以充分利用这一技术优势，特别是在数字健康市场。
如今，智能手机通常都配备了传感器和微处理器，能够以创纪录的速度处理海量数据，这使得人们可以在家中使用智能手机进行复杂的健康监测测量。例如，借助可见光，智能手机和其他智能设备可以测量心率、监测身体活动和睡眠状况，并监测肺、眼睛和皮肤等器官。
苹果公司最近获得的一项专利表明，该公司可能会开始在其智能手机中配备太赫兹（THz）发射和传感模块，以提供更多功能，这为健康类应用的下一个普遍趋势提供了一些启示。
癌症监测与筛查
太赫兹辐射是指频率介于0.3 THz至10 THz之间的电磁波。它位于电磁谱的红外区和微波区之间，属于非电离辐射，因此使用安全，并且已被证明是有效检测皮肤癌的良好候选技术。
太赫兹辐射的光子能量范围为1至40毫电子伏特，与分子的旋转-振动跃迁能、固体的晶格振动能以及半导体的带间复合能相当，因此具有广泛的应用范围。 太赫兹光谱法对生物分子（如被视为致癌生物标志物的甲基化DNA）也具有较高的灵敏度，这使其成为识别上皮癌以及某些乳腺癌的有用工具。
另一种检测能力源于太赫兹辐射会被水吸收这一事实。在需要获得良好太赫兹信号的实验室中，这通常被视为一种干扰；但鉴于癌变组织的水含量异常，这一特性在区分癌变组织与健康组织时却大有裨益。
糖尿病筛查
该特性也可用于糖尿病足综合征的早期检测。如本文所述，糖尿病患者因周围血管疾病可能导致足部脱水，其足部产生的异常太赫兹反射信号可用于早期诊断。虽然此类成像技术可能超出了智能手机的能力范围，但利用苹果公司专利中描述的太赫兹波形发射和检测技术，仍可实现许多功能。
苹果公司
在苹果公司于2019年提交、两年后获批的US11099072B2号专利中，所提出的太赫兹发射/检测系统集成在智能手机内。发射模块发射的太赫兹波穿过环境（例如房间或办公室），并从墙壁或其他障碍物上反射回来，返回设备进行检测。 检测模块会捕获这些回波并计算其光谱响应。动态环境中的任何气体（如一氧化碳（CO）或二氧化碳（CO₂））都会吸收太赫兹频段中的特定频率，从而可以测得环境中这些气体的存在及其浓度。该专利目前也在欧洲接受审查。
传感器行业
该系统有望彻底改变传感器行业。现有的气体传感器需要在设备上开一个孔，以便空气流向传感器，从而检测到气体。而基于太赫兹技术的探测器仅利用光，因此无需此类设计。这意味着，任何拥有智能手机的人，无论身处何地，都能检测到危险浓度的气体。
原则上，该发明不仅能够检测环境中的气体，还能对其进行定量分析，并能测定液体或固体材料的状态或质量，且所有这些功能均可通过一台手持设备实现。
正如本文简要介绍的那样，独立式太赫兹扫描仪已在全球范围内投入使用。
在获取材料和生物分子的太赫兹吸收光谱方面已开展了大量工作，其中部分数据可通过日本国家信息与通信技术研究所和理化学研究所维护的数据库免费获取。结合机器学习模型和算法，太赫兹光谱学可用于识别物体的组成材料或测定物质的血清浓度（如这里和这里所述）。
太赫兹扫描仪利用发射出的太赫兹波来探测人体上隐藏的物体，因为这些物体（如刀或枪）会阻挡太赫兹波。 衣物和大多数织物对太赫兹波是透明的，且获得的图像分辨率较低，因此不会引发隐私问题。虽然此类成像技术可能超出了该专利的描述范围，但爆炸物和毒品在太赫兹波段具有独特的光谱特征，可通过太赫兹光谱仪进行识别，其原理与该专利中描述的二氧化碳或一氧化碳等气体的检测方式基本相同。
基于智能手机的太赫兹光谱仪具有明显的优势，既可用于机场和交通枢纽，也可用于偏远地区。
放眼未来，多项研究展示了太赫兹光谱技术在以下领域的潜在应用：例如，测定小麦的新鲜度、检测面包上的霉菌以及检测食品中农药、 抗生素、有机污染物、金属、放射性核素和霉菌毒素，识别转基因作物，测定饮料中的糖分或酒精含量，检测水污染，识别掺假的乳制品，以及检测蜂蜜中的有害化学残留物。
然而，对待研究的样品进行太赫兹光谱测量并分析所获得的往往较为复杂的数据，不仅耗时，还需使用光源、太赫兹发射器、太赫兹探测器，以及通常价格昂贵且体积庞大的太赫兹光谱仪。根据待解决的问题及提出的解决方案，将该过程微型化并集成到智能手机等消费类电子设备中的新方法可能具备可专利性。
多领域：汽车、航空航天、可再生能源和制药
为展示太赫兹技术的市场潜力，西班牙科技初创企业das-Nano（成立于2012年，并在欧洲知识产权服务台最近的一份案例研究中被重点介绍）利用太赫兹波的潜力开发了IRYS等系统——这是一种获得专利的非接触式设备，用于测定汽车行业中每层涂层的厚度，该技术于2020年7月在大众汽车的纳瓦拉工厂率先投入使用。 该公司还提供另一套获得专利的系统，用于检测整体涂层厚度，并测量风力发电和航空航天行业所用复合材料中各涂层的附着力以及层间粘合强度。该公司开发的另一款产品ONYX，则有助于对石墨烯、薄膜及其他二维材料进行全区域分析。
太赫兹光谱学这种非接触式表征技术的另一项应用，是测定药片中化合物各层的厚度和分布情况，这无需像太赫兹光谱学出现之前那样对样品进行物理破坏。 显然，太赫兹光谱技术的潜力和应用范围极为广阔，但目前其能力仍局限于实验室之中。将其集成到智能手机中，是否能成为释放其潜能的一种途径？这项技术将如何发展并融入我们的日常生活，值得期待。
如果您希望就本文进行更深入的讨论，请联系作者，或您惯常联系的Barker Brettell律师。
“如今，智能手机通常都配备了传感器和微处理器，能够以创纪录的速度处理海量数据”
