理論物理有什麼用？例如檢查癌症 | 袁嵐峯_風聞

每當提到理論物理，都會令人感到高大上和雲裏霧裏。同時還總會有人問：理論物理有什麼用？其實我們可以明確地回答，理論物理很有用。最近，我的科大師妹周思益博士和熱愛科普的高中生柳俊含同學就向風雲之聲投稿《理論物理有什麼用？例如檢查癌症 | 周思益 柳俊含》，舉了一個例子：用弱相互作用檢查癌症。

什麼叫弱相互作用？李政道先生不久前離開了我們，他獲得諾貝爾獎的原因就是發現弱相互作用下宇稱不守恆。

弱相互作用是人類已知的四種基本相互作用之一，它可以引起亞原子粒子的衰變，例如β衰變。所謂β粒子就是電子，所以β衰變就是原子核自發地放射出電子或正電子的轉變。它可以分為兩類：放出電子的稱為β-衰變，放出正電子的稱為β+衰變。我們下面要講的“正電子發射斷層掃描”技術，用的就是β+衰變。

正電子發射計算機斷層掃描（positron emission tomography，簡稱PET），是一種醫學臨牀檢查的成像技術。PET有巨大的優點，它是目前唯一的用解剖形態方式進行功能、代謝和受體顯像的技術，無創傷，並能提供全身三維功能運作圖像。它既是醫學工具，也是研究工具，在腫瘤學臨牀醫學影像和癌擴散研究等方面有大量的應用。下面，我們來介紹一下它為什麼能確定腫瘤位置。

當注射到人體內的放射性同位素經歷β+衰變時，它會發出一個正電子。正電子是電子的反粒子，它的質量、自旋等性質都跟電子一樣，但電荷相反，即它攜帶一個單位正電荷。正電子與電子相遇時，雙方就會湮滅，產生一對光子，射向相反的兩個方向。當這些光子遇到探測器中的閃爍晶體物質時，會產生光亮，從而被光敏感的光電倍增管或雪崩光電二極管探測到。這就是掃描器的探測機制。

在進行腫瘤診斷時，首先要給患者注射一種顯影劑，叫做氟代脱氧葡萄糖（簡稱18F-FDG或FDG）。氟化脱氧葡萄糖的意思是，把葡萄糖的一個羥基即-OH，用氟的放射性同位素F-18取代。這種同位素具有放射性，會發生β+衰變，射出正電子。

當 FDG 進入細胞後，會被己糖激酶磷酸化為 FDG-6-磷酸。如果是常規的葡萄糖，就會繼續代謝，但這裏的酶不能識別 FDG-6-磷酸，所以它就會停在這一步，不會繼續參與糖酵解和其他代謝途徑。此外，它也不能通過細胞膜上的通道蛋白被運出細胞。這是為什麼呢？因為它帶有電荷，細胞膜的磷脂雙分子層具有疏水的內部環境，帶電物質在這種環境中難以自由擴散通過。因此，一旦氟化脱氧葡萄糖進入細胞，在F-18發生β衰變前，都會以磷酸化的形式留在細胞內。

這跟癌症檢測有什麼關係呢？癌細胞跟正常細胞的區別是，它的代謝更旺盛，對葡萄糖的消耗更高。所以腫瘤患者在注射氟化脱氧葡萄糖後，癌細胞聚集的部位會攝入更多的氟化脱氧葡萄糖。我們利用PET檢測出放射性強的部位，就可以確定腫瘤的位置，從而進行針對性的治療。

以上我們談的，就是理論物理對醫學的一個作用。希望當大家提起李政道先生，不僅能想到諾貝爾獎的激勵作用，還能想到弱相互作用對腫瘤患者帶來福音。這就像法拉第的那個故事：法拉第發現電磁感應的時候，有人問他：這東西有什麼用呢？法拉第的回答是：新出生的嬰兒有什麼用呢？