[发明专利]太赫兹近场声频调制解调纳米探针阵列系统、方法、存储介质

说明书

本发明提供了太赫兹近场声频调制解调纳米探针阵列系统、方法、存储介质。本发明基于太赫兹近场声频调制解调纳米探针阵列，将太赫兹波信号进行混频，并解调太赫兹波信号以获取生物大分子信息。本发明的太赫兹近场声频调制解调纳米探针阵列使得被测生物大分子能够快速动态显微成像。

技术领域

本发明涉及显微成像领域，具体涉及一种太赫兹近场声频调制解调纳米探针阵列系统和方法及存储介质。

背景技术

太赫兹波凭借其具有生物大分子的指纹谱，且穿透性好、无电离损伤等优良特性，在生物医学光谱成像领域内具有巨大应用潜力，成为国内外研究热点。常规的基于传统透镜聚焦的远场太赫兹成像，由于太赫兹光斑远大于生物分子的尺寸，物理衍射极限使得尺度严重失配，远场探测所获得的是整个光斑覆盖生物分子的平均效应。目前是利用纳米探针将太赫兹波超衍射聚焦到探针尖端，形成与探针尖端曲率半径大小相当的太赫兹局域增强场，通过控制探针尖端曲率半径，使聚焦光斑尺寸达到纳米水平，获取超衍射聚焦的太赫兹波，实现纳米级成像空间分辨率，即太赫兹近场成像。

然而，目前的太赫兹近场成像相关研究都集中在静态或缓慢成像上，即使有足够的空间分辨率，也只能对生物大分子相互作用的特定状态成像，无法展现太赫兹辐射与生物体系相互作用过程所能揭示的全部信息。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种太赫兹近场声频调制解调纳米探针阵列系统和方法及存储介质，本发明的技术方案如下。

一种纳米探针阵列装置，包括定向耦合器、射频混频器、次谐波混频器、IQ混频器、锁相放大器、信号发生器和纳米探针阵列；

所述定向耦合器和次谐波混频器相互配合以将所述纳米探针阵列散射回来的太赫兹波信号输送至所述IQ混频器；所述射频混频器用于将振源信号输送至IQ混频器；所述IQ混频器用于将太赫兹波信号进行混频；所述锁相放大器解调太赫兹波信号以获取生物大分子信息。

优选的，第一本振源的信号经功率放大和倍频后输入所述定向耦合器，经由所述定向耦合器输出至所述纳米探针阵列；所述纳米探针阵列散射回来的太赫兹波信号经由所述定向耦合器进入所述次谐波混频器的RF端；第二本振源的信号经功率放大和倍频后进入所述次谐波混频器的LO端；

以及，第一本振源和第二本振源的信号分别输入所述射频混频器，且所述射频混频器的输出经功率放大和倍频后输入所述IQ混频器的LO端；所述IQ混频器的RF端与所述次谐波混频器的IF端相连；所述IQ混频器用于实现太赫兹波信号混频；所述IQ混频器的正交相分量和同相分量分别输入锁相放大器。

优选的，所述纳米探针阵列包括若干信号发生器，各信号发生器以不同频率发生垂直向振动调制信号。

优选的，所述锁相放大器参考输入由信号发生器提供，且锁相放大器参考输入数量与信号发生器的数量相匹配。

优选的，所述线性阵列的每个纳米探针的探针长度和针尖曲率半径相同。

一种太赫兹近场成像系统，所述太赫兹近场动态成像系统包括上述纳米探针阵列装置。

一种基于上述纳米探针阵列装置的太赫兹近场声频调制解调方法，包括：

将连接在音叉上的纳米探针以声波或超声波频率做纳米振幅的抖动，并选定调制频率范围和频率间隔，使用纳米探针的机械振动对近场信号进行调制；

对探测到的近场信号在机械振动的基频或者高次谐波频率处进行锁相放大，以使得未被调制的从音叉和探针锥形主体散射回来的背景信号被摒弃；

以太赫兹近场探测时间周期为扫描周期同步扫描纳米探针阵列，以使得纳米探针阵列在载物台上每步进一次就读取探测器所探测到的太赫兹近场信号。