【摘要】：太赫茲波的光子能量為毫電子伏量級(jí),與很多生物分子或分子基團(tuán)的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、彎折等狀態(tài)的能隙重合,幾乎不會(huì)使生物分子發(fā)生電離現(xiàn)象。所以太赫茲波表現(xiàn)出很好的生物安全性,在生物醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域有很好的應(yīng)用潛力。本文從腦膠質(zhì)瘤檢測(cè)的角度對(duì)太赫茲近場(chǎng)成像技術(shù)在生物醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了探索。本文簡(jiǎn)要介紹了當(dāng)前主流的基于孔徑法、散射法和直接探測(cè)法的近場(chǎng)成像方法的基本設(shè)計(jì)思想及各自的技術(shù)難點(diǎn),著重推導(dǎo)了基于直接探測(cè)法實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)成像的物理和數(shù)學(xué)原理。系統(tǒng)地介紹了太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中涉及的相關(guān)原理,包括復(fù)折射率測(cè)量原理、光電導(dǎo)天線原理、相干探測(cè)原理等。討論了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中光程設(shè)計(jì)、延時(shí)線與數(shù)據(jù)采集、近場(chǎng)探針與樣品間距測(cè)量、與可見光顯微鏡聯(lián)用等問題的技術(shù)細(xì)節(jié)。本文創(chuàng)新點(diǎn)主要有兩點(diǎn):(1)基于音圈電機(jī)延時(shí)線和光柵尺位置觸發(fā)采集的方案,獲得了相比傳統(tǒng)步進(jìn)模式延時(shí)線更短的信號(hào)采集時(shí)間和相比定采樣率模式更準(zhǔn)確的時(shí)域信號(hào)波形。(2)利用圖像處理和特征提取的方式,實(shí)現(xiàn)了近場(chǎng)探針與樣品間距的自動(dòng)化測(cè)量�；诒疚脑O(shè)計(jì)和搭建的太赫茲時(shí)域近場(chǎng)掃描顯微鏡,對(duì)光柵結(jié)構(gòu)樣品和腦膠質(zhì)瘤等生物樣品進(jìn)行了近場(chǎng)掃描成像。光柵結(jié)構(gòu)的成像結(jié)果顯示,系統(tǒng)的空間分辨率不低于20μm。生物樣品的成像結(jié)果顯示,可以獲得優(yōu)于衍射極限的空間分辨率。其中,腦膠質(zhì)瘤樣品的成像結(jié)果顯示,可以區(qū)分出腦膠質(zhì)瘤和正常腦組織。脂肪與肌肉組織的成像結(jié)果顯示,可以區(qū)分出脂肪和肌肉區(qū)域。腦組織樣品的成像結(jié)果顯示,可以區(qū)分出胼胝體和大腦皮層區(qū)域。本文的工作證明了太赫茲近場(chǎng)成像技術(shù)在生物醫(yī)療檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
【圖文】：

圖 1.1 孔徑法近場(chǎng)示意圖射法實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)成像的基本思想是，，如圖 1.2 所示，利用曲率半徑遠(yuǎn)小于端接近樣品表面，當(dāng)太赫茲波照射到導(dǎo)體尖端時(shí)，導(dǎo)體尖端的電荷侖力的作用與太赫茲電場(chǎng)同頻率運(yùn)動(dòng)。由于針尖效應(yīng)，會(huì)有多數(shù)電體尖端電場(chǎng)被局域增強(qiáng)。由于導(dǎo)體尖端局域增強(qiáng)電場(chǎng)的作用，其下體尖端電量相等、電性相反的電荷，與導(dǎo)體尖端的電荷構(gòu)成等效偶不變而電量與太赫茲電場(chǎng)同頻率變化，因此會(huì)產(chǎn)生同頻率的太赫茲波。在針尖性質(zhì)確定的情況下，散射太赫茲波只與針尖下方局部的以通過對(duì)散射太赫茲波的測(cè)量實(shí)現(xiàn)小于太赫茲波波長(zhǎng)的空間分辨率體針尖也可以有其他等效形式，比如被激光激發(fā)的半導(dǎo)體針尖，這激光調(diào)控半導(dǎo)體針尖的電導(dǎo)率來調(diào)制散射太赫茲波進(jìn)行鎖相測(cè)量。

圖 1.1 (c)中太赫茲波調(diào)制深度小等。圖 1.1 孔徑法近場(chǎng)示意圖1.2.2 散射法散射法實(shí)現(xiàn)近場(chǎng)成像的基本思想是，如圖 1.2 所示，利用曲率半徑遠(yuǎn)小于太赫茲波波長(zhǎng)的導(dǎo)體尖端接近樣品表面，當(dāng)太赫茲波照射到導(dǎo)體尖端時(shí)，導(dǎo)體尖端的電荷在太赫茲電場(chǎng)中受到庫侖力的作用與太赫茲電場(chǎng)同頻率運(yùn)動(dòng)。由于針尖效應(yīng)，會(huì)有多數(shù)電荷積累到導(dǎo)體尖端，導(dǎo)體尖端電場(chǎng)被局域增強(qiáng)。由于導(dǎo)體尖端局域增強(qiáng)電場(chǎng)的作用，其下方的樣品中會(huì)存在與導(dǎo)體尖端電量相等、電性相反的電荷，與導(dǎo)體尖端的電荷構(gòu)成等效偶極子。等效偶極子間距不變而電量與太赫茲電場(chǎng)同頻率變化，因此會(huì)產(chǎn)生同頻率的太赫茲輻射，稱為散射太赫茲波。在針尖性質(zhì)確定的情況下，散射太赫茲波只與針尖下方局部的樣品性質(zhì)有關(guān)，所以可以通過對(duì)散射太赫茲波的測(cè)量實(shí)現(xiàn)小于太赫茲波波長(zhǎng)的空間分辨率[32-39]。此處導(dǎo)體針尖也可以有其他等效形式，比如被激光激發(fā)的半導(dǎo)體針尖，這樣做的好處是可以通過激光調(diào)控半導(dǎo)體針尖的電導(dǎo)率來調(diào)制散射太赫茲波進(jìn)行鎖相測(cè)量。圖 1.2 散射法近場(chǎng)示意圖這種方式最大的難點(diǎn)在于，散射太赫茲波的能量太弱，背景噪聲強(qiáng)，測(cè)量難度非常大。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R739.4;O441

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本文編號(hào)：2594075