近场太赫兹光谱成像技术在生物样品检测中的初步应用

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1、学号：S15040434近场太赫兹光谱成像硕士学位(毕业)论文技术在生物样品检测中的初近场太赫兹光谱成像技术在生物样品检测中的初步步应用应用研究生姓名：孙卫东学科、专业：电子科学与技术孙卫东二○一八年六月分类号：TN219密级：可公开UDC：537.8编号：近场太赫兹光谱成像技术在生物样品检测中的初步应用PreliminaryApplicationofNear-FieldTerahertzSpectroscopicImagingintheDetectionofBiologicalSamples学位授予单位及代码：长春理工大学（10186）学科

2、专业名称及代码：电子科学与技术（0809）研究方向：微纳电子技术申请学位级别：工学硕士指导教师：许红梅副教授王化斌研究员研究生：孙卫东论文起止时间：2016.11-2018.05摘要太赫兹时域光谱（THz-TDS）与光谱成像技术在生物样品检测方面展现出很好应用前景，然而目前这方面研究中常用的传统远场THz-TDS系统因受衍射现象限制，存在空间分辨率低的问题。虽然新兴的基于光电导微探针（PCM）的近场THz-TDS系统可以克服光学衍射限制问题，具有较高空间分辨率，但该方法在生物样品检测中的应用几乎还是一片空白。对此，本文采用自行搭建的近场THz

3、-TDS系统对猪肉组织切片、离体培养细胞进行了初步检测研究，并将检测结果与利用远场THz-TDS系统测量的结果进行了对比研究。在近场THz-TDS系统中，当光学延迟线驱动方式为步进电机时，采用固定光学延迟线的快速成像方法检测了猪肉组织切片，结果发现近场THz成像可以很好地区分新鲜猪肉组织中肌肉组织区域和脂肪组织区域，成像效果明显优于远场THz-TDS系统；采用同一近场THz-TDS系统，我们还研究了经水洗、冻干预处理的HeLa细胞和A549细胞，初步发现在0.4~1.4THz频段范围内，相对于HeLa细胞，A549细胞的THz光谱振幅更高，但

4、利用远场THz-TDS系统无法区分这两种细胞。可以得出，由上述近场THz-TDS系统测量的细胞THz光谱的振幅有可能作为区分两种细胞的有效依据。在完成上述工作后，我们进一步提升了近场THz-TDS系统性能，将光学延迟线驱动方式替换为音圈电机，并利用该系统再次对猪肉组织切片进行了检测，结果表明，利用THz时域峰峰值和0.65~0.90THz频率范围内的频域光谱数据可以对猪肉组织进行很好地成像。本研究为基于PCM的近场THz-TDS系统在生物样品高空间分辨率成像检测中的应用提供了基础。关键词：太赫兹波光电导微探针近场成像细胞组织切片IABSTRA

5、CTTheterahertztime-domainspectroscopy(THz-TDS)andspectroscopicimagingtechnologieshaveshownpromisingapplicationsinthedetectionofbiologicalsamples,butthetraditionalfar-fieldTHz-TDSsystemusedincurrentresearchislimitedbylowspatialresolutionduetoopticaldiffraction.Althoughtheeme

6、rgingphotoconductivemicroprobe(PCM)-basednear-fieldTHz-TDSsystemcanbepotentiallyusedtodetectbiologicalsampleswitharelativehighresolution,hithertolittleworkhasbeendoneinthisaspect.Inthiswork,weusedthehome-builtnear-fieldTHz-TDSsystemtoconductpreliminarydetectionofporktissues

7、licesandculturedcellsinvitro,andcomparedtheresultswiththoseobtainedbyafar-fieldTHz-TDSsystem.Inthenear-fieldTHz-TDSsystem,whentheopticaldelaylineisdrivenbyasteppermotor,arapidTHzimagingmethodwithfixingtheopticaldelaylinewasusedtodetectporktissueslices.Theresultsshowthatthem

8、uscleregionandadiposeregionintheporcinetissuecanbeclearlydiscriminatedintheTHznear