(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210481958.1 (22)申请日 2022.05.05 (71)申请人 中国科学院深圳先进技 术研究院 地址 518055 广东省深圳市南 山区深圳大 学城学苑大道1068号 (72)发明人 常天英　魏东山　崔洪亮　 (74)专利代理 机构 深圳智趣知识产权代理事务 所(普通合伙) 44486 专利代理师 李兴生 (51)Int.Cl. G01N 21/3586(2014.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 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 (57)摘要 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 。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 115015155 A 2022.09.06 CN 115015155 A 1.一种纳米探针阵列装置， 其特征在于， 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。 2.根据权利要求1所述的纳米探针阵列装置， 其特征在于， 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。 3.根据权利要求2所述的纳米探针阵列装置， 其特征在于， 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。 4.根据权利要求3所述的纳米探针阵列装置， 其特征在于， 所述锁相放大器参考输入由 信号发生器提供， 且锁相放大器的参 考输入数量与信号发生器的数量相匹配。 5.根据权利要求4所述的纳米探针阵列装置， 其特征在于， 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。 6.一种太赫兹近场成像系统， 其特征在于， 所述太赫兹近场动态成像系统包括权利要 求1‑5任一所述的纳米探针阵列装置 。 7.一种基于权利要求1 ‑5任一所述的纳米探针阵列装置的太赫兹近场声频调制解调方 法， 其特征在于， 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。 8.根据权利要求7所述的太赫兹近场声频调制解调方法， 其特征在于， 将纳米探针的空 间坐标和探测到的太赫兹信号作为同一个节点数据存储， 以此作为一个纳米探针阵列成像 像素的太赫兹近场探测时间周期。 9.根据权利要求8所述的太赫兹近场声频调制解调方法， 其特征在于， 通过识别来自纳 米探针的太赫兹近场散射信号来标记单个纳米探针以实现每个纳米探针的太赫兹散射信 号的定位 解调。 10.一种存储介质， 其特征在于， 包括计算机程序， 所述计算机程序运行时执行权利要 求7‑9任一所述的太赫兹近场声频调制解调方法。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115015155 A 2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 技术领域 [0001]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 [0002]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。 [0003]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 [0004]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。 [0005]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； [0006]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 。 [0007]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； [0008]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。 [0009]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。 [0010]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说　明　书 1/6 页 3 CN 115015155 A 3