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纳米材料调制THz波在水中传播特性的研究
结题报告
批准号:
61107089
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
24.0 万元
负责人:
陈华
依托单位:
学科分类:
F0504.红外与太赫兹物理及技术
结题年份:
2014
批准年份:
2011
项目状态:
已结题
项目参与者:
马士华、王彦彪、李迎科
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中文摘要
太赫兹(THz)波与物质的相互作用研究是近年来迅速发展的一个前沿领域。THz波技术已经广泛的运用在生物样品探测、生物体系中结构变化测量、生物医学中无标记检测、与药物研制有关的生物分子反应监控以及皮肤癌诊断等领域。但水对THz波的强烈吸收,致使THz波在生物研究领域遭遇到了阻碍。为了抑制水对THz波的吸收,从而深入研究水分子与THz波相互作用的分子动力学过程,我们计划利用新型纳米材料MCM-41调制水对THz波的吸收。当水与一定量的MCM-41材料相互作用时,水分子将填充到材料的纳米孔洞结构中,从而使水分子排列有序,形成一种束缚水。当THz波入射到这种有序排列的水分子组成的束缚水时,其透射强度将大大提高。我们将利用THz时域频谱仪和微波电子元件测量这种特殊水的THz频谱特性,并尝试将纳米材料MCM-41引入生物蛋白,活性组织的THz研究中。
英文摘要
在本项目的支持下,我们实现了利用新型纳米材料MCM-41调制水对THz波的吸收。当水与一定量的MCM-41材料相互作用时,水分子将填充到材料的纳米孔洞结构中,从而使水分子排列有序,形成一种束缚水。当THz波入射到这种有序排列的水分子组成的束缚水时,其透射强度将大大提高。我们利用THz时域频谱仪和微波电子元件测量这种特殊水的THz频谱特性,并尝试将纳米材料MCM-41引入生物蛋白,活性组织的THz研究中。经过三年的研究,我们取得以下成果:.1、我们实现了利用新型的纳米材MCM-41调制水对THz波吸的目标。我们通过THz时域光谱量测手段验证了该材料能最大限度的降低水对THz波的吸收。相对于纯的液态水,其吸收明显的下降了4倍左右,远高于已公布的结果。同时,利用泵浦量测及Debye模型的理论分析,我们发现“结构水”取向弛豫时间可以低至100ps左右,而束缚水在30ps左右。.2、通过深入研究水与THz波相互作用原理,鉴于THz波对水含量的敏感性,我们利用微波电子元件在0.3THz频段设计了用于检测人体癌症组织的快速扫描近场成像仪。该成像仪具有超高空间分辨率(≈λ/4),超快成像时间(3分钟)的优点。利用该成像仪,我们分别对人体乳癌组织和肝癌组织进行了成像检测,检测结果和临床切片染色结果一致。通过大量的样品检测,我们得到的统计结果发现,该成像仪的检测正确率是100%。因此,该研究成果具有广泛的临床运用价值。
期刊论文列表
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Performance of THz fiber-scanning near-field microscopy to diagnose breast tumors
太赫兹光纤扫描近场显微镜诊断乳腺肿瘤的性能
DOI:10.1364/oe.19.019523
发表时间:2011-09-26
期刊:OPTICS EXPRESS
影响因子:3.8
作者:Chen, Hua;Lee, Wen-Jeng;Sun, Chi-Kuang
通讯作者:Sun, Chi-Kuang
The Diagnosis of Human Liver Cancer by using THz Fiber-Scanning Near-Field Imaging
太赫兹光纤扫描近场成像对人类肝癌的诊断
DOI:10.1088/0256-307x/30/3/030702
发表时间:2013-03-01
期刊:CHINESE PHYSICS LETTERS
影响因子:3.5
作者:Chen Hua;Ma Shi-Hua;Wang Xiao-Zhou
通讯作者:Wang Xiao-Zhou
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