技术特征：
1.一种使用光热效应对样品的红外吸收性质进行宽场成像的系统，所述系统包括：红外泵浦源，其配置为生成红外泵浦光束；探测源，其配置为生成探测光束；至少一个脉冲发生器，其配置为启动红外泵浦光束和探测光束的一系列同步脉冲；图像传感器，其配置为收集：热帧，其包括从样品收集的探测光，所述探测光具有在样品处与探测光束相交的红外泵浦光束；以及冷帧，其包括从样品收集的探测光，所述探测光具有在样品处与探测光束相交的降低强度的红外泵浦光束；以及处理器，其配置为测量热帧和冷帧之间的变化，以生成指示样品的红外吸收水平的信号。2.根据权利要求1所述的系统，其中，脉冲发生器进一步配置为管理泵浦源和探测源的时序和操作频率。3.根据权利要求1所述的系统，其中，脉冲发生器电耦合至图像传感器和探测源，以控制图像传感器和探测源的操作频率。4.根据权利要求1所述的系统，其中，脉冲发生器配置为提供在泵浦光束脉冲和探测光束脉冲之间的相对延迟。5.根据权利要求4所述的系统，其中，调整相对延迟以使指示样品的红外吸收水平的信号基本上最大化。6.根据权利要求4所述的系统，其中，在多个相对延迟下测量指示红外吸收水平的信号。7.根据权利要求6所述的系统，其中，在多个相对延迟下测量的指示红外吸收水平的信号包括样品的衰减常数。8.根据权利要求1所述的系统，其中，泵浦源是可调谐量子级联激光器。9.根据权利要求1所述的系统，其中，泵浦源是纳秒中红外激光器。10.根据权利要求1所述的系统，其中，探测源为可见光源或紫外光源或led中的一种。11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述系统能够在水相环境中使用。12.根据权利要求1
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11中任一项所述的系统，其中，所述系统能够在用于药物性质或细胞生物学性质的无试剂、高通量筛选中使用。13.根据权利要求1
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11中任一项所述的系统，其中，所述系统配置为区分样品的化学特征或形态特征，其中化学或形态特征与诸如红外吸收系数的性质直接相关。14.根据权利要求1所述的系统，所述系统进一步包括物镜，所述物镜配置为将探测光束聚焦以在样品处与泵浦光束相交，以及配置为接收来自样品的反射探测光，所述反射探测光被按路径输送到图像传感器。15.根据权利要求1
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11中任一项或14所述的系统，其中，处理器配置为通过从第一信号中减去第二信号，或者通过从第二信号中减去第一信号来测量第二信号和第一信号之间的差异。16.根据权利要求2所述的系统，其中，通过处理器控制图像传感器，所述处理器具有对泵浦源和探测源的操作频率的时间门控锁定。
17.根据权利要求1所述的系统，其中，通过处理器能够修改红外探测光束的功率，以在热帧和冷帧之间进行调制。18.根据权利要求17所述的系统，所述系统进一步包括斩波器，其中红外探测光束配置为由斩波器调制。19.根据权利要求1所述的系统，其中，在冷帧中降低的红外泵浦光束的强度大致为零。20.根据权利要求1所述的系统，其中，脉冲发生器进一步包括用于控制泵浦脉冲序列、探测脉冲序列和图像传感器中的每一个的操作频率的装置。21.根据权利要求1所述的系统，其中，探测光束和红外泵浦光束从样品的同一侧起照射样品。22.根据权利要求21所述的系统，所述系统进一步包括物镜，所述物镜配置为聚焦探测光束和红外泵浦光束以在样品处相交，以及配置为接收来自样品的反射探测光，所述反射探测光被按路径输送到图像传感器。23.一种使用光热效应在样品的大面积上测量红外吸收性质的方法，所述方法包括：提供红外泵浦脉冲序列；提供与泵浦脉冲序列同步的探测脉冲序列；通过图像传感器从样品收集热帧，其中热帧包括从样品收集的探测光，所述探测光具有在样品处与探测光束相交的红外泵浦光束；通过图像传感器从基板收集冷帧，所述冷帧包括从样品收集的探测光，所述探测光具有在样品处与探测光束相交的降低强度的红外泵浦光束；以及测量第二信号和第一信号之间的变化以检测光热效应。24.根据权利要求23所述的方法，其中，脉冲发生器配置为使泵浦脉冲序列和探测脉冲序列同步，并且其中，脉冲发生器进一步配置为在以泵浦脉冲序列的频率和探测脉冲序列的频率为基础的频率下触发图像传感器。25.根据权利要求23所述的方法，其中，脉冲发生器电耦合到图像传感器和探测源，以控制图像传感器和探测源的操作频率。26.根据权利要求25所述的方法，其中，脉冲发生器进一步耦合到斩波器和泵浦源之一，以控制泵浦脉冲序列的频率。27.根据权利要求25所述的方法，其中，处理器进一步包括用于控制泵浦脉冲序列、探测脉冲序列和图像传感器中的每一个的操作频率的装置。28.根据权利要求25所述的方法，其中，检测器用于捕获泵浦探测序列的ir激光脉冲以生成主时钟频率。29.根据权利要求28所述的方法，所述方法进一步包括使用脉冲发生器以频率f发送一系列触发脉冲，所述频率f是主时钟频率的函数，使得：以频率f生成探测光束脉冲；触发图像传感器以频率f/n捕捉帧；以频率f/2n调制生成红外泵浦光束的功率，其中n是整数。30.根据权利要求29所述的方法，其中，由斩波器调制红外泵浦光束的功率。31.根据权利要求23所述的方法，其中，由于样品的光热效应，样品对来自红外泵浦光束的红外光的吸收水平改变被图像传感器收集的探测光。
32.根据权利要求23所述的方法，其中，处理器配置为通过从第一信号中减去第二信号或者通过从第二信号中减去第一信号来测量第二信号和第一信号之间的差异。33.根据权利要求23所述的方法，其中，所述方法包括调节泵浦光束脉冲和探测光束脉冲之间的相对延迟，以大体上最大化指示样品的红外吸收水平的信号。34.根据权利要求33所述的方法，其中，在多个相对延迟下测量指示红外吸收的信号。35.根据权利要求34所述的方法，所述方法进一步包括分析在多个相对延迟下测量的指示红外吸收的信号，以提取样品的衰减常数。36.根据权利要求23
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35中任一项所述的方法，其中，探测脉冲序列和泵浦脉冲序列共同传播从而在共同的方向上朝着样品传送。37.根据权利要求23所述的方法，其中，热帧包括探测脉冲序列的第一数目的脉冲，冷帧包括探测脉冲序列的第二数目的脉冲。38.根据权利要求37所述的方法，其中，第一数目与第二数目相等。39.根据权利要求23
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35中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在水相环境中探测光热效应。40.根据权利要求23
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35中任一项所述的方法，所述方法进一步包括在药物或细胞生物学的无试剂、高通量筛选中检测光热效应。41.根据权利要求23
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35中任一项所述的方法，所述方法进一步包括区分样品的化学和形态特征，所述化学和形态特征与诸如红外吸收系数等性质直接相关。42.根据权利要求23
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35中任一项所述的方法，所述方法进一步包括使用处理器将伴有时间门控锁定的图像传感器和探测源控制到期望的频率。43.根据权利要求42所述的方法，其中，泵浦脉冲周期小于100μs，更优选地小于75μs，甚至更优选地小于50μs。44.根据权利要求1所述的系统，其中，红外泵浦配置为通过在样品处产生光热效应，以修改由图像传感器收集的探测光。45.根据权利要求1所述的系统，其中，泵浦光束的脉冲周期小于100μs，更优选地小于75μs，甚至更优选地小于50μs。
技术总结
本文描述了用于检测样品中的光热效应的系统和方法。在这些系统和方法中，泵浦源配置为生成泵浦脉冲序列、配置为生成探测脉冲序列且其与泵浦脉冲序列同步的探测源、以及收集所得数据的相机。相机配置为收集对应于热帧的第一信号和对应于冷帧的第二信号，其中热帧包括由泵浦光束修改的可见探测光束，冷帧包括未经过泵浦光束修改的可见探测光束。处理器可以从第一信号中减去第二信号以检测光热效应。第一信号中减去第二信号以检测光热效应。第一信号中减去第二信号以检测光热效应。
技术研发人员：程继新 Y
受保护的技术使用者：普渡研究基金会
技术研发日：2019.12.10
技术公布日：2021/9/17