本發(fā)明涉及生物傳感領(lǐng)域，尤其涉及太赫茲超表面生物傳感。

背景技術(shù)：

0、技術(shù)背景

1、太赫茲(thz)波通常是指頻率范圍在0.1～10thz的電磁波，在電磁頻譜中，它位于微波和紅外波之間。太赫茲波也被叫做t射線，它的光子能量是x射線的光子能量的百萬分之一，可以在不受探測(cè)工具干擾的情況下研究分子系統(tǒng)，因此對(duì)于生物分子的結(jié)構(gòu)的破壞性幾乎可以忽略不計(jì)。由于生物分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)所具有的特征能量在太赫茲頻率范圍內(nèi)，所以太赫茲波可以識(shí)別化學(xué)分子和生物分子的特征共振峰。利用太赫茲波進(jìn)行分子識(shí)別是太赫茲光譜學(xué)的最獨(dú)特最重要的特征，這是其他光譜范圍內(nèi)的電磁波很少具有的特征。但是存在的一個(gè)根本的缺點(diǎn)就是太赫茲波的波長相對(duì)較長，會(huì)對(duì)小的特征共振視而不見，嚴(yán)重阻礙到它在生物傳感中的應(yīng)用。然而，超表面的出現(xiàn)克服了這種阻礙。

2、超表面是一種人工構(gòu)造的由亞波長單元結(jié)構(gòu)組成的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，可通過對(duì)周期單元的排列組合等方式使新型電磁現(xiàn)象出現(xiàn)。將超表面、生物傳感與太赫茲結(jié)合起來形成太赫茲超表面生物傳感器，它可以將超表面周圍折射率的變化轉(zhuǎn)化為共振峰的移動(dòng)，利用特殊的性質(zhì)來增強(qiáng)生物分子的檢測(cè)靈敏度和選擇性。并且它對(duì)目標(biāo)檢測(cè)物附近環(huán)境的微小變化高度敏感，突破了傳統(tǒng)太赫茲光譜的限制，檢測(cè)也更加準(zhǔn)確。

3、由于在太赫茲頻率下的大量的水吸收特性，超表面生物傳感器在進(jìn)行生物分子的傳感檢測(cè)時(shí)，生物樣品通常處于脫水的狀態(tài)下，這種脫水的樣品會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)模態(tài)強(qiáng)度差，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生不利影響，因此尋找一種平衡水和太赫茲吸水性的方法就顯得非常重要?；诖耍瑢⑽⒘骺丶夹g(shù)與超表面集成就具有很大的發(fā)展空間。它可以通過控制微小流體在微流控器件中的流動(dòng)來改變超表面的局部結(jié)構(gòu)和電磁波響應(yīng)特性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電磁波的精確控制和調(diào)控?？朔颂掌濗w系的吸水性對(duì)于將超表面擴(kuò)展應(yīng)用于生物分子檢測(cè)的障礙，可以實(shí)現(xiàn)樣品的精確控制和操縱，提高生物反應(yīng)的靈敏度和快速性，可以大大的提高傳感靈敏度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于金屬、介質(zhì)的單層超表面的雙層超表面的微流控通道型太赫茲生物傳感器，可以解決上述技術(shù)問題中的一個(gè)或者多個(gè)。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下：

3、一種基于金屬、介質(zhì)的單層超表面的雙層超表面的微流控通道型太赫茲生物傳感器，其特征在于，所述超表面由頂層介質(zhì)層、金屬層、金屬層、底層介質(zhì)層四層結(jié)構(gòu)組成；

4、所述頂層介質(zhì)層為立方體結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板；

5、所述金屬層為兩個(gè)對(duì)稱放置的倒“l(fā)”形金屬銅結(jié)構(gòu)；

6、所述金屬層為兩個(gè)對(duì)稱放置的倒“l(fā)”形金屬銅結(jié)構(gòu)；

7、所述底層介質(zhì)層為立方體結(jié)構(gòu)的介質(zhì)基板；

8、定義所述頂層介質(zhì)層的中心為原點(diǎn)，單層超表面金屬結(jié)構(gòu)關(guān)于x軸對(duì)稱；

9、所述超表面單元結(jié)構(gòu)介質(zhì)-金屬-金屬-介質(zhì)構(gòu)成，所述金屬為純銅，所述介質(zhì)為聚酰亞胺介質(zhì)材料。

10、所述超表面由兩個(gè)單層超表面組成，這兩個(gè)超表面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置；

11、所述的微流通道是指兩個(gè)單片超表面結(jié)構(gòu)相對(duì)放置，中間會(huì)留有一定的空隙，經(jīng)過封裝之后形成一個(gè)微流通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)分析物的實(shí)時(shí)檢測(cè)。

12、所述超表面單元在0.1-1thz頻率下，其檢測(cè)靈敏度可達(dá)到248.29ghz/riu；

13、所述單元周期為150μm；

14、所述單元銅金屬厚度為1μm；

15、所述單元介質(zhì)厚度為25μm；

16、所述單元金屬結(jié)構(gòu)長度為60μm，寬度為14μm；

17、所述單元金屬結(jié)構(gòu)距介質(zhì)層右8μm，距上、下8μm；

18、本發(fā)明使用微納加工工藝制備超表面，結(jié)合微流控技術(shù)，使得傳感器在有微量液體流通的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的傳感檢測(cè)；

19、當(dāng)光經(jīng)過超表面透射后，出射光可以攜帶檢測(cè)的透射光譜信息；

20、所述方法相對(duì)于單層超表面大大提高了檢測(cè)靈敏度；

21、所述超表面可應(yīng)用于0.1-1太赫茲波波段的生物分子傳感檢測(cè)。

22、所述超表面制備流程包括以下步驟：

23、步驟一：清洗聚酰亞胺鍍銅材料，確保其表面無油脂、灰塵，烘干10分鐘；

24、步驟二：在金屬層表面用勻膠機(jī)涂覆增粘劑，烘干5分鐘；

25、步驟三：使用勻膠機(jī)在增粘劑層表面涂覆光刻膠，前烘90秒；

26、步驟四：使用光刻機(jī)曝光11秒；

27、步驟五：用9mg/ml氫氧化鈉顯影10秒，然后后烘90秒；

28、步驟六：使用20mg/ml氯化鐵溶液腐蝕，然后封裝得到雙層超表面微流控生物傳感器。

29、本發(fā)明的技術(shù)效果是：

30、(1)本發(fā)明使用微納加工工藝，易于制作加工。

31、(2)本發(fā)明結(jié)合微流控技術(shù)，可在有微量液體流通的情況下實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子的傳感檢測(cè)。

32、(3)本發(fā)明中提出雙層超表面相對(duì)于單層超表面，大大提高了檢測(cè)靈敏度。

33、(4)本發(fā)明提出的雙層超表面微流控生物傳感器具有一定的可行性，為提高檢測(cè)靈敏度提供了新的方案，在生物傳感中具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種基于金屬超表面的雙層微流控通道型太赫茲生物傳感器，其特征在于，所述雙層超表面生物傳感器由頂層介質(zhì)層、頂層金屬層、底層金屬層及底層介質(zhì)層四層結(jié)構(gòu)組成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超表面，其特征在于，所述超表面單元結(jié)構(gòu)介質(zhì)-金屬-金屬-介質(zhì)構(gòu)成，所述金屬為純銅，所述介質(zhì)為聚酰亞胺介質(zhì)材料。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述超表面單元，其特征在于，所述超表面由一種單元結(jié)構(gòu)經(jīng)周期變換得到的。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述超表面單元，其特征在于，所述超表面單元在0.1-1thz單極化電磁波照射下，其檢測(cè)靈敏度可達(dá)到248.29ghz/riu。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述超表面單元，其特征在于，所述超表面由一種單元結(jié)構(gòu)經(jīng)過周期變換得到的；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述超表面，其制備過程包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于雙層超表面的微流控通道型太赫茲生物傳感器方案。在這里，我們使用了一種新穎的生成方案，該生物傳感器基于單層金屬、介質(zhì)結(jié)構(gòu)，結(jié)合了微流控技術(shù)，將分析物置于諧振結(jié)構(gòu)之間的微流控通道中，實(shí)現(xiàn)對(duì)分析物的實(shí)時(shí)傳感檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，演示了在0.1?1THz頻率下，分析物在折射率1.0到2.0之間變化，對(duì)比單層超表面，提出的雙層生物傳感器的靈敏度可達(dá)到248.29GHz/RIU，靈敏度具有顯著的提高。并且該雙層微流控生物傳感器在太赫茲波段實(shí)現(xiàn)了對(duì)牛血清蛋白分子的傳感檢測(cè)，驗(yàn)證了這種方案的可行性。這種雙層結(jié)構(gòu)的微流控太赫茲生物傳感器為提高傳感器靈敏度提供了一種新的方法，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：井緒峰,齊潔爽,田穎,李晨霞,金永興,楊凱,陳亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10