超材料太赫兹传感器在生物医学检测中的应用研究

发布时间：2021-01-13 06:37

　　太赫兹（THz）波的光子能量是x射线的光子能量的百万分之一,因此对于生物分子结构的破坏性几乎可以忽略不计。超材料是一种人工构造的电磁材料或结构,具有天然材料所没有的特殊物理性质。超材料的出现为太赫兹器件研发提供了新的思路,基于超材料的太赫兹传感器为太赫兹技术在生物医学领域的应用带来了希望的曙光。超材料太赫兹传感器是一种无标记亲和型传感器,它对表面介电环境的变化特别敏感,因此可用于蛋白质分子、人体组织及药品反应过程等方面的检测。本文运用超材料太赫兹生物传感器对牛血清蛋白浓度分析、宫颈癌组织与正常组织的区分以及肝癌细胞与抗癌药物的反应过程检测等三个方面进行了研究,具体内容如下:1.研究了超材料太赫兹生物传感器的相关理论、制作工艺、设计方法及性能指标,设计了基于四个同频率谐振器的超材料太赫兹传感器及“E”字型超材料太赫兹传感器,并针对其传感性能进行了分析。2.设计并制作了具有四个同频率谐振器的超材料太赫兹传感器,通过在单元结构中激发四个同步LC振荡来实现高灵敏度。使用有限积分方法（FIT）研究几何结构对传感器共振频率的影响,并且模拟的灵敏度为每个折射率单位（RIU）85GHz。在使用表面微加... 

【文章来源】：桂林电子科技大学广西壮族自治区

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

太赫兹波在电磁波谱中具体的位置

Xu 等人将金纳米粒子引入到太赫兹超材料传感器中以提高灵敏度用于检测蛋质。在最近的工作中，基于混合 SRR 的太赫兹生物传感器用于检测病毒[31]并监测血清白蛋白(BSA)与药物的反应[32]。然而，这些传感器中的许多传感器在单元结构仅具有一个谐振器，并且它们的灵敏度或可测量范围仍然不能满足许多实际应用的求。基于此，我们在前人研究的基础上，重新设计了两种高灵敏度多谐振器的超材太赫兹传感器，根据传感器各自的优点，用于检测不同类别的样品。§1.3 太赫兹时域光谱系统简介随着太赫兹技术的快速发展，有三种太赫兹技术是经常被使用到的，分别是时分辨光谱技术、太赫兹发射光谱技术、太赫兹时域光谱技术。其中太赫兹时域光谱术是目前涉及领域最多，发展最快的技术。太赫兹光谱技术属于相干检测技术的一种可同时获得太赫兹信号中的振幅和相位信息，并且可以通过对时域光谱进行傅里叶换直接得到样品的折射率和吸收系数，而不需要做其他的复杂处理与计算。本文的验所使用的实验装置就是基于太赫兹时域光谱技术的 THz TDS 系统（Zomega Co产品），实验装置的示意图如图 1-2 所示。

图 2-1 广义折射定理推导光路图2 年提出了多次反射干涉[35]定理。图 2-2 为其原图 2-2 多次反射干涉示意图，当 THz 波入射至超材料器件的表面时，反射

【参考文献】：
期刊论文
[1]太赫兹人工电磁媒质研究进展[J]. 鲍迪,沈晓鹏,崔铁军.  物理学报. 2015(22)
[2]太赫兹波段超材料在生物传感器的应用研究进展[J]. 闫昕,张兴坊,梁兰菊,姚建铨.  光谱学与光谱分析. 2014(09)
[3]面向航空航天应用的太赫兹真空电子学源[J]. 刘永强,杜朝海,刘濮鲲.  空间电子技术. 2013(04)
[4]太赫兹科学与技术[J]. 牧凯军,张振伟,张存林.  中国电子科学研究院学报. 2009(03)

硕士论文
[1]基于超表面（Metasurface）的太赫兹传感器及其在生物医学领域的应用研究[D]. 郭恩泽.桂林电子科技大学 2017



本文编号：2974402