【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生物傳感器及太赫茲電磁波領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅?/a>。
技術(shù)介紹
1、太赫茲(thz)波段在電磁波譜中位于微波和紅外光之間，頻率范圍為0.1thz到10thz之間。它包含了大量生物分子(如蛋白質(zhì)、dna等)振動相關(guān)的光譜信息，為共振提供了良好的條件。此外，與其他光學(xué)技術(shù)(如紫外線、x射線等)相比，太赫茲波有著非電離性、無標(biāo)記和低光子能量等優(yōu)勢，使其成為檢測細胞和組織等生物材料的理想技術(shù)，且不受擔(dān)心熱波動或其他非線性副作用的影響，受到了廣大研究者的重視。然而，由于生物分子在太赫茲波段的吸收截面過小，與電磁波的相互作用較弱，一些微型生物分子(例如病毒)產(chǎn)生的輻射影響幾乎接近透明，使得光譜信號的變化微弱，給檢測帶來了很大難度。
2、為了提高生物傳感器的檢測靈敏度并擴大其檢測范圍，基于超表面的太赫茲檢測技術(shù)已相繼被開發(fā)。超材料和超表面是太赫茲技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的提高探測靈敏度的方法，它通過人工設(shè)計的亞波長單元結(jié)構(gòu)的周期性排列來增強電磁場的共振。太赫茲超表面器件的單或多共振頻率主要取決于單元結(jié)構(gòu)的獨特幾何形狀和襯底折射率，該共振頻率可能會由于樣品沉積而發(fā)生紅移或藍移。超材料結(jié)構(gòu)中局域增強的電場可以有效增加分子吸收截面，大幅度地提高生物檢測的靈敏度。但是，傳統(tǒng)的太赫茲超表面生物傳感器一經(jīng)加工，工作性質(zhì)便已經(jīng)確定，無法通過外界因素進行調(diào)諧，導(dǎo)致功能單一，無法適用于不同場景。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷
2、本專利技術(shù)的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
3、一種基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎ㄖ芷谛耘帕械亩鄠€單元結(jié)構(gòu)，各所述單元結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)襯底以及設(shè)置于所述電介質(zhì)襯底上的裂環(huán)諧振器，在所述裂環(huán)諧振器的間隙處設(shè)置有可調(diào)諧元件以實現(xiàn)開口的閉合或開啟，該可調(diào)諧元件基于外界激勵條件的變化自動實現(xiàn)不同狀態(tài)的反復(fù)切換，進而改變整個傳感器的諧振模式。
4、進一步地，多個所述單元結(jié)構(gòu)沿電場和磁場方向周期性排列，周期長度為λ/10～λ，λ為太赫茲電磁波波長。
5、進一步地，所述電介質(zhì)襯底的材料為絕緣體，例如二氧化硅、硅或氧化鋁等。
6、進一步地，所述裂環(huán)諧振器為可導(dǎo)電金屬諧振器。
7、進一步地，所述裂環(huán)諧振器的材料包括金、銀、銅或鋁等。
8、進一步地，所述裂環(huán)諧振器的間隙為微米級至納米級尺寸的間隙。
9、進一步地，所述裂環(huán)諧振器的間隙尺寸為λ/10000～λ/30，λ為太赫茲電磁波波長。
10、進一步地，所述裂環(huán)諧振器為多開口結(jié)構(gòu)。
11、進一步地，所述裂環(huán)諧振器為的開口數(shù)量≥3。
12、進一步地，所述可調(diào)諧元件包括相變材料元件、二維材料元件或mems元件。
13、進一步地，所述相變材料包括vo2、v2o3或gst等。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
15、1、本專利技術(shù)所提出的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅魇状螌⑻掌澇砻嫔飩鞲衅髋c可調(diào)諧元件相結(jié)合，通過引入可調(diào)諧元件的方式，充分利用可調(diào)諧元件的調(diào)諧特性來實現(xiàn)超表面生物傳感器的可調(diào)性和功能多樣化。本專利技術(shù)通過獨特的諧振環(huán)結(jié)構(gòu)，使超表面?zhèn)鞲衅鳟a(chǎn)生了巨大的場增強從而具有很高的靈敏度，間隙處的可調(diào)諧元件憑借其良好的相變特性保證了傳感器的可調(diào)性。改變外界溫度、電壓或光照條件，在可調(diào)諧元件和超表面結(jié)構(gòu)相互作用下，該生物傳感器分別產(chǎn)生了兩條諧振曲線，且兩條諧振曲線均在目標(biāo)太赫茲(示例為1thz)處產(chǎn)生了諧振峰，分別有很強的傳輸和反射來實現(xiàn)不同的功能，且可調(diào)諧元件的這種隨溫度、電壓或光照發(fā)生的相變過程是可逆的。因此本專利技術(shù)中的超表面生物傳感器可以通過改變外界激勵條件來反復(fù)切換探測功能，在提升傳感靈敏度的同時賦予了超表面生物傳感器多樣化的功能和靈活的調(diào)諧特性，有效改善超表面?zhèn)鞲衅髡{(diào)諧功能。
16、2、在產(chǎn)生諧振時，間隙處聚集的電場強度是衡量傳感器性能的重要條件，一般來說，其他條件相同時，間隙處聚集的場強越大，傳感器性能越好。由于超表面諧振器的間隙尺寸與傳感靈敏度關(guān)系在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)負相關(guān)的關(guān)系，當(dāng)傳感器間隙不斷縮小至納米級別時，在間隙處會引起巨大的場增強，同時能夠輕松捕獲到同量級大小的微型生物分子，大大提升了超表面生物傳感器的靈敏度，并將檢測對象延伸到納米量級的生物分子。本專利技術(shù)實現(xiàn)納米間隙超表面結(jié)構(gòu)，基于納米量級的間隙尺寸展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，確保了較高的靈敏度。
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1.一種基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢ㄖ芷谛耘帕械亩鄠€單元結(jié)構(gòu)，各所述單元結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)襯底以及設(shè)置于所述電介質(zhì)襯底上的裂環(huán)諧振器，在所述裂環(huán)諧振器的間隙處設(shè)置有可調(diào)諧元件以實現(xiàn)開口的閉合或開啟，該可調(diào)諧元件基于外界激勵條件的變化自動實現(xiàn)不同狀態(tài)的反復(fù)切換，進而改變整個傳感器的諧振模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢鄠€所述單元結(jié)構(gòu)沿電場和磁場方向周期性排列，周期長度為λ/10～λ，λ為太赫茲電磁波波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢鲭娊橘|(zhì)襯底的材料包括二氧化硅、硅或氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢隽循h(huán)諧振器為可導(dǎo)電金屬諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢隽循h(huán)諧振器的材料包括金、銀、銅或鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢隽循h(huán)諧振器的間隙
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢隽循h(huán)諧振器的間隙尺寸為λ/10000～λ/30，λ為太赫茲電磁波波長。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢隽循h(huán)諧振器為多開口結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢隹烧{(diào)諧元件包括相變材料元件、二維材料元件或MEMS元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢鱿嘧儾牧习╒O2、V2O3或GST。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢ㄖ芷谛耘帕械亩鄠€單元結(jié)構(gòu)，各所述單元結(jié)構(gòu)包括電介質(zhì)襯底以及設(shè)置于所述電介質(zhì)襯底上的裂環(huán)諧振器，在所述裂環(huán)諧振器的間隙處設(shè)置有可調(diào)諧元件以實現(xiàn)開口的閉合或開啟，該可調(diào)諧元件基于外界激勵條件的變化自動實現(xiàn)不同狀態(tài)的反復(fù)切換，進而改變整個傳感器的諧振模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢鄠€所述單元結(jié)構(gòu)沿電場和磁場方向周期性排列，周期長度為λ/10～λ，λ為太赫茲電磁波波長。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢鲭娊橘|(zhì)襯底的材料包括二氧化硅、硅或氧化鋁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可調(diào)諧元件的動態(tài)太赫茲超表面?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟冢隽循h(huán)諧振器為可導(dǎo)電金屬諧振器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊豐瑗，陳俞梓，王倩，王楠，毛金賢，
申請(專利權(quán))人：上海大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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