【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及生物醫(yī)學(xué)檢測技術(shù)和先進(jìn)材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器。
技術(shù)介紹
1、太赫茲（thz）波，是位于紅外和微波頻段之間的電磁波，因其低光子能量、強(qiáng)穿透能力以及對各種材料的指紋光譜響應(yīng)而在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，由于太赫茲輻射功率不足，且待測物質(zhì)與太赫茲波長之間相對不匹配，導(dǎo)致了太赫茲生物傳感技術(shù)的靈敏度有限。通過將太赫茲技術(shù)與超表面技術(shù)相結(jié)合，可以克服這些挑戰(zhàn)。作為由亞波長晶胞周期性排列組成的人造結(jié)構(gòu)，超表面在操縱電磁波的相位、振幅和偏振方面展現(xiàn)出卓越的性能，超表面多樣的共振模式，如偶極子、fano共振和電磁感應(yīng)透明性（eit），能夠產(chǎn)生高度局域化的強(qiáng)電場，以增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用。其中，連續(xù)域束縛態(tài)（bics）因其能夠產(chǎn)生具有無限大的品質(zhì)（q）因子的共振而受到廣泛關(guān)注。理論上，bics作為穩(wěn)定的內(nèi)在的波態(tài)，能夠以無限時間捕獲光，但其非輻射特性，即消失的光譜線寬，限制了其實(shí)際應(yīng)用。通過巧妙的對稱性破壞，bics可以轉(zhuǎn)化為具有有限輻射泄漏的準(zhǔn)束縛態(tài)（qbics），為高q因子光學(xué)器件的創(chuàng)新設(shè)計提供了重要方法。在實(shí)現(xiàn)本專利技術(shù)的過程中，申請人發(fā)現(xiàn)：當(dāng)前關(guān)于qbics實(shí)現(xiàn)的研究主要集中在超表面的單側(cè)刻蝕微結(jié)構(gòu)以創(chuàng)建增強(qiáng)的局部場限制，這種方法僅利用了超表面的一側(cè)，導(dǎo)致檢測效率不足和單一的傳感結(jié)果，限制了其在生物傳感中更廣泛應(yīng)用的潛力。生物大分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，異質(zhì)性高，有限的傳感效率與表征復(fù)雜傳感信號的需求之間的矛盾日益突出，給太赫茲超表面生物傳感的廣泛應(yīng)用帶來了極大的技術(shù)困難
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)或相關(guān)技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一，提供了一種具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，實(shí)現(xiàn)具備雙面?zhèn)鞲泄δ艿奶掌澇砻嫔飩鞲衅骷⑶译p面?zhèn)鞲邢嗷オ?dú)立，互不影響，使得傳感的準(zhǔn)確性和效率大幅提升。
2、本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，包括：基底，由具有太赫茲波高透性的材料制成，厚度為100μm；第一諧振器陣列，集成在基底正面，包括多個沿基底x軸和y軸周期性排列的第一諧振器；第一諧振器為不對稱開口環(huán)諧振器，第一諧振器的圓環(huán)形主體半徑為30μm，環(huán)形寬度為5μm，開口寬度為5μm；第二諧振器陣列，集成在基底背面，包括多個沿基底x軸和y軸周期性排列的第二諧振器，第二諧振器為不對稱開口環(huán)諧振器，第二諧振器的圓環(huán)形主體半徑為17.5μm，環(huán)形寬度為3μm，開口寬度為3μm。
3、在該技術(shù)方案中，實(shí)現(xiàn)了雙面超表面（第一諧振器陣列位于基底正面，第二諧振器陣列位于基底背面，雙面超表面由兩層不同的不對稱開口環(huán)諧振器（asr）構(gòu)建，基于準(zhǔn)連續(xù)域束縛態(tài)（qbic）的原理，在thz波的照射下，金屬表面兩側(cè)的諧振結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出兩個獨(dú)立的qbic，具有較高的靈敏度（分別為169和325?ghz/riu）。基底的厚度既能夠避免雙面結(jié)構(gòu)的互相耦合與干擾，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立傳感功能，又最大程度減少了太赫茲能量的損耗，增加了傳感的靈敏度。
4、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，優(yōu)選地，在第一諧振器陣列中，諧振器之間的距離為20μm；在第二諧振器陣列中，諧振器之間的距離為5μm。
5、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，優(yōu)選地，第一諧振器陣列的共振頻率為0.726thz；第二諧振器陣列的共振頻率為1.961thz。
6、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，優(yōu)選地，基底由厚度為100μm石英制成。
7、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，優(yōu)選地，第一諧振器和第二諧振器的材質(zhì)為金，厚度為100納米。
8、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，優(yōu)選地，在諧振器與基底之間設(shè)有鈦層，鈦層厚度為10納米。
9、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，優(yōu)選地，不對稱開口環(huán)諧振器具有兩個開口，開口將諧振器的圓環(huán)形主體分為一個半圓和一段圓弧，形成非對稱結(jié)構(gòu)。
10、根據(jù)本專利技術(shù)提供的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，優(yōu)選地，第一諧振器和第二諧振器的集成方法包括：將基底用丙酮溶液處理并超聲清洗，用去離子水沖洗，用氮?dú)獯蹈桑皇褂霉饪碳夹g(shù)對基底的表面進(jìn)行圖案化，形成第一諧振器陣列和第二諧振器陣列的對應(yīng)圖案；通過磁控濺射在基底上沉積10納米厚的鈦層和100納米厚的金膜，鈦層位于金膜與基底之間；使用深硅刻蝕技術(shù)去除多余的材料，留下第一諧振器陣列和第二諧振器陣列。
11、本專利技術(shù)取得的有益效果至少包括：選擇100um厚的石英作為超表面的基底，既能夠使得雙面金屬結(jié)構(gòu)諧振互相不耦合，以達(dá)到雙面獨(dú)立傳感的功能，又盡可能減少太赫茲能量的損失，實(shí)現(xiàn)較高的傳感強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)了雙qbic峰，并且雙bic相互獨(dú)立，均可以提供較高的傳感性能。雙面超表面的傳感性能與既往報道的單面qbic超表面?zhèn)鞲衅餍阅芟喈?dāng)，但具備雙面?zhèn)鞲心芰Γ黾恿藗鞲械男剩梢酝瑫r表征兩種物質(zhì)的變化，并且雙面?zhèn)鞲邢嗷オ?dú)立，在檢測時相互驗(yàn)證，增加了超靈敏傳感的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，顯示出在生物檢測領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。
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1.一種具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，在所述第一諧振器陣列中，諧振器之間的距離為20μm；在所述第二諧振器陣列中，諧振器之間的距離為5μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，所述第一諧振器陣列的共振頻率為0.726THz；所述第二諧振器陣列的共振頻率為1.961THz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，所述基底由石英制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，所述第一諧振器和所述第二諧振器的材質(zhì)為金，厚度為100納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，在諧振器與基底之間設(shè)有鈦層，鈦層厚度為10納米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，所述不對稱開口環(huán)諧振
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，所述第一諧振器和所述第二諧振器的集成方法包括：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，在所述第一諧振器陣列中，諧振器之間的距離為20μm；在所述第二諧振器陣列中，諧振器之間的距離為5μm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，所述第一諧振器陣列的共振頻率為0.726thz；所述第二諧振器陣列的共振頻率為1.961thz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有雙面獨(dú)立傳感功能的太赫茲超表面生物傳感器，其特征在于，所述基底由石英制成。
5.根據(jù)權(quán)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：杜曉輝，賈卿哲，焦亞楠，勞澤秋，馬兆福，婁菁，李松巖，蘭彬，
申請(專利權(quán))人：中國人民解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心，
類型：發(fā)明
國別省市：
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