[发明专利]生物薄膜的太赫兹光谱分析装置及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种对生物薄膜进行太赫兹波段光谱分析的装置，和利用太赫兹表面等离子体波对生物薄膜进行太赫兹波段光谱检测的一种方法。

背景技术

太赫兹波通常指的是频率范围在0.1THz至10THz之间的电磁波，其波段介于远红外和微波之间。长期以来，生物分子的光谱研究都是在高于10THz的频率范围内进行的，分子结构和性质的详细信息通常从拉曼和近红外光谱中得到。近年来，太赫兹波源的发展使得太赫兹光谱技术有了突破性的进展，太赫兹波的应用研究引起了越来越多的关注^[1]。而许多极性大分子在振动能级间的跃迁和转动能级间的跃迁正好处于太赫兹频率范围，在太赫兹频段存在大量的DNA分子主链间的受激本征共振。因此，生物分子的太赫兹光谱可以反映由分子内或分子间集体振动和晶格振动引起的低频振动模的本征特性。吸收光谱中观察的集体振动模式由整个分子的构形和构象决定，并且可反映出分子与环境之间的相互作用。太赫兹时域光谱为分子的构形和构象提供了直接的特征谱。太赫兹电磁波具有较低的光子能量，在进行样品探测时，不会产生有害的光致电离，是一种有效的无损探测方法。可用于研究DNA聚合物内部低频振动、分析蛋白质、检测氨基酸，实现对多种生物样品的分析研究^[2]。太赫兹光谱技术作为近红外光谱技术的有益补充，在基础生物科学、医学和材料科学方面都很有发展前途，特别是在分析和研究大分子方面有非常广阔的应用前景。

然而传统的太赫兹光谱分析装置大多采用直接透射和反射的方式，即直接让太赫兹波射到生物样品，分析其透射光谱或反射光谱。但是用这种方法很难分析很薄的生物样品。这是因为太赫兹波的波长至少有几百个微米，比可见或近红外波段大了约三个数量级。因而如果样品本身的尺度比太赫兹波的波长还要小很多(比如只有一微米左右厚度)将很难对样品进行分析^[3]。所以我们有必要研究新的光谱分析装置和方法，使得对很薄的生物样品也能具有明显的吸收峰，从而可以在太赫兹波段进行有效的光谱分析。

背景技术文件：

1.S.E.Hendry，F.J.Garcia-Vidal，L.Martin-Moreno，J.Gomez Rivas，M.Bonn，A.P.Hibbins，and M.J.Lockyear，“Optical control over surface-plasmon-polariton-assisted THz transmission through a slit aperture”Phy.Rew.Lett.，Vol.100，pp.123901/1-4(2007).

2.S.C.Shen，L.Santo and L.Genzel，“THz spectra for some bio-molecules”Int.J.Infrared Milli.Waves，Vol.28，No.8，pp.595-610(2007).

3.F.Miyamaru，M.W.Takedal，T.Suzuki and C.Otani，“Highly sensitive surface plasmon terahertz imaging with planar plasmonic crystals”Opt.Express，Vol.15，No.22，pp.110-115(2007).

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种对生物薄膜进行太赫兹波段光谱分析的装置，解决背景技术中对很薄的生物样品进行光谱分析的技术困难。

技术方案：本发明为一种生物薄膜的太赫兹光谱分析装置及检测方法。本发明的生物薄膜太赫兹光谱分析装置包括一个等离子体频率大于所传输的太赫兹波最大频率的半导体晶片、两个平行放置的刀片以及太赫兹时域光谱仪。两个刀片垂直于半导体晶片，两个刀片的刀口离半导体晶片上表面的距离小于最大频率的太赫兹表面等离子体波在外部气体中的衰减距离，两个刀片之间的距离小于最大频率的太赫兹表面等离子体波在半导体表面传播距离。半导体晶片的厚度大于最小频率的太赫兹表面等离子体波在半导体中的衰减距离。太赫兹波源所发出的太赫兹波以一定角度入射到其中一个刀片的刀口处。太赫兹时域光谱仪分析另一个刀片的刀口处所耦合出的太赫兹波。