[发明专利]一种太赫兹超材料传感器及其应用

说明书

本发明提供了一种太赫兹超材料传感器，包括单元结构；所述单元结构包括柔性基底与设置在柔性基底上的非对称开口环结构。与现有技术相比，本发明提供的太赫兹超材料传感器为柔性基底，不仅可以降低损耗，也便于样品的检测；在柔性基底上设置非对称开口环结构，可同时产生Fano共振和电偶极子共振，使得其在太赫兹波段具有双波段共振频率，其中Fano共振是一种具有高Q值的谐振模式，且两个共振峰对应于抗生素在太赫兹波段的吸收峰位置，从而可通过耦合作用有效地提高传感器的传感灵敏性。

技术领域

本发明属于太赫兹光谱应用技术领域，尤其涉及一种太赫兹超材料传感器及其应用。

背景技术

太赫兹光谱是一种介于微波和红外之间的电磁波，其频率范围在0.1～10THz，波长范围在30μm～3mm之间，处于宏观电子学向微观光子学的过度阶段。由于过去缺乏有效的辐射源和灵敏的探测技术，该段电磁波一直没有被深入的研究，因此也被称作“太赫兹空隙”。随着超快光电技术和微型半导体器件的发展为太赫兹研究提供了更为有效的辐射源和检测技术，使得太赫兹技术得到了广泛而深入的研究。由于太赫兹波段内包含有关物质的物理、化学和结构信息，因此被广泛应用在材料科学、生物医药科学、食品化学、通信雷达等领域。

太赫兹超材料是指作用在太赫兹波段的新型人工材料，可以实现对太赫兹波的振幅和相位的调节。金属开口谐振环(SRR)是一种最常见的超材料结构类型，可以把SRR看作为一个含有电容电感的电路，电感主要由设计的超材料的几何参数决定，电容与电容器的有效介电常数密切相关。当超材料表面被其他物质覆盖后，其局域有效介电常数的改变会引起电容的改变，从而导致其共振频率的偏移。因此，可以通过太赫兹超材料共振频率的偏移来实现对痕量残留物的检测。

在日常生活中，食品安全问题越来越受到广大消费者的重视，尤其是食品基质中的抗生素残留问题更是所关注的焦点，其中乳制品中的抗生素残留是比较严重的问题之一。由于牛奶具有营养丰富的特点，是各个年龄段的人们经常摄取的食品之一。目前，在乳制品加工行业中，为了提高畜牧业增产的目的，常使用过量的抗生素，其中包括内酰胺类、氨基糖苷类、四环素类、大环内酯类等抗生素。通常，乳制品中抗生素残留的原因主要包括：1)由于抗生素可以用来预防和治疗奶牛的各类疾病，通常将抗生素注射或喂食进入奶牛体内，再通过血液循环进入乳房而残留在牛奶中；2)为了防止奶制品在储存和运输过程中会发生酸败变质，一些不法商贩会添加过多的抗生素来抑制细菌繁殖。这些抗生素的滥用不可避免的造成了牛奶中抗生素的残留，长期饮用含抗生素残留的牛奶对人体有很大的危害，会造成人体内某些致病菌产生耐药性，菌群失调，免疫力下降，易感人群会出现超敏反应，短时间内出现喉头水肿、呼吸困难、血压下降等症状，严重者甚至休克。

乳制品中抗生素残留检测通常有以下几种方法：1)微生物检测法，微生物检测法的测定原理是根据抗生素对微生物生理机能、代谢的抑制作用来定性测量待测样品中抗微生物药物残留；2)理化检验法，理化检测方法是以抗生素分子性质为基础，借助试验仪器进行分离和检测的一种方法，常用的试验技术包括红外、紫外、荧光、色谱、质谱等等；3)免疫分析法，酶联免疫吸附法具有灵敏度高、特异性强、处理量大等特点；4)其他检测方法，表面等离子体共振生物传感器利用免疫学原理对样品进行检测；蛋白质芯片技术是将已知的蛋白分子产物固定在经特殊化学处理的固相载体上，根据生物分子特性可以捕捉到待测蛋白进行确认和分析。但这些常用的检测方法通常比较耗时、操作复杂、产生有害废物等不利因素。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种太赫兹超材料传感器及其应用，该太赫兹超材料传感器在太赫兹波段具有双波长、高Q值共振响应，可用于乳制品中抗生素残留检测。

本发明提供了一种太赫兹超材料传感器，包括单元结构；所述单元结构包括柔性基底与设置在柔性基底上的非对称开口环结构。

优选的，所述柔性基底为聚酰亚胺基底，所述非对称开口环结构为非对称开口金环结构。

优选的，所述柔性基底的厚度为25μm。