[发明专利]一种可获取宽带增强太赫兹吸收谱的生物传感器及测试方法

说明书

本发明公开一种可以获取宽带增强太赫兹吸收谱的生物传感器，它包括太赫兹波折射透镜、亚波长金属传感结构,所述的太赫兹波折射透镜为半球体形状，所述的亚波长金属传感结构为一个金属板，在金属板上均匀分布有多个格栅，所述太赫兹波折射透镜的圆切面与亚波长金属传感结构的光栅相对设置，在太赫兹波折射透镜与亚波长金属传感结构形成有待测间隙。本发明所发明的生物传感器创新性地采用将亚波长金属传感结构和半球柱透镜结合，形成一定微小间隙，利用入射太赫兹波高效激发传感结构上的表面等离基元共振效应，利用其电磁增强效应实现对微量样品的增强太赫兹吸收谱检测，对生物分子的无标记传感检测有重要应用价值。

技术领域

本发明属于生物传感技术领域，具体涉及一种可获取宽带增强太赫兹吸收谱的生物传感器及测试方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)波是指频率在0.1THz-10THz波长在0.03mm-3mm范围内的电磁波，其频谱位于红外和微波之间。不同于红外光谱、X射线等传统光谱分析技术，很多生物有机分子如蛋白质、DNA、RNA、氨基酸、糖等的骨架振动、转动光谱以及分子间弱的相互作用力能级处在太赫兹波段，使得太赫兹光谱技术在研究生物分子有着先天优势和重要应用。

表面等离激元是一种高度局域在金属表面的表面波，它对金属表面介电环境十分敏感，因此它可被用做生物传感器。这种传感方法只对金属表面亚波长空间范围内的介质敏感，可降低了样品用量，实现对微量样品的探测。表面等离基元的电磁场在传感金属表面有极大电磁增强的特点，可增强入射波和物质的相互作用，有助于增强样品的光谱吸收。

目前基于表面等离激元的生物传感器大都应用在光学波段，在太赫兹波段极少，而且都是用于折射率传感，无法实现对样品的宽带吸收光谱检测分析。本发明是通过利用设计的传感器结构，扫描入射角度激发不同频率等离激元共振，利用电磁增强效应获得宽带的增强太赫兹吸收光谱，实现对微量生物样品的太赫兹吸收光谱分析，具有重要应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以获取宽带增强太赫兹吸收谱的生物传感器及测试方法，利用金属传感层中激发的表面等离基元电磁增强效应增大入射波和样品的相互作用，利用扫描入射角度获得不同频率点附近增强吸收效果，实现对样品的宽带的增强太赫兹吸收光谱检测。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种可以获取宽带增强太赫兹吸收谱的生物传感器，它包括太赫兹波折射透镜、亚波长金属传感结构,所述的太赫兹波折射透镜为半球体形状，所述的亚波长金属传感结构为一个金属板，在金属板上均匀分布有多个格栅，所述太赫兹波折射透镜的圆切面与亚波长金属传感结构的光栅相对设置，在太赫兹波折射透镜与亚波长金属传感结构形成有待测间隙。

进一步的，所述的太赫兹波折射透镜的材质为太赫兹波段高折射率材质，为高阻硅、高阻锗、甲基戊烯聚合物的一种。

进一步的，所述亚波长金属传感结构的格栅的间隔尺寸是在亚波长范围内，即小于太赫兹波的波长，尺寸在5微米到900微米之间。

进一步的，所述的亚波长金属传感结构为一维周期结构或二维周期结构。

进一步的，所述待测间隙的间距大小可以调整，间距尺寸是亚波长范围即小于入射太赫兹波波长，间距在5微米到900微米之间。