[发明专利]像素化超表面多目标检测背向反射式光谱检测方法和系统

说明书

本发明提供了一种基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法和系统，涉及生物医学检测领域，包括：搭建像素化超表面物质检测芯片；配制待测物质溶液；将所述待测物质溶液转移至所述像素化超表面物质检测芯片上方；利用太赫兹时域光谱系统对所述覆盖了待测分析物超表面的反射信号进行探测，期间获取的太赫兹时域波形均在斜反射模式下采集。本发明能够实现对极性溶液的多目标检测，包括对某一目分析物实现精确定量检测并获取较为精确的指纹谱，使得太赫兹光谱技术在生物医学分析中发挥更重要的作用。

技术领域

本发明涉及生物医学检测领域，具体而言，涉及基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法。

背景技术

太赫兹波位于毫米波段和红外波段之间，兼具了光子学与电子学特性，具有非电离、无损伤、高穿透、高分辨率和光谱指纹等特点，使其成为生物医学领域的常用工具。太赫兹物质检测技术在起步阶段的研究重点主要是将太赫兹光谱与样品直接相互作用，从样品的透、反射响应中进行分子振动模式识别以及样品厚度、复折射率等物理信息分析。然而，太赫兹波辐射的光子能量低，与样品的弱相互作用在一定程度上限制了太赫兹光谱技术的高灵敏度传感应用。在太赫兹波段，自然界中存在最普遍的极性水对其的吸收率非常强，造成了对太赫兹波的天然屏障。因此在研究以极性溶液为对象的分析物时，只能采用将溶液中的水分蒸干，在干燥状态下对样品进行检测分析，阻碍了太赫兹传感技术在实践中的广泛应用。为了进一步促进太赫兹在传感检测中的实际应用，研究者结合微流控、衰减全反射等技术实现对微量水溶液的直接检测。这些设计不仅实验操作流程复杂，而且对制造精度的要求也很严格。因此，要充分发挥太赫兹波的传感能力，拓展其在检测领域的实际应用，还需要进一步研究基于太赫兹光谱的快速、简便的水溶液分析方法。目前基于超材料的太赫兹传感用于溶液的快速检测和分析受到越来越多人的关注。但主要集中于对分析物单一指纹检测，或灵敏度较差的定量检测，很难实现在极性环境中对分析物进行多目标检测，也无法对某一目标物质实现精确检测并获取较为精确的指纹谱。

因此，如何对极性溶液中的待分析物进行指纹谱以及定量多目标检测成为需要解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术或相关技术中存在的技术问题之一，提供了一种基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法和系统，实现了对痕量生物样品的超高灵敏度鉴别和定量探测。

本发明的第一方面提供了一种基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法，包括：搭建像素化超表面物质检测芯片；配制待测物质溶液；将待测物质溶液转移至像素化超表面物质检测芯片上方；利用太赫兹时域光谱系统对覆盖了待测分析物超表面的反射信号进行探测，期间获取的太赫兹时域波形均在斜反射模式下采集。

根据本发明提供的基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法，优选地，探测的过程具体包括：每次探测前采集只有超构表面的反射信号作为参考；记录带有分析物的信号，采用快速傅里叶变换得到太赫兹反射频域信号。

根据本发明提供的基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法，优选地，太赫兹信号以10°的固定入射角照射在像素化超表面物质检测芯片的下表面；利用调相双激光同步控制技术控制信号发射和接收，以高速获得携带样品信息的时域波形。

根据本发明提供的基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法，优选地，用干燥空气填充太赫兹光路所处环境，相对湿度小于3％。

根据本发明提供的基于像素化超表面多目标检测的背向反射式光谱检测方法，优选地，将像素化超表面物质检测芯片作为载物台，将载物台安装在三维平移台上，以确保在所需的方位角处获得稳定的光谱采集。