太赫兹超材料传感器及肉桂酰甘氨酸特异性检测方法

本发明涉及特异性检测，特别是涉及一种太赫兹超材料传感器及肉桂酰甘氨酸特异性检测方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提到了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

2、肉桂酰甘氨酸(c11h11no3)的分子量为205.210、沸点为495.1、相对密度为1.3±0.1g/cm3、折射率为1.607，是人体尿液的一种代谢物，是肉桂酸和甘氨酸的结合物。

3、肉桂酰甘氨酸可以用作在抗生素治疗期之后定殖耐药性的标志物，它在人类和动物的新陈代谢和生长中起着重要作用，目前临床实验室已采用各种检测方法来确定肉桂酰甘氨酸，例如聚合酶链反应。这些技术采用生物标记方法，可以高特异性揭示生物分子的特征，但标记方法都有严重的局限性，如需要标记分子、预处理比较复杂，并且可能会出现假阳性的结果。

4、近年来，光谱分析方法被应用到生物样品检测中，该方法无需对样品进行标记，预处理简单，但存在检测结果比较单一等缺点。因此，建立一种能够快速、灵敏的检测生物样本中的疾病标志物的检测方法对早期诊断非常重要。

5、太赫兹波通常指的是在频率范围在0.1thz至10thz之间的电磁波，介于远红外和微波之间。目前，与太赫兹时域光谱仪(thz-tds)相比，基于光子混频技术的太赫兹频域光谱(thz-fds)由于其测量分辨率高且在测量中得到样品信息直接在频域谱上呈现,不需要像时域光谱仪一样进行傅里叶变换等繁琐的数据处理,从而使thz-fds广泛应用于生物医学研究中，包括检测生物物质的特征频率吸收峰。

6、目前，太赫兹检测方法主要是利用太赫兹时域或频域系统，通过对太赫兹波的传输测量法得到样品的吸收谱来实现。尽管在检测纯生物样品中的物质方面取得了一些进展，例如干燥的生物分子粉末片剂，但在临床实验室应用太赫兹之前，必须克服一些挑战：如被水强吸收、灵敏度低等。并且目前太赫兹检测主要是检测生物分子的折射率的变化，未实现特异性检测。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种太赫兹超材料传感器、制备方法以及肉桂酰甘氨酸特异性检测方法，具有精确性好、重复度高、检测速度快、成本低廉的特点。

2、第一方面，本发明提供了一种太赫兹超材料传感器；

3、一种太赫兹超材料传感器，包括基体和设置于基体的具有电磁诱导透明现象的超材料结构，所述超材料结构包括设置于基体的金属结构单元，所述金属结构单元为周期性排列；

4、所述金属结构单元包括条形谐振器和多个拱桥型谐振器组，所述拱桥型谐振器组间距设置，所述条形谐振器设置于所述拱桥型谐振器组之间，且所述条形谐振器的中心与所述拱桥型谐振器组的中心处于同一水平线；

5、其中，所述拱桥型谐振器组包括开口相对设置的拱桥谐振器。

6、进一步的，所述拱桥型谐振器与所述条形谐振器的高度相等，且所述拱桥谐振器组以所述条形谐振器的竖直中心线为对称轴对称设置。

7、通过采用上述技术方案，可以通过直接改变刻蚀的拱桥型谐振器的圆心角，进而改变器件的结构，可以实现共振频率的移动。

8、优选的，所述拱桥型谐振器的高度为1μm-2μm。

9、通过采用上述技术方案，能够根据所需频率，进行拱桥型谐振器的适当调节。

10、进一步的，所述超材料结构的数量为多个，所述超材料结构在所述基体呈矩阵式均匀分布。

11、第二方面，本发明提供了上述太赫兹超材料传感器的制备方法；

12、太赫兹超材料传感器的制备方法，包括如下步骤：

13、清洗石英基片，在石英基片上旋涂光刻胶并烘干；

14、对所述光刻胶依次进行曝光、显影和定影，以形成周期分布的光刻胶掩膜结构；

15、利用材料生长工艺在所述光刻胶研磨结构上沉积金属，将沉积完成后的金属剥离并去除所述光刻胶，完成器件的制备。

16、进一步的，所述光刻胶为su-8光刻胶、pmma光刻胶或az光刻胶中的任意一种。

17、进一步的，所述材料生长工艺为电子束蒸发、真空蒸镀、溅射或化学气相淀积。

18、第三方面，本发明提供了一种肉桂酰甘氨酸特异性检测方法；

19、一种肉桂酰甘氨酸特异性检测方法，基于上述太赫兹超材料传感器，包括如下步骤：

20、s1、将待测样品稀释在饱和水溶液中，并沉积在太赫兹超材料传感器上；

21、s2、对待测样品进行加热，得到结晶有待测样品的太赫兹超材料传感器；

22、s3、通过太赫兹频谱仪对结晶有待测样品的太赫兹超材料传感器进行光谱扫描，得到太赫兹超材料传感器的太赫兹吸收光谱；

23、s4、根据太赫兹超材料传感器的太赫兹吸收光谱，判断肉桂酰甘氨酸的太赫兹指纹吸收峰处位置处是否出现窄带透射峰；若是，则待测样品中含有肉桂酰甘氨酸；

24、其中，肉桂酰甘氨酸的太赫兹指纹吸收峰通过压片法获取。

25、进一步的，太赫兹超材料传感器的谐振频率与肉桂酰甘氨酸的太赫兹指纹吸收峰重合。

26、进一步的，根据透射差，预测肉桂酰甘氨酸的厚度。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

28、1、本发明提供的技术方案，基于太赫兹频域光谱技术，成功检测400ghz-700 ghz的肉桂酰甘氨酸的太赫兹指纹吸收峰，该检测技术具有非接触、检测速度快、分辨率高、无需耦合剂、高安全性等优点。

29、2、本发明提供的技术方案，涉及了一种基于拱桥型结构的等离子体模式和肉桂酰甘氨酸的振动模式的谐振耦合传感器，利用超材料放大生物信号，从而避免水的强吸收，并利用该传感器实现了肉桂酰甘氨酸的特异性检测，且用数值仿真的方式证明了这个传感器的优良的检测性能。

30、3、本发明提供的技术方案，提供了一种太赫兹超材料传感器，基于其拱桥型谐振器充当亮模式，条形谐振器充当暗模式进行组合得到电磁诱导透明效应，并将太赫兹超材料传感器的谐振频率与肉桂酰甘氨酸的太赫兹指纹吸收峰重合，以产生混合诱导透明效应，进而根据太赫兹超材料传感器的太赫兹吸收光谱在肉桂酰甘氨酸的太赫兹指纹吸收峰处位置处是否出现窄带透射峰，对肉桂酰甘氨酸进行特异性识别，因此，能够特异性识别出待测样品中的肉桂酰甘氨酸，且能够根据透射差预测肉桂酰甘氨酸的厚度。

技术特征：

1.一种太赫兹超材料传感器，其特征在于，包括基体和设置于基体的具有电磁诱导透明现象的超材料结构，所述超材料结构包括设置于基体的金属结构单元，所述金属结构单元为周期性排列；

2.如权利要求1所述的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述拱桥型谐振器与所述条形谐振器的高度相等，且所述拱桥谐振器组以所述条形谐振器的竖直中心线为对称轴对称设置。

3.如权利要求2所述的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述拱桥型谐振器的高度为1μm-2μm。

4.如权利要求1所述的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述超材料结构的数量为多个，所述超材料结构在所述基体呈矩阵式均匀分布。

5.如权利要求1-4任一项所述的太赫兹超材料传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述光刻胶为su-8光刻胶、pmma光刻胶或az光刻胶。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述材料生长工艺为电子束蒸发、真空蒸镀、溅射或化学气相淀积。

8.一种肉桂酰甘氨酸特异性检测方法，其特征在于，基于权利要求1-4任一项所述的太赫兹超材料传感器，包括如下步骤：

9.如权利要求8所述的肉桂酰甘氨酸特异性检测方法，其特征在于，太赫兹超材料传感器的谐振频率与肉桂酰甘氨酸的太赫兹指纹吸收峰重合。

10.如权利要求8所述的肉桂酰甘氨酸含量检测方法，其特征在于，根据透射差，预测肉桂酰甘氨酸的厚度。

技术总结
本发明公开了一种太赫兹超材料传感器及肉桂酰甘氨酸特异性检测方法，属于特异性检测技术领域。包括基体和设置于基体的具有电磁诱导透明现象的超材料结构，所述超材料结构包括设置于基体的金属结构单元，所述金属结构单元为周期性排列；所述金属结构单元包括条形谐振器和多个拱桥型谐振器组，所述拱桥型谐振器组间距设置，所述条形谐振器设置于所述拱桥型谐振器组之间，所述条形谐振器的中心与所述拱桥型谐振器组的中心处于同一水平线；其中，所述拱桥型谐振器组包括开口相对设置的拱桥谐振器。能够精确、快速的检测肉桂酰甘氨酸含量，对肉桂酰甘氨酸进行特异性检测；解决了现有技术中存在“无法查询到肉桂酰甘氨酸的吸收峰”的问题。

技术研发人员：时彦朋,张珊,史胜男,陈晓伟
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15