[發(fā)明專利]用于增強太赫茲波檢測生物細胞組織信號的超材料結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811465438.1
• 申請日: 2018-12-03
• 公開（公告）號: CN109580535B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭滟;朱亦鳴;梁超逸;劉志佳;汪麗平;孫召召;肖海成;莊松林
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 徐穎

本發(fā)明涉及一種用于增強太赫茲波檢測生物細胞組織信號的超材料結(jié)構(gòu)，采用將生物樣本組織涂抹在透射式雙頻吸收結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的矩形陣列上的方法，使得太赫茲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的短脈沖信號在經(jīng)過樣本和超材料結(jié)構(gòu)陣列時，太赫茲信號與生物組織中的特異性物質(zhì)的振動轉(zhuǎn)動頻率發(fā)生共振吸收，該特征吸收頻率又恰好與所設(shè)計的超材料雙頻結(jié)構(gòu)的吸收頻率相吻合，進行共振放大，在使特征峰更加明顯的同時抑制噪音信號的干擾，從而達到增強太赫茲波檢測生物組織細胞效果的功能。提高待檢測的生物樣本中關(guān)鍵物質(zhì)的特征吸收峰信號，抑制噪音信號，使得生物檢測效率及準確性大大提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太赫茲檢測增強技術(shù)，特別涉及一種用于增強太赫茲波檢測生物細胞組織信號的超材料結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

近幾十年來，太赫茲波以其廣泛的應(yīng)用前景，已成為國際上物理領(lǐng)域的一個重要研究課題。太赫茲波是指頻率在0.1-10THz范圍(波長在0.03到3mm范圍)的電磁波(1THz＝10¹²Hz)，在電磁波譜中位于微波與紅外波之間。太赫茲波特殊的電磁波譜位置使得它具有許多獨特的優(yōu)點：具有攜帶信息量豐富、高時空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、計算機、通信等科學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價值。目前，主要的應(yīng)用研究有太赫茲時域光譜技術(shù)、太赫茲成像技術(shù)、安全檢查、太赫茲雷達、天文學(xué)、通信技術(shù)。

傳統(tǒng)太赫茲生物檢測系統(tǒng)在檢測生物組織細胞時主要利用時域光譜儀(TDS)獲得被測樣本的太赫茲頻段頻譜，通過分析頻譜中攜帶樣品特異性標志物信息的特征指紋譜來對樣品中特定物質(zhì)進行定性和定量分析。但在實際進行檢測的時候，吸收譜往往會受到檢材特征吸收特性和噪聲本底信號等影響。由于太赫茲生物檢測系統(tǒng)所探測到的特征吸收峰幅值跟樣本吸收特性和關(guān)鍵物質(zhì)含量相關(guān)，對于吸收系數(shù)低以及量極少的樣本，特征吸收峰往往淹沒在噪聲中，限制了系統(tǒng)對關(guān)鍵物質(zhì)的有效識別。因此，如何解決這一問題成為太赫茲技術(shù)在生物組織檢測領(lǐng)域中應(yīng)用的難題。傳統(tǒng)的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)中通常采用質(zhì)譜法、試劑盒法等對樣本成分進行分析，但一般只可以分辨化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單的物質(zhì)，無法分辨復(fù)雜的有機化合物，并且這些方法在臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用普遍存在檢測費用昂貴，結(jié)果報告時效性差等缺點。所以如何提高生物組織檢測的效率，降低檢測費用越來越受到各界的關(guān)注，是一個極具現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景的探索。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對目前太赫茲生物檢測對低吸收系數(shù)樣本或微量樣本檢測困難的問題，提出了一種用于增強太赫茲波檢測生物細胞組織信號的超材料結(jié)構(gòu)，采用將生物樣本組織涂抹在透射式雙頻吸收結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成的矩形陣列上的方法，使得太赫茲波發(fā)生裝置產(chǎn)生的短脈沖信號在經(jīng)過樣本和超材料結(jié)構(gòu)陣列時，太赫茲信號與生物組織中的特異性物質(zhì)的振動轉(zhuǎn)動頻率發(fā)生共振吸收，該特征吸收頻率又恰好與所設(shè)計的超材料雙頻結(jié)構(gòu)的吸收頻率相吻合，進行共振放大，在使特征峰更加明顯的同時抑制噪音信號的干擾，從而達到增強太赫茲波檢測生物組織細胞效果的功能。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種用于增強太赫茲波檢測生物細胞組織信號的超材料結(jié)構(gòu)，由超材料單元陣列排布組成，超材料單元包含矩形介電基底，附著于介電基底上的開口環(huán)高頻吸波器和雙金屬棒低頻吸波器，雙金屬棒低頻吸波器兩金屬棒平行于介電基底左右兩邊，開口環(huán)高頻吸波器開口向上置于雙金屬棒低頻吸波器兩金屬棒之間，并且與兩金屬棒間距相同；數(shù)個相同的超材料單元雙金屬棒低頻吸波器中兩金屬棒首尾直線對齊排列，并且所有開口環(huán)高頻吸波器開口方向一致，形成一列超材料，數(shù)列超材料同方向?qū)R最終組成一片完整的由超材料單元橫豎陣列排布的超材料結(jié)構(gòu)。

所述超材料單元中由開口環(huán)高頻吸波器、雙金屬棒低頻吸波器所組成的雙頻吸波結(jié)構(gòu)的吸收頻率，與被測生物細胞組織的特征吸收頻率相吻合。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明用于增強太赫茲波檢測生物細胞組織信號的超材料結(jié)構(gòu)，基于超材料和待檢材料之間的相互作用檢測生物材料，超材料結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)工藝成熟，易于批量生產(chǎn)，兼容各類太赫茲頻域檢測設(shè)備，與待測樣本簡單疊加即可使用，效果明顯且易于操作；最大優(yōu)點在于提高待檢測的生物樣本中關(guān)鍵物質(zhì)的特征吸收峰信號，抑制噪音信號，使得生物檢測效率及準確性大大提升。

附圖說明