[發明專利]一種太赫茲超材料傳感器及其應用

在審

• 申請號: 202010058685.0
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN113138176A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 陸亞林;殷明;王建林;楊萌萌;馬天;黃浩亮;黃秋萍;傅正平
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01N21/01
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 張雪嬌

本發明提供了一種太赫茲超材料傳感器，包括單元結構；所述單元結構包括柔性基底與設置在柔性基底上的非對稱開口環結構。與現有技術相比，本發明提供的太赫茲超材料傳感器為柔性基底，不僅可以降低損耗，也便于樣品的檢測；在柔性基底上設置非對稱開口環結構，可同時產生Fano共振和電偶極子共振，使得其在太赫茲波段具有雙波段共振頻率，其中Fano共振是一種具有高Q值的諧振模式，且兩個共振峰對應于抗生素在太赫茲波段的吸收峰位置，從而可通過耦合作用有效地提高傳感器的傳感靈敏性。

技術領域

本發明屬于太赫茲光譜應用技術領域，尤其涉及一種太赫茲超材料傳感器及其應用。

背景技術

太赫茲光譜是一種介于微波和紅外之間的電磁波，其頻率范圍在0.1～10THz，波長范圍在30μm～3mm之間，處于宏觀電子學向微觀光子學的過度階段。由于過去缺乏有效的輻射源和靈敏的探測技術，該段電磁波一直沒有被深入的研究，因此也被稱作“太赫茲空隙”。隨著超快光電技術和微型半導體器件的發展為太赫茲研究提供了更為有效的輻射源和檢測技術，使得太赫茲技術得到了廣泛而深入的研究。由于太赫茲波段內包含有關物質的物理、化學和結構信息，因此被廣泛應用在材料科學、生物醫藥科學、食品化學、通信雷達等領域。

太赫茲超材料是指作用在太赫茲波段的新型人工材料，可以實現對太赫茲波的振幅和相位的調節。金屬開口諧振環(SRR)是一種最常見的超材料結構類型，可以把SRR看作為一個含有電容電感的電路，電感主要由設計的超材料的幾何參數決定，電容與電容器的有效介電常數密切相關。當超材料表面被其他物質覆蓋后，其局域有效介電常數的改變會引起電容的改變，從而導致其共振頻率的偏移。因此，可以通過太赫茲超材料共振頻率的偏移來實現對痕量殘留物的檢測。

在日常生活中，食品安全問題越來越受到廣大消費者的重視，尤其是食品基質中的抗生素殘留問題更是所關注的焦點，其中乳制品中的抗生素殘留是比較嚴重的問題之一。由于牛奶具有營養豐富的特點，是各個年齡段的人們經常攝取的食品之一。目前，在乳制品加工行業中，為了提高畜牧業增產的目的，常使用過量的抗生素，其中包括內酰胺類、氨基糖苷類、四環素類、大環內酯類等抗生素。通常，乳制品中抗生素殘留的原因主要包括：1)由于抗生素可以用來預防和治療奶牛的各類疾病，通常將抗生素注射或喂食進入奶牛體內，再通過血液循環進入乳房而殘留在牛奶中；2)為了防止奶制品在儲存和運輸過程中會發生酸敗變質，一些不法商販會添加過多的抗生素來抑制細菌繁殖。這些抗生素的濫用不可避免的造成了牛奶中抗生素的殘留，長期飲用含抗生素殘留的牛奶對人體有很大的危害，會造成人體內某些致病菌產生耐藥性，菌群失調，免疫力下降，易感人群會出現超敏反應，短時間內出現喉頭水腫、呼吸困難、血壓下降等癥狀，嚴重者甚至休克。

乳制品中抗生素殘留檢測通常有以下幾種方法：1)微生物檢測法，微生物檢測法的測定原理是根據抗生素對微生物生理機能、代謝的抑制作用來定性測量待測樣品中抗微生物藥物殘留；2)理化檢驗法，理化檢測方法是以抗生素分子性質為基礎，借助試驗儀器進行分離和檢測的一種方法，常用的試驗技術包括紅外、紫外、熒光、色譜、質譜等等；3)免疫分析法，酶聯免疫吸附法具有靈敏度高、特異性強、處理量大等特點；4)其他檢測方法，表面等離子體共振生物傳感器利用免疫學原理對樣品進行檢測；蛋白質芯片技術是將已知的蛋白分子產物固定在經特殊化學處理的固相載體上，根據生物分子特性可以捕捉到待測蛋白進行確認和分析。但這些常用的檢測方法通常比較耗時、操作復雜、產生有害廢物等不利因素。

發明內容

有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種太赫茲超材料傳感器及其應用，該太赫茲超材料傳感器在太赫茲波段具有雙波長、高Q值共振響應，可用于乳制品中抗生素殘留檢測。

本發明提供了一種太赫茲超材料傳感器，包括單元結構；所述單元結構包括柔性基底與設置在柔性基底上的非對稱開口環結構。

優選的，所述柔性基底為聚酰亞胺基底，所述非對稱開口環結構為非對稱開口金環結構。

優選的，所述柔性基底的厚度為25μm。