[發(fā)明專利]太赫茲超材料生物傳感器及其制備方法和應用

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• 申請日: 2020-08-04
• 公開（公告）號: CN111766218A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發(fā)明（設計）人: 陸亞林;殷明;黃秋萍;王建林;黃浩亮;代廣斌;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;G01N33/569;G01N33/543
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 崔亞松;張瑩

本發(fā)明公開了一種太赫茲超材料生物傳感器及其制備方法和應用。通過制備聚酰亞胺柔性襯底，并在該襯底上設計加工一種非對稱開口諧振環(huán)的周期性結構，使得該超材料在太赫茲波段具有高Q值和高靈敏度的傳感特性，并且制備了膠體金納米顆粒，利用膠體金標記待測物抗體蛋白，將該標記混合物沉積在超材料傳感器表面，使其具有與待測物特異性結合的特性，當待測物滴加在傳感器表面時，該標記混合物可以捕捉到待測物，引起超材料表面介電常數(shù)的改變，導致超材料諧振峰位置的偏移，從而實現(xiàn)了檢測待測物的目的。本發(fā)明利用太赫茲生物傳感器結合免疫膠體金標記抗體技術對待測物進行高靈敏度、特異性檢測，具有實際應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及太赫茲生物傳感應用領域，特別是涉及在太赫茲波段具有高靈敏度、特異性檢測的生物傳感技術，具體涉及一種太赫茲超材料生物傳感器及其制備方法和應用。

背景技術

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)是一種新發(fā)現(xiàn)的人類傳染病，由一種從未在人類身上發(fā)現(xiàn)的新型冠狀病毒引起。此類冠狀病毒感染的常見癥狀主要有呼吸道癥狀：發(fā)熱、咳嗽、氣短、呼吸困難等。在更嚴重的情況下，它會導致嚴重肺炎、急性呼吸綜合征、腎衰竭甚至死亡。截至2020年6月底，全球新冠肺炎確診病例超過1000萬例，死亡人數(shù)超過50萬人。到目前為止，針對冠狀病毒的特殊治療方法并不多。目前，COVID-19的檢測嚴重依賴于實時逆轉錄聚合酶鏈反應(RT-PCR)。雖然它是目前檢測病毒RNA最敏感的方法之一，但存在試劑供應過度緊張，制備病毒RNA需要太長時間等缺點。此外，對這類病毒進行靈敏的、可在現(xiàn)場部署的檢測，以及對于進一步預防限制其傳播將是至關重要的。因此，對于COVID-19的準確診斷和提前預防，迫切需要尋找新的快速、高靈敏度的診斷方法。

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30um～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(fā)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(nèi)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(yī)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(xiàn)對太赫茲波的振幅和相位的調(diào)節(jié)。當超材料表面被其他物質覆蓋后，其局域有效介電常數(shù)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(xiàn)對痕量物質的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種太赫茲超材料生物傳感器，可以提高檢測的靈敏度、特異性。

為了達到上述目的，一方面，本發(fā)明提出一種太赫茲超材料生物傳感器，包括柔性襯底以及所述柔性襯底上周期性排布的非對稱開口諧振環(huán)，所述非對稱開口諧振環(huán)包括兩個開口，所述兩個開口位于經(jīng)過所述非對稱開口諧振環(huán)的中心且與電磁波的電場方向相同的直線的同側，并且所述兩個開口與所述直線的夾角為相同的銳角α；

所述太赫茲超材料生物傳感器的表面固定有功能化膠體金納米顆粒，所述功能化膠體金納米顆粒包括膠體金納米顆粒以及與所述膠體金納米顆粒結合且能夠特異性識別待測物的結合試劑。

在一些實施例中，所述非對稱開口諧振環(huán)的開口角度為α＝1-20°(例如2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°或19°)。

在一些實施例中，所述開口的寬度為g＝5-10微米(例如6微米、7微米、8微米或9微米)。

在一些實施例中，所述結合試劑選自抗體、探針或適配體。