[發明專利]一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器

有效

• 申請號: 202011518234.7
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112525852B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 熊中剛;劉忠;霍佳波;王寒迎;何艷飛;詹江正;姜守帥;張勇;王為慶;覃金昌;鄒麗霞;羅素蓮
• 申請（專利權）人: 桂林航天工業學院
• 主分類號: G01N21/3586
• 分類號: G01N21/3586;G01N21/01;H01Q17/00
• 代理公司: 重慶金橙專利代理事務所(普通合伙) 50273
• 代理人: 李梅

本發明公開了一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器，包括單元結構和基底層，所述單元結構的內部設置有開口諧振環，且開口諧振環的內部設置有頂層金屬結構，所述頂層金屬結構的下方設置有中間介電層，所述中間介電層的下方設置有底層金屬層，且底層金屬層的下方設置有基底層。該基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器通過分析了覆蓋樣品的厚度對吸收器靈敏度和吸收系數的影響，綜合考慮選擇樣品厚度為15μm，使得該傳感器對附著在其上面的待測分析物有著很高的敏感性，一般的超材料傳感器對厚的薄膜覆蓋物靈敏度很低，但是該超材料不僅對較薄的分析物表現出不錯的敏感性，并且也對十幾個微米厚的厚薄膜分析物表現出高敏感性。

技術領域

本發明涉及生物傳感器技術領域，具體為一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器。

背景技術

太赫茲波是指頻率在0.1THz-10THz之間的電磁波，其特殊位置使其具有獨特的性質，如低能性、高透性、指紋譜特性等，廣泛應用于通信、爆炸物檢測、成像、生物信息提取以及醫學診斷等領域。超材料作為新型的亞波長人工復合材料，具有自然材料無法實現的特殊性質，如負折射率，負介電常數等。因此，超材料有著廣泛的應用，如隱形、生物傳感、吸波材料、天線等。近年來，超材料吸收器逐漸在太赫茲傳感領域得到應用。

現有的，生物傳感器靈敏度較低，并且生物傳感器容易對生物物質造成破壞，無法實現對液體樣品的定量定性檢測作用，不能很好的滿足人們的使用需求，針對上述情況，我們提供一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器，以解決上述背景技術中提出現有的生物傳感器靈敏度較低，并且生物傳感器容易對生物物質造成破壞，無法實現對液體樣品的定量定性檢測作用，不能很好的滿足人們的使用需求問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于開口諧振環結構的太赫茲生物傳感器，包括單元結構和基底層，所述單元結構的內部設置有開口諧振環，且開口諧振環的內部設置有頂層金屬結構，所述頂層金屬結構的下方設置有中間介電層，所述中間介電層的下方設置有底層金屬層，且底層金屬層的下方設置有基底層。

優選的，所述單元結構的內部參數設置為l1、l2、g、s和P，且l1＝75μm，并且l2＝40μm，同時s＝25μm，所述g＝10μm，且P＝110μm。

優選的，所述開口諧振環關于單元結構內部的中心點呈對稱分布，且開口諧振環的厚度設置為w，并且w＝5μm。

優選的，所述頂層金屬結構和底層金屬層的材質均設置為金材質，且頂層金屬結構和底層金屬層的厚度均設置為h,并且h＝200nm，同時頂層金屬結構和底層金屬層的電導率為4.56*10^7S/m。

優選的，所述中間介電層的材質設置為聚乙烯，且中間介電層的厚度設置為t，并且t＝12μm，同時中間介電層的介電常數為2.1+j0.01。

優選的，所述基底層的材質設置為高阻硅，且基底層的厚度設置為500μm。

優選的，所述單元結構的單元周期設置為36μm，且單元結構的厚度設置為25μm，并且單元結構的金屬反射層厚度設置為200nm。

優選的，所述單元結構使用CST?MICROWAVE?STUDIO?2018進行數值建模仿真，在x-y平面設置周期邊界條件，在Z平面設置開放邊界條件，電磁波沿x軸偏振，沿z軸從頂層入射。

優選的，所述單元結構在0.53THz處有接近完美的吸收峰，吸收系數為99％，且定義Q＝f0/FWHM以此來反映傳感器的共振特性，計算可得該傳感器Q＝44.17。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：