[發明專利]生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器及應用

在審

• 申請號: 202110728623.0
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113418855A
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 邴丕彬;王花;國馨月;陳治良;張紅濤;許若辰;趙江飛
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;G01N21/3581
• 代理公司: 鄭州中原專利事務所有限公司 41109
• 代理人: 王曉麗

一種生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器及應用，該傳感器包括基底，在基底上刻蝕對稱金屬弓字環，基底和表面對稱金屬弓字環構成超表面傳感器。用太赫茲時域光譜測試超表面傳感器時域信號，通過matlab編程將莫雷小波函數與測試得到的時域信號進行內積運算，莫雷小波函數橫向平移得到時域信息，縱向拉伸得到頻域信息，提取小波系數得到消光譜強度。利用莫雷小波函數與時域信號內積得到的小波系數實現對不同濃度和不同生物樣品同時在時域和頻域變化的二維可視化輸出。本發明實現了同時對不同濃度和不同生物樣品的二維可視化輸出，實現了超表面傳感器的多性能檢測，突破了流式細胞儀分辨率為零的限制。

技術領域

本發明涉及超表面在生物傳感領域的應用，具體涉及基于對稱弓字型柔性超表面傳感器。

背景技術

太赫茲（THz）波是指頻率在0.1-10 THz（波長為0.03mm-3mm）范圍內的電磁波，在長波段與毫米波（亞毫米波）相重合，正好能夠覆蓋有機體和生物大分子等物質的特征譜。因此，THz在生物醫學檢測方面具有重大的應用價值。

傳統的人體透視和攝片都使用X射線，但X射線由于穿透時帶來的電離性對人體會帶來副作用，另外，X光穿透性很強，無法細致區分正常細胞與癌細胞，而超聲波穿透性又稍弱，照射不到細胞內部，只能“看到”直徑大于1毫米的癌癥腫瘤。而THz波具備對非極性物質的穿透性，恰好能夠檢測到細胞內部生化信號的變化，分辨出正常細胞和癌細胞的不同，并且具有無損傷性。但當待測物濃度為痕量，或待測物物理尺寸相對于THz波較長時，將導致待測物與THz波相互作用不明顯，所以尋找其它途徑用于增強太赫茲波與物質相互作用成為了亟待解決的問題。超表面被定義為人工亞波長復合結構材料，只需要通過設計諧振結構就可以靈活地控制其電磁特性。特別是入射電場在超材料表面轉變為表面等離激元(SPP)時，會產生一個強烈的局域電場，當超表面邊界條件改變時，導致介電常數的改變，從而大大增強了傳感靈敏度。因此，太赫茲(THz)波段工作的超表面在生物檢測方面，尤其是在生物樣品的高靈敏傳感識別方面表現出很大的潛力，為當前重大疾病及早診斷，及早治療提供先進的技術手段。目前，大部分研究集中在利用太赫茲超表面對單一參數傳感的應用，比如只檢測生物樣品濃度，或者判斷有無目標生物樣品，同樣，在其他領域也存在類似難題，比如傳統流式細胞儀是對細胞進行自動計數的裝置，它可以快速測量細胞一系列重要的生物物理、生物化學方面的特征參量，但它只能測量一種細胞的個數，總蛋白量等指標，而不能鑒另細胞的種類，也就是說，它的細節分辨率為零。

發明內容

本發明的目的是提出一種生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器，有效解決目前超表面生物傳感器傳感性能和參數單一問題，實現對濃度和種類同時進行的多性能檢測。本發明實現了同時對不同濃度和不同生物樣品的二維可視化輸出，實現了超表面傳感器的多性能檢測，突破了流式細胞儀分辨率為零的限制。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

一種生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器，包括基底，在基底上刻蝕對稱金屬弓字環，對稱的兩金屬弓字環之間有間隙，基底和表面對稱金屬弓字環構成超表面傳感器，對稱金屬弓字環利用傳統光刻工藝沉積在基底上。用太赫茲時域光譜測試超表面傳感器時域信號，最后通過matlab編程將莫雷小波函數與測試得到的時域信號進行內積運算，莫雷小波函數橫向平移得到時域信息，縱向拉伸得到頻域信息，提取小波系數得到消光譜強度，因此，利用莫雷小波函數與時域信號內積得到的小波系數實現對不同濃度和不同生物樣品同時在時域和頻域變化的二維可視化輸出。

上述生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器，所述金屬弓字環為周期性單元結構。

上述生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器，所述基底為柔性聚酰亞胺基底。

上述生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器，所述基底厚度為10μm。

上述生物癌細胞檢測的對稱弓字型柔性超表面傳感器，所述周期性單元結構的金屬弓字環的材料為金，周期為50μm，厚度為0.2μm，線寬為3.38μm。