[发明专利]一种增强生物样品在太赫兹波段吸收光谱信号的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种信号增强技术，特别涉及一种增强生物样品在太赫兹波段吸收光谱信号的方法。

背景技术

近几十年来，太赫兹波以其广泛的应用前景，已成为国际上物理领域的一个重要研究课题。太赫兹辐射是频率在0.1到10 THz范围的电磁波，这一波段位于微波与红外之间，具有携带信息量丰富、高时空相干性、低光子能量等特性，在天文、生物、计算机、通信等科学领域有着巨大的应用价值。目前，主要的应用研究有太赫兹时域光谱技术、太赫兹成像技术、安全检查、太赫兹雷达、天文学、通信技术。

太赫兹光谱学的产生和发展，为生物医学研究打开了新的窗口。近年来研究表明，大多数的生物分子，其转动、振动能级以及分子间的弱相互作用能级，均位于太赫兹频谱波段内，其中弱相互作用包括很多分子中都含有的氢键，其转动运动和振动运动也都正好落在太赫兹波段。由此可以利用太赫兹光谱技术来研究生物分子的光谱特性以及动力学特性。

目前，在太赫兹光谱生物检测技术中，生物样品的制备方法主要有：石蜡包埋、PE粉压片、特氟龙夹片等。

然而这些方法都有它们各自的缺点，比如：石蜡包埋法中样品中所含水分较多，水分会影响太赫兹波信号的传输，从而使得探测到的太赫兹波信号强度被大幅弱化；PE粉压片法在生物样品量较少时，太赫兹波与样品的作用范围很少，光谱上也就很难找到特征峰；特氟龙夹片法只能对样品量较多且水含量很低的固体或粘稠的流体适用。

因此，目前对生物样品的检测中，困扰研究人员的两大难题分别是样品量少和样品中含水。这两大问题会导致最终的吸收光谱信号始终不够明显、过于微弱、甚至混杂于背景噪声中而难以分辨。截至目前，尚无有效方法可以解决上述问题。

发明内容

本发明是针对目前太赫兹波在生物检测方面，对于量少或含水的样品所得光谱信号总是不够明显，甚至过于微弱，难以与噪声产生区别的问题，提出了一种增强生物样品在太赫兹波段吸收光谱信号的方法，采用的是以黑硅包埋、支撑生物样品的方法。将生物样品填充在黑硅材料表面的微纳结构之间，再进行冷冻干燥。当太赫兹波入射到黑硅材料上时，能在微纳结构之间发生多次反射，从而可以多次通过生物样品，增长太赫兹波与生物样品相互作用的距离，进而提高太赫兹波穿过样品的几率，最终获得增强的生物样品吸收光谱信号，提高生物样品识别度。

本发明的技术方案为：一种增强生物样品在太赫兹波段吸收光谱信号的方法，具体包括如下步骤：

1）测试黑硅样品片制作：选用一块参数已知的黑硅材料，将待测生物样品填充到此黑硅材料的表面微纳结构之间形成黑硅样品片，将此黑硅样品片放到冷冻干燥器中经-80℃冷冻2小时后，再放入真空腔进行真空干燥12个小时；

2）将太赫兹源，检测架和信号探测器依次置于同一轴线上后，放入测量箱中，将步骤1）制备好的黑硅样品片放在检测架上， 密闭测量箱，向测量箱中充入干燥气体；

3）测量箱环境湿度降低至小于5%并保持时，打开太赫兹源，太赫兹源产生的太赫兹波，照射在检测架上所装载的黑硅样品片表面，黑硅样品片表面微纳结构使入射太赫兹波发生多次反射并穿过填充在结构之间的待测样品，带着样品特征信号的太赫兹波从硅片另一面射出，并被信号探测器探测接收，通过计算分析后即可得到增强后的待测样品的吸收光谱。

本发明的有益效果在于：本发明增强生物样品在太赫兹波段吸收光谱信号的方法，装置简单，容易操作。只需要将生物样品填充在黑硅材料表面的微纳结构之间，再进行冷冻干燥，使太赫兹波入射到黑硅材料表面时，能在其表面微纳结构之间发生多次反射，从而可以多次通过生物样品，增长太赫兹波与生物样品相互作用的距离，进而提高太赫兹波穿过样品的几率，以此增强被检测样品的吸收光谱信号，提高样品识别度。

附图说明

图1为本发明实现增强生物样品在太赫兹波段下探测光谱信号的方法中整体装置结构示意图；

图2为本发明实现增强生物样品在太赫兹波段下探测光谱信号的方法中部分太赫兹波在黑硅微纳结构之间多次反射和穿过样品的原理示意图；

图3为本发明实现增强生物样品在太赫兹波段下探测光谱信号的方法中所用到的黑硅材料表面的扫描电子显微镜成像图。

具体实施方式

如图1实现增强生物样品在太赫兹波段下探测光谱信号的方法中整体装置结构示意图所示，由测量箱1，太赫兹源2，检测架3，和信号探测器4组成。