[发明专利]电磁诱导的时频双域超表面传感器

说明书

本发明公开一种电磁诱导的时频双域超表面传感器，有效解决生物蛋白质检测操作复杂、假阳性的问题，并且可以同时在时频双域检测样品。该超表面传感器包括基底，在基底上刻蚀金属方环，在金属方环内的基底上刻蚀金属圆环，金属圆环设置有开口端，开口端与金属方环的中间位置相对应，基底、金属方环和金属圆环构成外方内圆超表面传感器。较于传统SPP超表面传感器，本发明超表面由于高Q因子和强电场限制，对周围介质折射率极其敏感，界面边界条件的微小扰动极大改变了相应的光谱响应特性，提高了传感器灵敏度。本发明为解决癌症标记物痕量的无标记检测，及早发现癌症因子的存在，争取治疗时间提供了可能。

技术领域

本发明涉及超表面在生物传感领域的应用，具体涉及基于电磁诱导的时频双域超表面传感器。

背景技术

生物大分子相互作用是重大生命现象与病变产生的关键动因，其中以蛋白质最为典型。MK蛋白质中期因子是一种低分子量蛋白，其过度表达意味着癌细胞的恶性程度，是癌症恶化程度的潜在生物指标。常用检测MK蛋白质中期因子的方法——酶联免疫吸附测定（ELISA）通过抗体与酶复合物结合，最终利用显色变化进行检测，但这种方法存在测量时间长（通常花费2~4小时）和假阳性问题的缺点。太赫兹（THz）波是指频率在0.1-10 THz（波长为0.03mm-3mm）范围内的电磁波，在长波段与毫米波（亚毫米波）相重合，正好能够覆盖有机体和生物大分子等物质的特征谱。因此，THz在生物医学检测方面具有重大的应用价值。但当待测物浓度为痕量，由于THz波相对于待测物电学尺寸较长，导致物质与THz波相互作用不明显，所以寻找其它途径用于增强太赫兹波与物质相互作用成为了亟待解决的问题。超表面被定义为人工亚波长复合结构材料，只需要通过设计谐振结构就可以灵活地控制其电磁特性。特别是入射电场在超材料表面转变为表面等离激元(SPP)时，会产生一个强烈的局域电场，大大增强了传感灵敏度。因此，太赫兹(THz)波段工作的超表面在生物检测方面，尤其是在生物样品的高灵敏传感识别方面表现出很大的潜力，为当前重大疾病及早诊断，及早治疗提供先进的技术手段。

发明内容

电磁诱导透明性（EIT）是一种量子力学现象，最初传统EIT现象是在三能级原子系统中产生量子相消干涉效应中实现出现一个尖锐的透明窗口。本发明将EIT引入超材料系统，在所设计结构中产生电磁相消干涉，出现尖锐的吸收峰。当超表面外部边界条件发生改变时，附加在该变表面上的外部物质吸收电场的能量，介电环境的扰动改变了界面边界条件，很大程度上改变了相应的光谱性质。相较于传统SPP超表面传感器，EIT超表面由于高Q因子和强电场限制，对周围介质折射率极其敏感，界面边界条件的微小扰动极大改变了相应的光谱响应特性，提高了传感器灵敏度。本发明为解决癌症标记物痕量的无标记检测，及早发现癌症因子的存在，争取治疗时间提供了可能。

本发明的目的是提出一种电磁诱导的时频双域超表面传感器，有效解决生物蛋白质检测操作复杂、假阳性的问题，并且可以同时在时频双域检测样品。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种电磁诱导的时频双域超表面传感器，包括基底，在基底上刻蚀金属方环，在金属方环内的基底上刻蚀金属圆环，金属圆环设置有开口端，开口端与金属方环的中间位置相对应，基底、金属方环和金属圆环构成外方内圆超表面传感器。

上述电磁诱导的时频双域超表面传感器，所述金属方环为闭合结构，金属圆环为开口结构。

上述电磁诱导的时频双域超表面传感器，闭合金属方环和开口金属圆环构成外方内圆的周期性单元结构。

上述电磁诱导的时频双域超表面传感器，金属方环和金属圆环的厚度均为0.2μm。

上述电磁诱导的时频双域超表面传感器，所述基底为柔性聚酰亚胺基底。

上述电磁诱导的时频双域超表面传感器，所述基底厚度为10μm。

上述电磁诱导的时频双域超表面传感器，单位周期性结构外方内圆金属环结构材料为金，周期为140μm，厚度为0.2μm。