[发明专利]一种基于线偏振入射的TCD光谱测量生物传感器及测试方法

说明书

本发明公开一种基于线偏振入射的TCD光谱测量生物传感器及测试方法，它包括太赫兹波折射透镜、亚波长金属传感结构,所述的太赫兹波折射透镜为半球体形状，所述的亚波长金属传感结构为一个金属板，在金属板上均匀分布有多个格栅，所述太赫兹波折射透镜的圆切面与亚波长金属传感结构的光栅相对设置，在太赫兹波折射透镜与亚波长金属传感结构形成有待测间隙。本发明的传感器的结构简单，测试方法操作便捷，能够在传感间隙中得到局域增强的手性太赫兹电场，减少样品用量，克服样品中水吸收影响，实现对微量手性生物样品(包含溶液样品)的增强TCD光谱测量，突破了传统太赫兹光谱技术不能对含水溶液生物样品检测的限制，具有创新性。

技术领域

本发明属于生物传感技术领域，具体涉及一种基于线偏振入射的TCD光谱测量生物传感器及测试方法。

背景技术

太赫兹(Terahertz，1THz＝10¹²Hz)波指频率在0.1THz-10THz波长在0.03mm-3mm范围内的电磁波，其频谱位于红外和微波之间。相比于红外光谱、X射线等传统光谱分析技术，很多生物有机分子如蛋白质、DNA、RNA、氨基酸、糖等的骨架振动、转动光谱以及分子间弱的相互作用力能级处在太赫兹波段，这使得太赫兹光谱技术在研究生物大分子的分子特性方面有着重要的应用前景。

手性是自然界的基本属性，是指物体和其镜像不能重合的特征。手性分子的结构本身不具有镜面对称性，其镜面投影的分子是与之手性相反的对映体。互为对映体的手性分子的大多数物理性质相同，但在生物体中的活性存在明显的差异。因此，手性分子的定性和定量检测，在分析科学、化学生物学、药物等领域具有重要意义。

目前，常用的手性检测方法主要分为两种，色谱法和光谱法。色谱法主要利用色谱柱对手性分子的选择性吸附能力进行分离纯化及分析。但针对不同手性分子，色谱法需要选择不同的色谱柱、流动相，导致其普适性不高，操作难度大，分析成本高。手性光谱技术如圆二色谱(Circular Dichroism，CD)，基于手性样品对不同手性光场吸收差异来分析样品特性，是目前研究分子手性不可或缺的快速高效方法。

多数生物大分子，例如蛋白质、DNA、RNA等，在空间上都会折叠成具有空间手性的结构，是名副其实的手性分子。蛋白质的CD光谱主要来自活性生色基团及手性折叠结构两方面。蛋白质等手性生物大分子的集体振动模式和手性高级折叠结构的变化对生命过程起着重要的作用，但其特征频率一般较低，正好处在太赫兹频段。因此，太赫兹圆二色谱(Terahertz circular dichroism，TCD)技术可以为手性生物大分子的鉴别、分子之间相互作用提供更为灵敏、高效的检测分析。

但是，手性生物分子在太赫兹波段的圆二色响应很弱，很难直接有效探测，目前还没有成熟TCD的测量方案。此外，传统CD测量时需要用左、右圆偏振光入射，但是常用的太赫兹发射源得到的是线极化太赫兹波，而非圆极化波，无法满足TCD测量需要入射不同手性圆极化太赫兹波的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于线偏振入射的TCD光谱测量生物传感器及测试方法，利用两次对称角度线偏振入射激发耦合亚波长金属传感层上表面等离基元，产生手性可切换的增强太赫兹手性电场，增大样品的圆二色响应，通过扫描入射角度获得样品的宽带TCD光谱检测。

本发明解决技术问题所采用的方案是，一种基于线偏振入射的TCD光谱测量生物传感器，它包括太赫兹波折射透镜、亚波长金属传感结构,所述的太赫兹波折射透镜为半球体形状，所述的亚波长金属传感结构为一个金属板，在金属板上均匀分布有多个格栅，所述太赫兹波折射透镜的圆切面与亚波长金属传感结构的光栅相对设置，在太赫兹波折射透镜与亚波长金属传感结构形成有待测间隙。

进一步的，所述的太赫兹波折射透镜的材质为太赫兹波段高折射率材质，为高阻硅、高阻锗、甲基戊烯聚合物的一种。

进一步的，所述亚波长金属传感结构的格栅的间隔尺寸是在亚波长范围内，即小于太赫兹波的波长，尺寸在5微米到900微米之间。