CN212410440U - 一种超材料太赫兹生物传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超材料太赫兹生物传感器。所述的超材料太赫兹生物传感器，包括基底层和介质层，在基底层上设有金属反射层，在介质层上设有金属微结构层，所述金属反射层和金属微结构层之间形成有供被测液体流通的微流通道，基底层上开设有微流通道的进液口和出液口，所述金属微结构层为附着在介质层上的周期性结构单元，所述金属微结构层由正方形金属环和置于其中且与其同心的双“H”形交叉金属结构组成，其中双“H”形交叉金属结构由两个结构完全相同的“H”形金属环垂直交叉组成。本实用新型所述传感器具有极高吸收峰，以及较高灵敏度和偏振不敏感特性。

Description

一种超材料太赫兹生物传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，具体涉及一种超材料太赫兹生物传感器。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz，1THz＝10¹²Hz)波是频率在0.1～10THz(波长为30～3000μm)范围内的电磁波，处于宏观电子学向微观光子学过渡的波段，在生物分子、细胞和组织中具有指纹谱性、安全性及穿透性等独特的物理特性，具有良好的无损检测特性，因此，太赫兹光谱技术特别适合于对生物分子和细胞等的检测。由于太赫兹波具有指纹谱性，而大多数生物分子的转动和振动能级都处于太赫兹波段，因此在太赫兹波段会形成特定的指纹吸收峰，利用此特性对生物分子的特征光谱进行分析，可实现对其定性和定量分析。但是，大多数生物分子在太赫兹波段范围内的吸收较弱，且生物分子的振动受外界环境影响较大，直接利用太赫兹光谱进行鉴别存在灵敏度不高、检测难度大等问题。

超材料(Metamaterial)是一种由周期性排列的亚波长结构单元构成的新型人工电磁材料，它具有天然材料所不具备的超常规电磁特性，如负折射、突破衍射极限成像、隐身等。超材料通过与太赫兹波的相互耦合作用，可实现局部场增强和高品质因子共振。当待测生物样品附着在超材料表面引起周围介质环境变化时，会导致谐振频率发生偏移，通过谐振频率的偏移程度可实现对生物样本的检测。因此，基于超材料的太赫兹生物传感器引起了国内外研究者的高度关注。

已有学者提出将基于开口环谐振器(Split Ring Resonators,SRRs)的超材料设计为太赫兹生物传感器，并实现对微生物、DNA、癌细胞和蛋白质检测等。其中，2015年，Scientific Reports杂志第4卷4988页提出了一种由单开口谐振环构成的太赫兹生物传感器，实现了对真菌、细菌等微生物的快速检测。2018年Optics Express杂志第26卷31589页报道了一种由单开口和双开口谐振圆环构成的太赫兹超材料生物传感器，实现了对不同种类DNA鉴别。但是，SRRs被设计为透射式传感器，传感器与太赫兹波产生单次相互作用形成的谐振强度低，无法产生强烈的局部场增强，待测物与局部场的相互作用较弱，导致SRRs的Q值较低、灵敏度不高。

超材料完美吸收器(Perfect Metamaterial Absorbers,PMAs)是由金属周期结构层、介质层和金属反射层构成。由于金属反射层和金属周期结构层的存在，入射的太赫兹波在介质层中会形成多次反射。太赫兹波和吸收器多次相互作用，形成法布里-珀罗(Fabry-Pérot,F-P)谐振腔，吸收器与太赫兹波发生强相互作用，可获得较高的品质因子Q和局部电场增强。2019年，Optik杂志第194卷163071页描述了一种基于超表面的高Q值的太赫兹完美吸收器。该吸收器可作为太赫兹传感器应用于传感领域，其最大灵敏度为190.4GHz/RIU。现有基于PMAs的太赫兹传感器在检测物质时，待测物质附着于金属周期结构层表面，位于F-P谐振腔外部，无法与局部增强电场空间重叠，两者只产生微弱的相互作用，导致传感器的灵敏度不高。

公开号为CN103499534A的发明专利公开了一种高灵敏太赫兹微流通道传感器，该传感器包括衬底和盖层，衬底和盖层上分别设有金属平面反射镜和金属微结构层，金属平面反射镜与金属微结构层之间形成有微流通道，且当微流通道内存有被测液体时，金属微结构层、被测液体和金属平面反射镜形成的复合结构在太赫兹波段内具有共振引起的强吸收特性。该发明通过将微流通道集成到金属平面反射镜与金属微结构层之间，并且一起形成具有共振吸收特性的复合结构(在共振频率处的吸收可以超过95％)，由于共振效应使得电磁场在空间上局域在微流通道中，与被测液体完全重叠，对微流通道内被测液体的折射率非常敏感，对被测液体折射率的检测限达0.0014RIU(按太赫兹光谱仪的光谱分辨率为5GHz计算)。具体的，该发明实施例五中，采用两个简单单元组合设计的传感器可获得两个吸收峰。由该例设计的传感器的吸收谱随折射率的变化图可知，当流体通道内液体折射率在1～1.5范围内变化时，传感器吸收峰的吸收率最大约为80％，最小约为40％。实施例六中，在微流通道平面方向级联多个不同的金属微结构层和微流通道，设计得到一个双吸收峰太赫兹传感器。由实施例六所述传感器的吸收谱随折射率的变化图可知，传感器吸收峰的吸收率在不同折射率液体的波动较大，当流体通道内液体折射率在1～1.5范围内变化时，吸收率最大值超过90％，最小值低于40％。由上述分析可见，该发明所述传感器虽然获得较高的折射率检测极限，但是吸收峰幅值较低并且波动较大。由于水对太赫兹的强吸收特性，流体道内加入液体会削弱入射太赫兹波的能量，导致传感器与太赫兹波相互作用形成的共振强度减弱，使吸收峰的吸收率降低。而该发明所述传感器形成吸收峰的吸收率较低，在用于液体传感时将会获得吸收率更低的吸收峰，直接影响检测效果。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有高吸收峰、较高灵敏度和偏振不敏感特性的超材料太赫兹生物传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种超材料太赫兹生物传感器，包括基底层和介质层，在基底层上设有金属反射层，在介质层上设有金属微结构层，所述金属反射层和金属微结构层之间形成有供被测液体流通的微流通道，基底层上开设有微流通道的进液口和出液口，其中，所述金属微结构层为附着在介质层上的周期性结构单元，所述金属微结构层由正方形金属环和置于其中且与其同心的双“H”形交叉金属结构组成，其中双“H”形交叉金属结构由两个结构完全相同的“H”形金属环垂直交叉组成。

本实用新型所述传感器中的金属微结构层为四重旋转对称结构，使传感器具备偏振不敏感特性。而传感器偏振不敏感特性有利于降低实验误差和缩短实验数据处理时间，实现对待测物的快速高灵敏检测。

上述技术方案中，所述金属微结构层为附着在介质层上的至少4个的周期性结构单元。所述金属微结构层在X轴方向的周期为110～130μm，在Y轴方向的周期为110～130μm。在上述周期条件下，金属微结构层结构中的正方形金属环的外边长为100～110μm，环宽为5～10μm；双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长为25～30μm，臂宽为5～10μm，叶长为35～45μm，叶宽为4～8μm。

优选的，所述金属微结构层在X轴方向的周期为120μm，在Y轴方向的周期为120μm。此时，金属微结构层结构中，正方形金属环的外边长为108μm，环宽为8μm；双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长为26μm，臂宽为8μm，叶长为40μm，叶宽为6μm。

上述技术方案中，所述基底层、介质层、金属反射层和金属微结构层的厚度以及微流通道的高度与现有技术相同，优选的，基底层的厚度为100～120μm，进一步优选为110μm；介质层的厚度为2～8μm，进一步优选为4μm；金属微结构层的厚度为0.1～0.5μm，进一步优选为0.2μm；金属反射层的厚度为0.1～0.5μm，进一步优选为0.2μm；微流通道的高度为4～8μm，进一步优选为6μm。

上述技术方案中，所述基底层、介质层、金属反射层和金属微结构层的材料与现有技术相同，具体的，介质层和基底层的材料可以是高阻硅、聚酰亚胺、石英晶体、环烯烃聚合物和聚四氟乙烯(PTFE)等中的任意一种，金属反射层和金属微结构层的材料可以是金、银、铜、铝等中的任意一种。本申请中，介质层的材料优选为聚四氟乙烯，基底层的材料优选为高阻硅，金属反射层的材料优选为银，金属微结构层的材料优选为银。

与现有技术相比，本实用新型的特点在于：

1.将金属微结构层为四重旋转对称结构，使传感器具备偏振不敏感特性。而传感器偏振不敏感特性有利于降低实验误差和缩短实验数据处理时间，实现对待测物的快速高灵敏检测。

2.本实用新型所述传感器采用特殊的金属微结构层结构设计结合微流通道，较大地提高了传感器传感灵敏度，最大灵敏度可达620GHz/RIU，有效解决了现有超材料太赫兹传感器灵敏度低的问题。

3.本实用新型所述传感器采用特殊的金属微结构层结构设计结合微流通道，使所得传感器在0.4～1.4THz频率范围内具有两个高吸收率谐振峰，吸收率均高于98％，且最大Q值达到30.8。

附图说明

图1为本实用新型所述传感器一种实施方式的纵向剖面示意图。

图2为图1所示实施方式的三维立体展开图。

图3为图1所示实施方式中金属微结构层的俯视图。

图4为本实用新型实施例1中制备顶层模块的结构示意图。

图5为本实用新型实施例1中制备底层模块的结构示意图。

图6为本实用新型实施例1中顶层模块和底层模块进行粘合的结构示意图。

图7为对本实用新型所述传感器进行吸收特性分析、谐振机理分析、偏振不敏感特性分析、传感性能分析的基础传感器结构单元的结构示意图。

图8为传感器的反射和吸收光谱，其中虚线表示反射光谱，实线表示吸收光谱。

图9为传感器在谐振频率点f₁和f₂的电场分布图；其中(a)为传感器在谐振频率点f₁的电场分布图，(b)为传感器在谐振频率点f₂的电场分布图。

图10为金属微结构层在谐振频率点f₁和f₂的表面电流分布图及金属反射层在谐振频率点f₁和f₂的表面电流分布图；其中(a)为金属微结构层在谐振频率点f₁的表面电流分布图，(c)为金属微结构层在谐振频率点f₂的表面电流分布图，(b)为金属反射层在谐振频率点f₁的表面电流分布图，(d)为金属反射层在谐振频率点f₂的表面电流分布图。

图11为传感器在TE和TM模式太赫兹波作用下的吸收光谱，其中

为TM模式，

为TE模式。

图12为传感器在不同极化角度和入射角度下吸收光谱，其中(a)为不同极化角的吸收光谱，(b)为不同入射角的吸收光谱。

图13为不同介电常数待测物下传感器的吸收光谱。

图14为不同介电常数待测物下的低谐振频率f₁和高频谐振频率f₂。

图15为传感器在不同分析物损耗角正切值的吸收光谱。

图16为低谐振频率f₁和高谐振频率f₂在不同待测物介电常数的吸收率，其中，

表示f₁，

表示f₂。

图中标号为：

1介质层，2金属微结构层，3微流通道，4金属反射层，5基底层，6出液口，7进液口；a表示正方形金属环的外边长，b表示正方形金属环的环宽为，c表示双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长，d表示双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂宽，e表示双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的叶长，f表示双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的叶宽。

具体实施方式

本实用新型所述的超材料太赫兹生物传感器，包括基底层5和介质层1，在基底层5上设有金属反射层4，在介质层1上设有金属微结构层2，所述金属反射层4和金属微结构层2之间形成有供被测液体流通的微流通道3，基底层5上开设有微流通道3的进液口7和出液口6，其特征是，所述金属微结构层2为附着在介质层1上的周期性结构单元，所述金属微结构层2由正方形金属环和置于其中且与其同心的双“H”形交叉金属结构组成，其中双“H”形交叉金属结构由两个结构完全相同的“H”形金属环垂直交叉组成。当所述微流通道3内存有被测液体时，主要由所述金属微结构层2、被测液体和金属反射层4组合形成的复合结构在太赫兹波段内具有共振引起的强吸收特性。

所述金属微结构层2为在介质层1上周期性排列的M╳N个单元，所述金属微结构层2为四重旋转对称结构，M和N均为大于或等于4的整数。金属微结构层2在X轴方向的周期为110～130μm，在Y轴方向的周期为110～130μm。在上述周期条件下，金属微结构层2结构中的正方形金属环的外边长a为100～110μm，环宽b为5～10μm；双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长c为25～30μm，臂宽d为5～10μm，叶长e为35～45μm，叶宽f为4～8μm。

所述基底层5的厚度为100～120μm，其材料可以是高阻硅、聚酰亚胺、石英晶体、环烯烃聚合物和聚四氟乙烯等中的任意一种；介质层1的厚度为2～8μm，其材料可以是高阻硅、聚酰亚胺、石英晶体、环烯烃聚合物和聚四氟乙烯等中的任意一种；金属微结构层2的厚度为0.1～0.5μm，其材料可以是金、银、铜、铝等中的任意一种；金属反射层4的厚度为0.1～0.5μm，其材料可以是金、银、铜、铝等中的任意一种。

上述超材料太赫兹生物传感器的制备方法，包括以下步骤：

1)制备顶层模块：在介质层1上，经涂胶、曝光、显影、镀膜、剥离工序以在介质层1上形成金属微结构层2，得到顶层模块；

2)制备底层模块：在基底层5上刻蚀形成与顶层模块大小相配合的凹槽，然后在凹槽底面上层积一层金属膜形成金属反射层4，最后在基底层5上开设与凹槽连通的进液口7和出液口6，得到底层模块；

3)将顶层模块和底层模块进行粘合，在顶层模块的金属微结构层2和底层模块的金属反射层4之间形成微流通道3，得到所述的超材料太赫兹生物传感器。

上述方法的步骤1)中，当介质层1的材料为聚四氟乙烯时，可采用等离子体增强化学相沉积得到相应厚度的聚四氟乙烯作为介质层1。对于涂胶、曝光、显影、镀膜及剥离工序按现有常规技术进行操作。其中镀膜优选采用电子束蒸发沉积法在介质层1上形成金属膜，金属膜的金属种类与金属微结构层2材料的选择相同，金属膜的厚度依据金属微结构层2的厚度而定。

上述方法的步骤2)中，凹槽的长和宽分别与顶层模块的长和宽相配合，凹槽的深度则为金属反射层4厚度及微流通道3高度的和。利用ICP刻蚀技术在基底层5上刻蚀凹槽，采用电子束蒸发沉积法在凹槽底面上层积金属膜，金属膜的金属种类与金属反射层4材料的选择相同，金属膜的厚度依据金属反射层4的厚度而定。

上述方法的步骤3)中，采用密封胶将顶层模块和底层模块粘合，此时，在顶层模块的金属微结构层2和底层模块的金属反射层4之间形成微流通道3，前述步骤2)中开设的与凹槽连通的进液口7和出液口6即成为微流通道3的进液口7和出液口6。

下面结合较佳的实施例及附图对本实用新型作进一步的详述，以更好地理解本实用新型的内容。

实施例1

以图1至图3所示结构图对本实用新型所述传感器的结构及制备进行说明。

参见图1至图3，金属微结构层2为在介质层1上周期性排列的4╳4个单元，金属微结构层2在X轴方向的周期和在Y轴方向的周期均为120μm。金属微结构层2的结构中，正方形金属环的外边长a为108μm，环宽b为8μm；双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长c为26μm，臂宽d为8μm，叶长e为40μm，叶宽f为6μm。

所述基底层5的厚度为110μm，其材料为高阻硅；介质层1的厚度为6μm，其材料为聚四氟乙烯；金属微结构层2的厚度为0.2μm，其材料为银；金属反射层4的厚度为0.2μm，其材料为银；微流通道3的高度为6μm。

本申请设计的传感器需要在THz时域光谱系统进行测试，由于太赫兹时域光谱系统中聚焦平面上的THz光束直径约为5mm，因此传感器的有效尺寸应大于5mm╳5mm，具体的，本实施例中为10mm╳10mm。

该传感器的制备方法包括以下步骤：

1)制备顶层模块：

1.1)沉积介质层1：采用等离子体增强化学相沉积法得到厚度为4μm的聚四氟乙烯作为介质层1；

1.2)涂胶：在介质层1上涂抹AZ 5214正性光刻胶，在100℃的烘箱内烘烤90s；

1.3)曝光：用掩膜版对涂好光刻胶的基片进行掩膜，然后将其在紫外线下曝光60s；

1.4)显影：将爆光后的基片置于AZ300MIF显影液中显影100s，得到掩膜版上的图形；

1.5)镀膜：利用电子束蒸发沉积技术在聚四氟乙烯层上形成厚度为0.2μm的金属银膜；

1.6)剥离：镀膜完成后，将样片置于丙酮溶液内10min，剥离光刻胶，然后用去离子水清洗样片，得到顶层模块(如图4所示)。

2)制备底层模块：

2.1)在基底层5上刻蚀凹槽：在厚度为100μm的高阻硅表面利用ICP刻蚀技术刻蚀高度为6.2μm的凹槽；

2.2)在凹槽底面上沉积金属膜：利用电子束蒸发沉积技术在凹槽底面上沉积厚度为0.2μm的金属银膜作为金属反射层4；

2.3)在基底层5上开设与凹槽连通的进液口7和出液口6，得到底层模块(如图5所示)。

3)将顶层模块和底层模块进行粘合(如图6所示)，此时，在顶层模块的金属微结构层2和底层模块的金属反射层4之间形成高度为6μm的微流通道3，前述步骤2)中开设的与凹槽连通的进液口7和出液口6即成为微流通道3的进液口7和出液口6，即得到所述的超材料太赫兹生物传感器。

实施例2

以图7所示结构的传感器结构单元对传感器的吸收特性进行分析。

在图7所示的传感器结构单元中，金属微结构层2在X轴方向的周期(Dx)和在Y轴方向的周期(Dy)均为120μm。金属微结构层2的结构中，正方形金属环的外边长a为108μm，环宽b为8μm；双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长c为26μm，臂宽d为8μm，叶长e为40μm，叶宽f为6μm。所述基底层5的厚度为110μm，其材料为高阻硅；介质层1的厚度为6μm，其材料为聚四氟乙烯；金属微结构层2的厚度为0.2μm，其材料为银；金属反射层4的厚度为0.2μm，其材料为银；微流通道3的高度为6μm。

为了研究传感器的吸收特性，本申请采用基于有限元算法的电磁仿真软件CSTMicrowave Studio对传感器单元结构进行全波仿真。求解器选用频域求解器，使用自适应网格进行结构网格划分。沿着x轴和y轴方向均设置为周期边界条件，沿着z轴方向设置开放边界条件。传感器的吸收率可以通过S参数计算得到，计算公式为：

A＝1-|S₁₁|²-|S₂₁|² (1)

其中，A表示传感器的吸收率，S₁₁和S₂₁分别为传感器的反射系数和透射系数。由于金属反射层4厚度为0.2μm，大于金属银在太赫兹波段的趋肤深度，太赫兹波无透过金属反射层4，式中S₂₁＝0。因此，上述传感器的吸收率计算公式可简化为：

A＝1-|S₁₁|² (2)

当微流通道3内无分析物(n＝1，n表示真空环境下的折射率)时,传感器的吸收和反射光谱如图8所示。由图可知，传感器在TE模式的太赫兹波垂直入射下，在0.4～1.4THz频段形成两个吸收率高于98％的高吸收率谐振峰。其中，低频吸收峰的谐振频率f₁＝0.65THz，吸收率A₁＝99.5％；高频吸收峰的谐振频率f₂＝1.15THz，吸收率A₂＝98.5％。

实施例3

以图7所示结构的传感器结构单元对传感器的谐振机理进行分析。

为了探究传感器的谐振机理，使用CST Microwave Studio仿真求出传感器在谐振频率点处的电场分布和表面电流分布。仿真得到传感器在TE模式太赫兹波作用下，结构单元在谐振频率点f₁和f₂的电场分布，如图9所示。由图9(a)可知，在谐振频率点f₁，正方形金属环上下两侧形成了显著的局部增强电场，在谐振频率点f₂，纵向“H”型金属结构形成了明显的局部增强电场。由此可知，f₁处的吸收峰是由于正方形金属环与太赫兹波相互耦合形成的，而f₂处的吸收峰是由双“H”型交叉金属结构得到的。进一步地，通过分析传感器激发的表面电流分布情况可以判断传感器的谐振类型。图10(a)和(c)分别给出了传感器在TE模式太赫兹波作用下，金属微结构在谐振频率点f₁和f₂的表面电流分布情况，(b)和(d)分别给出了金属反射层4在谐振频率点f₁和f₂的表面电流分布情况。由图10可见，在谐振频率点，金属微结构和金属反射层4所激发的表面电流方向相反，两层之间形成电流回路，产生磁偶极子共振，实现了对特定频率点的太赫兹波吸收。

实施例4

以图7所示结构的传感器结构单元对传感器的偏振不敏感特性进行分析。

由于太赫兹测量系统的线偏振性，系统产生的太赫兹波极化角度和入射角度存在波动。若所设计的传感器为偏振敏感结构，测量数据将会产生误差，导致传感器无法实现快速高灵敏检测。在实际的应用中,一个性能优良的太赫兹传感器不仅需要高吸收峰、高品质因子和高灵敏度,还应具备偏振不敏感特性。因此，本实用新型所设计的传感器结构单元为四重旋转对称结构(以结构中心点旋转90°、180°、270°、360°后结构仍重合)，传感器具有良好的偏振不敏感特性。本实用新型对所提出的传感器进行了偏振不敏感特性验证。第一，验证传感器在TE和TM模式太赫兹波作用时的偏振特性，如图11所示，在TE和TM模式太赫兹波作用下，传感器的吸收光谱几乎完全重合；第二，验证在不同极化角度和入射角度(0°、10°、20°、30°、40°和50°)的TE模式太赫兹波作用下，传感器的偏振特性。如图12所示，传感器在不同极化角度和入射角度的太赫兹波作用下，谐振频率点f₁和f₂均未发生显著偏移，吸收幅值也未发生变化。以上结果表明，本实用新型提出的传感器具备良好的偏振不敏感特性。

实施例5

以图7所示结构的传感器结构单元对传感器的传感性能进行分析。

传统的超材料完美吸收器检测待测物时，待测物附着于金属周期结构层表面，导致待测物无法与局部场增强空间充分重叠，两者相互作用较弱，导致传感器探测灵敏度相对较低。本实用新型通过集成微流通道3，分析物将与位于F-P谐振腔内的局部增强电场空间充分重合，极大增强了分析物与局部增强的相互作用，能有效提高传感器的灵敏度。

灵敏度和品质因子是衡量传感器传感性能的重要指标。灵敏度S表示待测物单位折射率变化下的频率偏移程度，其计算公式为：

其中，Δf为谐振频率偏移量，Δn为测物折射率变化量。再根据介电常数与折射率的关系式：

式中，n表示待测物的折射率；ε表示待测物的介电常数；μ₀为磁导率，值为1。可计算出传感器在添加不同介电常数待测物时的传感灵敏度。

品质因子Q表示太赫兹波与传感器耦合作用的损耗程度。Q值越大，谐振损耗越小，谐振峰更加尖锐。品质因子Q的计算公式为:

其中f₀为谐振频率，FWHM为半峰全宽。

图13为在传感器在不同介电常数待测物下的吸收光谱，图14为谐振频率随待测物介电常数的变化情况。由图13和图14可知，随着待测物介电常数的增加，传感器的谐振频率发生红移。经线性拟合，低谐振频率f₁的灵敏度为S₁＝330GHz/RIU，品质因子Q₁＝28；高谐振频率f₂的灵敏度为S₂＝620GHz/RIU，品质因子Q₂＝30.8。此外，集成微流通道3可实现溶液分析物检测，溶液分析物的损耗角也是影响传感器性能的因素。当分析物的介电常数固定为1时，图15显示了传感器在不同分析物损耗角正切值的吸收光谱。由图15可知，当分析物的损耗角正切值由0.02增大到0.1时，传感器的谐振频率保持不变，吸收峰的吸收率因阻抗匹配失效和电磁损耗而明显降低，如图16所示，但是当损耗角正切值达到0.1时，传感器的吸收峰仍能保持较高的吸收率，吸收率大于60％。此外，传感器还可以根据谐振频率点的吸收率变化区分不同损耗角的待测物的损耗。

Claims (9)

1.一种超材料太赫兹生物传感器，包括基底层(5)和介质层(1)，在基底层(5)上设有金属反射层(4)，在介质层(1)上设有金属微结构层(2)，所述金属反射层(4)和金属微结构层(2)之间形成有供被测液体流通的微流通道(3)，基底层(5)上开设有微流通道(3)的进液口(7)和出液口(6)，其特征是，所述金属微结构层(2)为附着在介质层(1)上的周期性结构单元，所述金属微结构层(2)由正方形金属环和置于其中且与其同心的双“H”形交叉金属结构组成，其中双“H”形交叉金属结构由两个结构完全相同的“H”形金属环垂直交叉组成。

2.根据权利要求1所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，所述金属微结构层(2)在X轴方向的周期为110～130μm，在Y轴方向的周期为110～130μm。

3.根据权利要求2所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，所述金属微结构层(2)结构中，正方形金属环的外边长(a)为100～110μm，环宽(b)为5～10μm；双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长(c)为25～30μm，臂宽(d)为5～10μm，叶长(e)为35～45μm，叶宽(f)为4～8μm。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，所述金属微结构层(2)在X轴方向的周期为120μm，在Y轴方向的周期为120μm。

5.根据权利要求4所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，所述金属微结构层(2)结构中，正方形金属环的外边长(a)为108μm，环宽(b)为8μm；双“H”形交叉金属结构中“H”形金属环的臂长(c)为26μm，臂宽(d)为8μm，叶长(e)为40μm，叶宽(f)为6μm。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，基底层(5)的厚度为100～120μm，介质层(1)的厚度为2～8μm。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，金属微结构层(2)的厚度为0.1～0.5μm。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，金属反射层(4)的厚度为0.1～0.5μm。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的超材料太赫兹生物传感器，其特征是，微流通道(3)的高度为4～8μm。

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