CN214584885U - 一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片：所述芯片结构由聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)、金属超材料层(2)组成：所述金属超材料层(2)为开口圆环单元结构的周期阵列组成：单元结构在x和y两个方向上都呈周期性序列，位于所述聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)上面；当太赫兹波正入射到所述传感芯片后，产生电感电容谐振，对应在0.4‑1.0THz频率范围内产生一个透射峰，通过对透射峰峰值波长漂移的检测，能够实现不同浓度的细胞分泌物检测。所述一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片具有结构简单，成本低，利于大批量生产等优势，且在生物检测方面具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，主要应用于光学检测领域。
背景技术
太赫兹波是一段频率在0.1THz—1.0THz的电磁波，在传感领域与其他频率的电磁波相比，太赫兹具有安全、快速、耗能低、不损害检测物质等特性。因此，太赫兹的开发利用以及与其他学科技术的结合得到了国内外众多研究院的重视。
超材料是一种人工合成的亚波长电磁超材料，其具有许多自然材料所不具有的特性，因而超材料是最近电磁领域的研究热点之一。
在2020.09.01公开的公开号为CN111610155A的发明专利提出了“一种用于循环肿瘤细胞捕获与检测的太赫兹器件”提出一种在石墨烯薄膜上刻蚀有多个环状纳米间隙，并且多个环状纳米间隙呈阵列式排列，构成周期性环状纳米间隙阵列；每个环状纳米间隙的环状区域为捕获及检测区域，用于对循环肿瘤细胞进行捕获以及用于对被捕获的循环肿瘤细胞进行检测。而本实用新型所述的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片将太赫兹检测和柔性超材料结合，检测步骤更简单，检测灵敏度更高。
发明内容
本实用新型涉及一种细胞分泌物传感芯片研究，用以提高细胞分泌物检测的便捷性，增加检测的灵敏性。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：所述的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，其特征在于：所述传感芯片由聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)、金属超材料层(2)组成：所述金属超材料层(2)为开口圆环单元结构的周期阵列组成：单元结构在x和y两个方向上都呈周期性序列，位于所述聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料塑料衬底(1)上面。太赫兹波正入射到所述柔性超材料传感芯片上，产生电感电容谐振，当分析物厚度发生变化，透射峰频率也会发生相应变化，通过检测透射峰频率变化量实现在0.4THz-1.0THz频率范围内的不同浓度细胞分泌物的检测。
本实用新型所述的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，其特征在于：所述金属超材料层(2)是电导率为3.56*107S/m的金属铝，所述金属超材料层(2)为开口圆环单元结构的周期阵列：在x和y两个方向上的周期为 Px＝100μm，Py＝100μm，在z方向上的厚度为t＝0.2μm，开口圆环单元结构的内半径R1＝20μm，外半径R2＝30μm，开口大小为a＝5μm；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)是介电常数为3.2的聚对苯二甲酸乙二醇酯,在z方向上的厚度为h＝10μm。
本实用新型所述的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，其特征在于：工作波段在0.4-1.0THz。
本实用新型所述的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片具有以下优点：
所述一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片具有结构简单，成本低，利于大批量生产等优势。利用传统光刻工艺和湿法腐蚀技术完成整个传感芯片结构的制作。
本实用新型公开了以下技术效果：本实用新型所提出的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，并且在聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底表面加工利用传统光刻工艺和湿法腐蚀技术加工金属超材料铝层，太赫兹波入射到所述柔性超材料传感芯片上，电场聚集在开口两端，产生电感电容谐振，再通过在超材料表面加修饰层将细胞分泌物特异性吸附于超材料芯片上，通过检测透射峰频率变化量实现在0.4THz-1.0THz频率范围内的不同浓度细胞分泌物的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型开口圆环的单元结构尺寸立体示意图；
图2为本实用新型开口圆环的单元结构周期排列示意图；
图3为本实用新型开口圆环的仿真电场图；
图4为本实用新型开口圆环的不同分析物厚度下的透射谱图；
图5为频率随分析物厚度的峰值变化图；
图6为超材料表面实现特异性检测的示意图
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片
如图1所示：超材料传感器由聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)、金属超材料层(2)组成：所述金属超材料层(2)为开口圆环单元结构的周期阵列组成：单元结构在x和y两个方向上都呈周期性序列，位于所述聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)上面；所述超材料单元结构在x和y两个方向上的周期为Px＝100μm，Py＝100μm，在z方向上的厚度为t＝0.2μm，开口圆环单元结构的内半径R1＝20μm，外半径R2＝30μm，开口大小为a＝5μm；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)是介电常数为3.2的聚对苯二甲酸乙二醇酯,在z方向上的厚度为h＝10μm。开口圆环单元结构的周期俯视图如图2所示。
图3-图5为仿真结果图，检测细胞分泌物为CD-9。图3为本实用新型开口圆环的电场强度图，从仿真结果可以看出：电场聚集在开口环俩端，开口环是电感，开口两段形成电容，产生电感电容谐振。图4为在本实用新型的描述中不同分析物厚度下的透射谱图，通过改变不同厚度模拟不同浓度的细胞分泌物。可以看出在没有分析物的时候，该传感芯片在0.65THz产生透射峰，工作波段范围为0.4THz-1.0THz。图5为频率随分析物厚度的峰值变化图，当分析物厚度变化时，本实用新型透射峰的发生平移，当分析物厚度达到20μm时，频率变化接近饱和，最大频率变化为140GHz。
图6为超材料表面实现特异性检测的示意图。首先对超材料表面进行预处理，使用磷酸使其表面羟基化，接着浸入硅烷偶联剂，硅羟基取代羟基，表面形成巯基。再通过羟基琥珀酰亚胺酸取代巯基，最后加入抗体并成功键合在超材料表面，实现特异性修饰。再将不同浓度的细胞分泌物CD-9滴加在超材料表面，干燥后进行检测。
需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
以上所述的实施例仅是对本实用新型的优选方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，其特征在于：所述传感芯片由聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)、金属超材料层(2)组成：所述金属超材料层(2)为开口圆环单元结构的周期阵列组成：单元结构在x和y两个方向上都呈周期性序列，位于所述聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)上面，再通过在超材料表面加一层修饰层，通过检测透射峰频率变化量实现在0.4THz-1.0THz频率范围内的对细胞分泌物CD-9的特异性检测，且在没有分析物的时候，该传感芯片在0.65THz产生透射峰。
2.根据权利要求1所述的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，其特征在于：所述金属超材料层(2)是电导率为3.56*107S/m的金属铝，所述金属超材料层(2)为开口圆环单元结构的周期阵列：在x和y两个方向上的周期为Px＝100μm，Py＝100μm，在z方向上的厚度为t＝0.2μm，开口圆环单元结构的内半径R1＝20μm，外半径R2＝30μm，开口大小为a＝5μm；所述聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料衬底(1)是介电常数为3.2的聚对苯二甲酸乙二醇酯,在z方向上的厚度为h＝10μm。
3.根据权利要求1所述的一种检测细胞分泌物的柔性超材料传感芯片，其特征在于：工作波段在0.4-1.0THz。
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Publications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113933269A (zh) * | 2021-11-17 | 2022-01-14 | 中国计量大学 | 基于太赫兹指纹谱的检测两种食品添加剂的超材料芯片 |
| CN115598086A (zh) * | 2022-09-20 | 2023-01-13 | 山东大学（Cn） | 评估胶质瘤术后疗效的太赫兹超材料生物传感器及应用 |
| CN116448713A (zh) * | 2023-06-14 | 2023-07-18 | 有研工程技术研究院有限公司 | 一种基于Mie谐振效应的太赫兹生物传感器及其制备方法和应用 |
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| CN113933269B (zh) * | 2021-11-17 | 2024-01-09 | 中国计量大学 | 基于太赫兹指纹谱的检测食品添加剂的超材料芯片 |
| CN115598086A (zh) * | 2022-09-20 | 2023-01-13 | 山东大学（Cn） | 评估胶质瘤术后疗效的太赫兹超材料生物传感器及应用 |
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