太赫兹奇异介质传感器特异性检测目标物的机理与方法研究

According to the current development and trend of terahertz technology, as well as the weakness of low sensitivity, poor specificity in biochemical sensing application, thus the development of new terahertz detecting methods has very important practical significance. The rich molecular vibrational modes in the terahertz region make terahertz spectroscopy a powerful tool for recognizing biomolecules. Metamaterial can be used to improve the detection sensitivity in the terahertz region. In this proposal, therefore, a-fetoprotein is selected as the model, metamaterial is used as sensing substrate, we will synthetically carry out research on target detection based on terahertz spectroscopy. The detection mechanism of this novel method will be studied. Then the sensing substrate will be prepared based on the antigen-antibody reaction. Finally, a sensitive and reliable method for target detection will be established. The research will lay a firm foundation for the further applications of terahertz spectroscopy in the field of biochemical sensing.

针对国内外太赫兹技术发展的现状与趋势，以及太赫兹技术在生化传感领域应用中灵敏度低、特异性差等突出问题，发展新一代的太赫兹检测技术具有重要的现实意义。太赫兹波包含丰富的分子振动模式使其成为识别生物分子的有力手段；奇异介质可以提高太赫兹光谱的检测灵敏度。因此，本项目拟以甲胎蛋白为模型，利用奇异介质作为传感基底，开展太赫兹光谱用于特异性检测目标物的研究。首先探索该技术检测目标物的机理；然后借助抗原-抗体反应的原理，制备特异性传感基底；最后建立太赫兹奇异介质传感器特异性检测目标物及其浓度的方法，为太赫兹技术在生物化学传感领域的进一步应用奠定基础。

本项目针对太赫兹技术在生化传感领域应用中特异性差的突出问题，基于太赫兹光谱技术，结合有限时域差分数值分析技术、微加工技术、和生物传感技术，设计并制备了太赫兹奇异介质传感器件，探索了太赫兹奇异介质特异性检测目标物的机理，并建立了一系列检测方法，为太赫兹波段的特异性传感检测提供了新的技术手段。将构建的太赫兹奇异介质器件用于分析物检测，显著提高了太赫兹光谱检测目标物的特异性。在该奇异介质表面上修饰抗体，特异性与甲胎蛋白发生反应，实现了该结构在生物化学传感领域的应用。利用共振耦合原理和非共振高透射原理检测目标物，结果证实了采用奇异介质可特异性检测目标物分子（乳糖或氰化氢），有望实现混合物中目标分子的识别。根据理论和实验研究成果，在国外学术期刊上发表论文8篇，申请国家发明专利1项。本项目的研究为生物化学分子的特异性检测提供了一条新途径，推动了太赫兹技术在生物化学传感检测领域中的应用。