1.本实用新型为一种吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器，属于金属超材料在太赫兹波段的应用领域。
背景技术：2.太赫兹波是介于红外波段和微波波段之间的一种电磁波。频率为0.1thz-10thz(波长3mm-0.03mm)。太赫兹波在长波处与毫米波相交，在短波处与红外线相交。太赫兹波与微波相比具有独特的优势：具有低能量性，太赫兹波的光子能量仅为毫电子伏特级别，有利于活体检测而不破坏其分子结构；具有高透性，对于不透明的物体，太赫兹波也能对其进行透视成像，表现出良好的透射性；具有吸水性，太赫兹波对生物大分子(比如水等)的吸收性较强；具有相干性，我们可以通过太赫兹波相干测量技术，得出电场的振幅、相位，进一步提取得到介电常数、折射率等相关函数。
3.电磁超材料是自然界中本身不存在的，通过人为因素创造出来的材料，是一种性质比较特殊的人造材料。它是一种人工电磁周期结构材料，它的单位尺寸远远比工作频率所对应的波长小，是一种为了满足技术法人需求，按照人们的主观意愿构造出来的一种周期排列结构的复合型材料，例如具有负介电常数和负磁导率的左手材料。
4.太赫兹波位于微波和红外波之间。由于其能量很低，不会对活组织和人体造成电离损伤。此外，自然界中许多生物大分子和极性分子的振动和转动能级正好在太赫兹范围内，因此，太赫兹波可用于生物医学检测。一般癌变组织的含水量高于正常组织，太赫兹波被水强烈吸收，太赫兹吸收光谱可用于区分癌变组织和正常组织。
5.近二十年来，太赫兹时域光谱(thz-tds)技术受到了广范的关注。太赫兹技术在检测癌组织方面具有可行性。因为癌组织的吸收系数和折射率普遍高于正常组织。此外，与传统的检测方法相比，太赫兹成像技术可以清晰地识别癌变区域的边界。将太赫兹时域光谱系统结合太赫兹生物传感器，通过分析共振频率偏移，可以实现无标记生物检测。太赫兹生物传感器在生物医学检测和疾病诊断中具有重要的应用，如癌细胞凋亡检测、黄曲霉毒素定量等。
技术实现要素：6.针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种应用于太赫兹波段的结构简单、偏振不敏感的吸收型太赫兹生物传感器，由下到上依次包括：硅基底、金属反射层、微流通道、金属微结构、聚酰亚胺盖层。
7.优选地，顶部聚酰亚胺的厚度为h1＝51um，微流通道的厚度为h2＝6.8um，底部硅的厚度h3＝500um。
8.优选地，金属微结构开口环的尺寸为r＝40um，r＝25um，w＝3um，单元结构的长和宽dx＝dy＝100um。
9.优选地，所述硅基底作为载体和接触地面，介电常数为11.9，厚度为500um；盖层采
0.9thz处产生一个谐振点，利用金属反射层，可以得到吸收率为99.9％的吸收峰。将分析物放置于微流通道层，分析物介电常数的变化会导致谐振曲线的偏移，通过不同分析物所导致的频率偏移量，可以确定分析物。
29.该结构选择设计为吸收型的优点在于能够利用入射太赫兹波和反射太赫兹波对分析物充分接触，从谐振点处的电场界面分布中，电场能量主要集中在谐振结构与反射层之间的微流通道处，大大提高了太赫兹波与分析物的相互作用，从而提高灵敏度。
30.该结构最主要结合太赫兹时域光谱系统，利用少量检测物质即可测量出物质，在无损、快速、无标记检测领域具有潜在的应用。
31.附图3所示，我们对太赫兹生物传感器进行了仿真，在微流通道层3加入分析物，调节分析物的折射率，得到一系列的反射曲线图。可以发现，在谐振点处的吸收率高达99％。分析物折射率的变化对应相应的反射曲线频率偏移。
32.附图4所示，通过附图3的频率偏移，由灵敏度计算公式：s＝δf/δm得到不同折射率之间的灵敏度，其中最高可达到0.225thz/riu。
33.附图5所示，由于该生物传感器的谐振结构设计为对称结构，具有偏振不敏感特性。附图5展示了te和tm偏振波下的两种吸收光谱，两种偏振光下的吸收谱保持高度重叠，因此电磁波的偏振方向对所设计的生物传感器无影响。在实际应用中，具有偏振不敏感特性的生物传感器可以避免因防止位置不对引起的实验误差，有利于提高检测效率。
34.虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
技术特征：1.一种吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器，其特征在于，由下到上依次包括：硅基底、金属反射层、微流通道、金属微结构、聚酰亚胺盖层；金属微结构包括封闭圆环和开口环，封闭圆环的半径大于开口环的半径，封闭圆环与开口环同心设置，封闭圆环与开口环通过金属臂连接。2.根据权利要求1所述的吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器，其特征在于，顶部聚酰亚胺的厚度为h1＝51um，微流通道的厚度为h2＝6.8um，底部硅的厚度h3＝500um。3.根据权利要求1所述的吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器，其特征在于，金属微结构开口环的尺寸为：封闭圆环的半径r＝40um，开口环的半径r＝25um，封闭圆环的径向宽度等于开口环的开口间隙w＝3um，单元结构的长和宽dx＝dy＝100um。4.根据权利要求1所述的吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器，其特征在于，所述硅基底作为载体和接触地面，介电常数为11.9，厚度为500um；盖层采用介电常数为3.5的聚酰亚胺，厚度为51um；微流通道位于金属微结构与反射层之间，厚度为6.8um。5.根据权利要求1所述的吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器，其特征在于，所述金属微结构采用σ＝3.56
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10^7s/m的铝，厚度为200nm。6.根据权利要求1所述的吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器，其特征在于，所述开口环包括四个尺寸相同的开口环部件，所述封闭圆环与所述开口环的四个开口环部件分别通过四个金属臂连接，整个金属微结构形成轴对称结构和中心对称结构。
技术总结本实用新型提供了一种吸收型偏振不敏感的太赫兹生物传感器。该生物传感器为五层结构，由下到上分别为：硅基底、金属反射层、微流通道、金属微结构、聚酰亚胺盖层。谐振结构由四个开口谐振环组成对称结构，通过反射层增强电磁波与分析物之间的接触。该生物传感器在0.4-0.9THz内可以产生吸收率为99％的吸收峰，灵敏度达到0.225THz/RIU。本新型结构具有偏振不敏感特性，可以应用于微量物质无损检测、生物医学等的研究中。学等的研究中。学等的研究中。
技术研发人员：赵其祥 莫航 梁艳燕
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2022.05.17
技术公布日：2022/12/2
