近日，在莊松林院士的指導(dǎo)之下，太赫茲技術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)劉炳偉博士以第一作者身份在《化學(xué)工程雜志》上（Chemical Engineering Journal，中科院一區(qū)，IF：16.744）發(fā)表題為“基于QBIC超表面的太赫茲超靈敏生物傳感器”（ Terahertz ultrasensitive biosensor based on wide-area and intense light-matter interaction supported by QBIC）的研究成果，提出了一種太赫茲波段內(nèi)的新型QBIC金屬超表面設(shè)計(jì)及其傳感應(yīng)用，彭滟教授、魏東山教授、朱亦鳴教授為通訊作者。
太赫茲（THz）技術(shù)以其強(qiáng)穿透性、非電離和非破壞性等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在高速通信、無(wú)損檢測(cè)與成像以及生物醫(yī)學(xué)診斷等眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，超表面與太赫茲技術(shù)的結(jié)合逐漸受到了生物醫(yī)學(xué)傳感領(lǐng)域的關(guān)注。這是因?yàn)槌砻娴淖饔贸叨仍诩?xì)胞層級(jí)，其有效傳感范圍正好與細(xì)胞厚度相匹配。同時(shí)超表面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)局域光場(chǎng)能量的強(qiáng)約束，從而促進(jìn)光-物質(zhì)作用。此外，超表面可以與微流控、衰減全反射（ATR）、抗體/納米顆粒體系等技術(shù)結(jié)合，具有廣泛的適用場(chǎng)景。
該研究通過(guò)在金屬超表面結(jié)構(gòu)中引入非對(duì)稱性來(lái)操縱電四極子與磁偶極子的干涉耦合，從而誘導(dǎo)了Q因子高達(dá)503的超高品質(zhì)諧振(QBIC)的激發(fā)。在該模式下，超表面約束的光場(chǎng)能量和有效傳感區(qū)域分別實(shí)現(xiàn)了400%和1300%的巨大增幅，從而拓展了光-物質(zhì)相互作用的強(qiáng)度與廣度。模擬和實(shí)驗(yàn)表明，該QBIC超表面具有高達(dá)420 GHz/RIU的折射率靈敏度，對(duì)痕量同型半胱氨酸（Hcy）分子的直接檢測(cè)限（LoD）為12.5 pmol/μL。
相比于傳統(tǒng)的超表面設(shè)計(jì)，該QBIC超表面生物傳感器具有超大的傳感區(qū)域可“捕獲”更多的樣品分子，并且具有超高的Q值可以實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量樣品的高精度分辨。為實(shí)現(xiàn)痕量分子的快速、精確和無(wú)損傳感提供了一條新途徑，并在生物化學(xué)反應(yīng)監(jiān)測(cè)、光催化和光生物調(diào)制領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用。
論文原理圖
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723010781
來(lái)源：光電學(xué)院
