用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器及检测方法

本发明涉及太赫兹，尤其涉及用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器及检测方法。

背景技术：

1、血红蛋白是生物化学和生物医学研究中最重要的成分之一，约占红细胞的96％，主要功能是为器官运输氧气。血红蛋白浓度检测是临床上应用最广的检查项目，是评价人体是否贫血的重要指标。目前血红蛋白浓度检测方法主要分为有化学试剂类型和无化学试剂类型，有化学试剂的检测方法通常对人体有伤害；无化学试剂方法测量精度很低，所需血液量较多且价格昂贵，因此研究一种快速、便捷、节约和准确的血红蛋白浓度检测的传感器具有重要的意义。

2、太赫兹波是指频率为0.1-10thz、波长为30μm-3mm、波数为3.3-334cm-1、振动周期为0.1-10ps的电磁波。大多数生物大分子具有太赫兹波段的特征指纹谱吸收谱，这些优势使得生物分子在该波段有较高的检测灵敏度。超材料是一种人工电磁材料，通过合理的设计和优化单元结构形状、尺寸和排列方式可以实现对宏观电磁特性的调控。因此，太赫兹超材料生物传感器在生物检测方面，尤其是在生物样品的高灵敏传感识别方面表现出很大的潜力，为当前重大疾病及早诊断，及早治疗提供先进的技术手段。

3、目前，基于太赫兹超材料的传感器被广泛用于生物样品的快速检测和识别，但已有太赫兹波段超材料传感器灵敏度不够高，难以鉴别一些微小浓度的物质，例如血液中血红蛋白浓度。

技术实现思路

1、本发明提出了用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器及检测方法，对现有技术中存在的缺陷进行改进，能够快速并准确地检测血红蛋白浓度，从而为疾病的早诊断和早治疗提供先进的技术手段。

2、用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器，包括多个传感器单元，构成传感器阵列，每个所述的传感器单元包括介质基底和刻蚀于介质基底上表面的矩形金属线以及四个金属开口方环谐振器；所述矩形金属线，刻蚀于所述介质基底的上表面，与y轴平行，并与介质基底的中心重合。

3、进一步，所述四个金属开口方环谐振器分别为第一金属开口方环谐振器、第二金属开口方环谐振器、第三金属开口方环谐振器和第四金属开口方环谐振器；所述第一金属开口方环谐振器和第三金属开口方环谐振器设置于所述矩形金属线的一侧，所述第二金属开口方环谐振器和第四金属开口方环谐振器设置于所述矩形金属线的另一侧，两组谐振器关于矩形金属线轴对称。

4、进一步，所述第一金属开口方环谐振器开口方向指向x轴负方向，平行于x轴；所述第二金属开口方环谐振器开口方向指向x轴正方向，平行于x轴；所述第三金属开口方环谐振器开口方向指向x轴负方向，平行于x轴；所述第四金属开口方环谐振器开口方向指向x轴正方向，平行于x轴。

5、进一步，所述第一金属开口方环谐振器、第二金属开口方环谐振器、第三金属开口方环谐振器和第四金属开口方环谐振器结构参数和材料属性均相同。

6、进一步，所述矩形金属线距离第一金属开口方环谐振器、第二金属开口方环谐振器、第三金属开口方环谐振器和第四金属开口方环谐振器的距离相同。

7、进一步，所述第二金属开口方环谐振器由第一金属开口方环谐振器向x轴正方向移动，随后围绕自身结构中心顺时针旋转180度所构成；所述第三金属开口方环谐振器由第一金属开口方环谐振器向y轴负方向移动所构成；所述第四金属开口方环谐振器是第二金属开口方环谐振器向y轴负方向移动所构成。

8、用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器的检测方法，基于所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器实现，包括：

9、使用移液枪吸取100-300ul血液样本，滴于传感器表面，通过太赫兹时域光谱仪得到血液样本的透射光谱；

10、根据透射光谱得到血液样本的折射率；

11、利用血液样本的折射率与血红蛋白浓度之间的线性关系，迅速检测出血红蛋白的浓度。

12、进一步，所述血液样本的折射率与血红蛋白浓度之间的线性关系为：

13、n＝n0+ξc+βt+δλ+ελ2+γ1λ3；

14、其中，n0为血液样本中血红蛋白浓度为零时的有效折射率，c为血液样本中的血红蛋白浓度，其中ξ、β、δ、ε、γ1为随血型变化的柯西系数，t代表样本温度，λ为波长。

15、本发明的有益效果：本发明提出了用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器及检测方法，所提出的的太赫兹波段超材料传感器中，方形开口谐振环设计，结构简单、性能优越，便于制造和清洗，满足传感器设计过程中对性价比的需求。本发明太赫兹超材料传感器支持丰富的电磁模态，具有优异的灵敏度，大大提高了传感器的性能，可以准确且快速检测血红蛋白的浓度，为当前重大疾病及早诊断，及早治疗提供先进的技术手段。

技术特征：

1.用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器，其特征在于，包括多个传感器单元，构成传感器阵列，每个所述的传感器单元包括介质基底(1)和刻蚀于介质基底(1)上表面的矩形金属线(2)以及四个金属开口方环谐振器；所述矩形金属线(2)，刻蚀于所述介质基底(1)的上表面，与y轴平行，并与介质基底的中心重合。

2.根据权利要求1所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述四个金属开口方环谐振器分别为第一金属开口方环谐振器(3)、第二金属开口方环谐振器(4)、第三金属开口方环谐振器(5)和第四金属开口方环谐振器(6)；所述第一金属开口方环谐振器(3)和第三金属开口方环谐振器(5)设置于所述矩形金属线(2)的一侧，所述第二金属开口方环谐振器(4)和第四金属开口方环谐振器(6)设置于所述矩形金属线(2)的另一侧，两组谐振器关于矩形金属线(2)轴对称。

3.根据权利要求2所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述第一金属开口方环谐振器(3)开口方向指向x轴负方向，平行于x轴；所述第二金属开口方环谐振器(4)开口方向指向x轴正方向，平行于x轴；所述第三金属开口方环谐振器(5)开口方向指向x轴负方向，平行于x轴；所述第四金属开口方环谐振器(6)开口方向指向x轴正方向，平行于x轴。

4.根据权利要求3所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述第一金属开口方环谐振器(3)、第二金属开口方环谐振器(4)、第三金属开口方环谐振器(5)和第四金属开口方环谐振器(6)结构参数和材料属性均相同。

5.根据权利要求4所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述矩形金属线(2)距离第一金属开口方环谐振器(3)、第二金属开口方环谐振器(4)、第三金属开口方环谐振器(5)和第四金属开口方环谐振器(6)的距离相同。

6.根据权利要求5所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器，其特征在于，所述第二金属开口方环谐振器(4)由第一金属开口方环谐振器(3)向x轴正方向移动，随后围绕自身结构中心顺时针旋转180度所构成；所述第三金属开口方环谐振器(5)由第一金属开口方环谐振器(3)向y轴负方向移动所构成；所述第四金属开口方环谐振器(6)是第二金属开口方环谐振器(4)向y轴负方向移动所构成。

7.用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器的检测方法，基于权利要求1～6任意一项所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器实现，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器的检测方法，其特征在于，所述血液样本的折射率与血红蛋白浓度之间的线性关系为：

技术总结
本发明公开了用于血红蛋白浓度检测的太赫兹超材料传感器及检测方法，太赫兹超材料传感器包括多个传感器单元，构成传感器阵列，每个所述的传感器单元包括介质基底和刻蚀于介质基底上表面的矩形金属线以及四个金属开口方环谐振器；本发明提出的技术方案采用方形开口谐振环设计，结构简单、性能优越，便于制造和清洗，满足传感器设计过程中对性价比的需求；支持丰富的电磁模态，具有优异的灵敏度，大大提高了传感器的性能，可以准确且快速地检测血红蛋白的浓度，为当前重大疾病及早诊断，及早治疗提供先进的技术手段。

技术研发人员：何明霞,孙柳,佘硕铖,侯攀登
受保护的技术使用者：天津大学四川创新研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17