太赫兹超材料生物传感芯片及其测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太赫兹超材料技术领域，特别是涉及一种以太赫兹超材料与金属谐振环构成的生物传感芯片及其测试方法。
【背景技术】
[0002]太赫兹的辐射是从0.1THZ到10THZ(光子能量从0.41meV至41.4meV，波长为30-3000um)的电磁福射，它介于红外和微波福射之间，是光子学技术与电子学技术、宏观与微观的过渡区域。亚波长金属结构(亦称超材料)是指其结构尺寸远小于波长的金属结构，具有奇特的电磁谐振性质，诸如负折射、异常透射以及介电环境敏感等。太赫兹超材料是一种利用太赫兹人工合成的新材料，通过亚波长金属结构的共振增强特性，可增强生物分子与太赫兹波的相互作用，有望提高生物探测的灵敏度。在过去的十多年，利用这一原理的传感器在光波波段已获得广泛研宄，并发展出了高灵敏的局域表面等离子体共振传感器、表面增强拉曼散射传感器、表面增强红外吸收传感器等。
[0003]然而，现有的生物传感芯片，由于光波波段波长短，其对应亚波长金属结构的尺寸小，加工难度大，不仅造成制作成本高，而且结构的均匀性无法确保，导致传感重复性较差，因此，在这波段中需要一种新的生物传感芯片。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太赫兹超材料生物传感芯片及其测试方法，用于解决现有技术中生物传感芯片，因光波波段波长短，其对应亚波长金属结构尺寸小、加工难度大、造成制作成本高、传感重复性差、灵敏度低的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种太赫兹超材料生物传感芯片，用于检测太赫兹波辐射源的太赫兹波长频率，所述太赫兹超材料生物传感芯片包括:
[0006]衬底，以及附在所述衬底上的亚波长金属谐振环阵列；
[0007]其中，所述衬底为在太赫兹波段下，吸收系数小于0.δαιΓΗ在光的传播方向上每单位长度内的光波数)的材料构成，所述亚波长金属谐振环阵列包含多个谐振环单元，每个所述谐振环单元均为方形金属框，且在所述方形金属框每条边的中间均设有一大小相同的开口。
[0008]优选地，所述衬底材料为高阻硅。
[0009]优选地，所述亚波长金属材料为铝。
[0010]优选地，所述亚波长金属谐振环采用光刻与刻蚀制作而成。
[0011]优选地，所述亚波长金属谐振环阵列周期为50?lOOum。
[0012]优选地，所述谐振环单元的金属框线宽为2?10um。
[0013]优选地，所述亚波长金属谐振环阵列中每两个谐振环单元之间的间距为2?1um0
[0014]优选地，所述谐振环单元中的开口大小为I?4um。
[0015]本发明的另一目的在于提供一种太赫兹超材料生物传感芯片的测试方法，所述测试方法具体包括:
[0016]步骤1:将所述太赫兹超材料生物传感芯片放置于太赫兹透射光谱下，测量其在透射谷所对应的频率&，即为亚波长金属谐振环在太赫兹波段的谐振频率；
[0017]步骤2:将待测的生物样本放置于所述太赫兹超材料生物传感芯片表面，将其置于太赫兹透射光谱下，测量其在透射谷所对应的谐振频率f\。
[0018]优选地，所述待测生物样本引起的介电环境改变，与所述谐振频率和所述谐振频率&之差成正比。
[0019]如上所述，本发明的太赫兹超材料生物传感芯片及其测试方法，具有以下有益效果:
[0020]本发明的太赫兹超材料生物传感芯片中的衬底通过太赫兹超材料制成，以及所述衬底上依附设置有亚波长金属谐振环阵列，所述亚波长金属谐振环阵列包含多个谐振环单元，每个所述谐振环单元整体均为方形金属框，且在所述方形金属框每边中间位置均设有一大小相同的开口。本发明与现有的生物传感器相比，由于采用太赫兹超材料制作，提高了所述太赫兹超材料生物传感器结构的均一性，根据其均一性以及其结构设计简单，提升了传感灵敏度。
【附图说明】
[0021]图1显示为本发明实施例提供的太赫兹超材料生物传感芯片的结构图；
[0022]图2显示为本发明实施例提供的太赫兹超材料生物传感芯片的测试方法流程图；
[0023]图3显不为本发明实施例提供的转染腺病毒EIA基因的人肾上皮细胞系--293t
细胞，在显微镜下，太赫兹超材料生物传感芯片上细胞分布图；
[0024]图4显示为本发明实施例提供的测试太赫兹超材料生物传感芯片灵敏度的第一实施例；
[0025]图5显示为本发明实施例提供的测试太赫兹超材料生物传感芯片灵敏度的第二实施例。
[0026]元件标号说明
[0027]1、衬底，2、谐振环单元，3、开口。
【具体实施方式】
[0028]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0029]请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
[0030]如图1所示，本发明实施例提供的太赫兹超材料生物传感芯片的结构图，用于检测太赫兹波辐射源的太赫兹波长频率，所述太赫兹超材料生物传感芯片包括:
[0031]衬底1，以及附在所述衬底I上的亚波长金属谐振环阵列；
[0032]其中，所述衬底I为在太赫兹波段下，吸收系数小于0.5CHT1的材料构成，所述亚波长金属谐振环阵列包含多个谐振环单元2，每个所述谐振环单元2均为方形金属框，且在所述方形金属框每条边的中间均设有一大小相同的开口 3。
[0033]具体地，所述衬底I材料选择在太赫兹波段下，吸收系数小于0.5CHT1的材料构成，其中，所述衬底I材料优先为尚阻娃。
[0034]具体地，所述亚波长金属材料(包括结构特征尺寸与工作波长相当，或者结构特征尺寸比工作波长更小的周期结构的金属，同时，还包括结构特征尺寸与工作波长相当，或者结构特征尺寸比工作波长更小的非周期结构的金属)，其中，所述亚波长金属材料优选为销O
[0035]具体地，在本实施例中，所述太赫兹超材料生物传感芯片的制作过程如下:选择抛光的高阻硅片作为生物传感芯片的衬底1，依次用丙酮、无水乙醇进行超声清洗，去除表面污渍，直到所述高阻硅片衬底I表面无污渍时；采用电阻率大于18.25兆欧的去离子水冲洗，再将所述高阻硅片衬底I放入100°C以下的电烤炉中，脱水烘焙大约lOmin，使得所述高阻硅片衬底I的水分彻底蒸发为止。还可以在所述高阻硅片衬底I表面涂抹化合物(六甲基乙硅氮烷或三甲基甲硅烷基二乙胺)，提高光刻胶在所述高阻硅片衬底I表面的附着能力。
[0036]在所述高阻硅片衬底I的硅表面蒸镀一层厚度大约为50um的铝膜；将型号为S1805的光刻胶均匀的涂在所述高阻硅片衬底硅表面，并将其放入80°C以下的电烤炉中，前烘大约20min，拿出所述高阻硅片衬底1，直到其表面自然冷却；通过前烘提高了光刻胶依附在所述高阻硅片衬底I上附着性。
[0037]将所述高阻硅片衬底I在特定波长的紫外线下，进行30秒定时曝光，光刻胶中的感光剂会发生光化学反应，从而使正光刻胶被照射区域(感光区域)，负光刻胶未被照射的区域(非感光区)化学成分发生反应；将曝光后的高阻硅片衬底I在AZ300K显影液中显影，通过加入所述显影液，使得正光刻胶的感光区、负光刻胶的非感光区，均溶解于所述显影液中，从而使得光刻胶层中图像显现出来。
[0038]选用体积比为H2P04:H20:CH3COOH:HNO3= 16:2:1:1的酸性溶液，刻蚀金属铝膜；将经过刻蚀的铝膜，采用湿法去胶或者干法去胶，此处优选湿法去胶，用大量去离子水冲洗，最后用无水乙醇去除光刻胶。
[0039]实施例1
[0040]衬底1，以及附在所述衬底I上的亚波长金属谐振环阵列；
[0041]其中，所述衬底I为在太赫兹波段下，吸收系数小于0.5cm—1的材料构成，所述亚波长金属谐振环阵列包含至少4个谐振环单元2，每个所述谐振环单元2整体均为方形金属框，且在所述方形金属框每边中间位置均设有一大小相同的开口 3。
[0042]具体地，所述亚波长金属谐振环阵列周期为50um。
[0043]具体地，所述谐振环单元2的金属框线宽为2um。
[0044]具体地，所述亚波长金属谐振环阵列中每两个谐振环单元2之间的间距为2um。
[0045]具体地，所述谐振环单元2中的开口 3大小为lum。
[0046]实施例2
[0047]衬底1，以及附在所述衬底I上的亚波长金属谐振环阵列；
[0048]其中，所述衬底I为在太赫兹波段下，吸收系数小于0.5cm—1的材料构成，所述亚波长金属谐振环阵列包含至少4个谐振环单元2，每个所述