太赫兹透射式血或尿液检测芯片的制作方法

1.本实用新型涉及一种检测技术，特别涉及一种太赫兹透射式血或尿液检测芯片。


背景技术：

2.太赫兹波或称为太赫兹射线是上个世纪80年代中后期，才被正式命名的。太赫兹波是指频率在0.1到10thz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。太赫兹光谱检测技术因太赫兹波具有独特的指纹谱性、高穿透性等优良特性，在物理、化学、生物医学、安检等领域都具有广泛的应用。以癌症检测为例，现有癌症检测通常都是通过病理切片，需要经过冷冻、切片、染色和显微镜观察四个阶段，过程繁琐，耗时长，医生同时需要在手术台等待病理结果，造成医疗资源极大的浪费，为此高效、准确和无损的生物医学检测已成为当下最紧迫的社会需求之一。目前，现有生物医学检测技术手段主要是荧光分析法、高效液相色谱法和气相色谱和质谱联用法等，在实际检测中需要损耗样本，无法进行二次检测，且耗时长，前处理繁琐，成本高昂。这些方法无法满足现代生物医学对于高效、准确和无损检测的需求，存在很大的局限性。
3.基于太赫兹时域光谱检测技术，可结合太赫兹时域光谱系统产生一种更为高效且便捷的方法用于生物医学检测。以脑胶质瘤的特异标志物mi和gaba为例，对于mi和gaba这两种不同物质，由于物质的介电常数不同，基于电容电感效应，最终超材料芯片的等效电容电感的变化会根据物质的种类发生不同变化趋势，导致出现不同的电容电感共振规律，从而实现太赫兹透射式血/尿液检测芯片对于不同物质的区分，且目前以实现对微克量级的血/尿液中疾病蛋白的检测识别。


技术实现要素：

4.为了提高提高生物医学检测速度，提出了一种太赫兹透射式血或尿液检测芯片，满足对于生物医学早检的高效、准确、无损检测的需求。
5.本实用新型的技术方案为：一种太赫兹透射式血或尿液检测芯片，检测芯片为上下两层结构，下层为长方形透射基底层；上层为带有阵列排布的非对称开口谐振环结构的金属层，该金属层空间整体构成为超材料，其中内陷的非对称开口谐振环结构上无金属层。
6.优选的，所述透射基底层为对太赫兹波透射率高的熔石英。
7.优选的，所述金属层为导电性能好的金。
8.优选的，所述太赫兹透射式血或尿液检测芯片，太赫兹波入射到所述超材料金属层，超材料金属层谐振频率处的太赫兹波透过金属层被检测，超材料金属层非谐振频率处的太赫兹波被金属层反射。
9.本实用新型的有益效果在于：本实用新型太赫兹透射式血或尿液检测芯片，采用太赫兹结合单向响应的谐振环结构的方法，有效提高生物医学检测的检测灵敏度和准确度，相比于传统方法提高1000倍；操作简单，没有复杂的前处理手段有效提高了生物医学检测的速度，提高了医疗资源利用率。
附图说明
10.图1为本实用新型太赫兹透射式血或尿液检测芯片结构示意图；
11.图2为本实用新型太赫兹透射式血或尿液检测芯片电场图。
具体实施方式
12.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。本实施例以本实用新型技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
13.如图1所示太赫兹透射式血或尿液检测芯片结构示意图，检测芯片为上下两层结构，下层为长方形透射基底层，上层为带有阵列排布的非对称开口谐振环结构的金属层，该金属层空间整体构成超材料，其中非对称开口谐振环结构在超材料中内陷未镀有金属，非对称开口谐振环的内圆直径为d1，外圆直径为d2，缺口距离为d，基底层厚度为t，超材料谐振周期为p。除去非对称开口谐振环结构外其他基底层上镀为金属层，金属层优选金。谐振环为微结构，其周期性阵列排布增强响应。
14.实施例中，通过将太赫兹光谱法和超材料芯片相结合，以提高检测限。太赫兹透射式血或尿液检测芯片由上下两层组成，分别为：底部整块的基底层，其材料为熔石英，可实现对太赫兹波的较好透射；上部的金属层，其材料为金，具有良好电导率。其中，金属层需要进行图形设计，为阵列排布的相同非对称开口谐振环结构，每个谐振环结构使其成为具有单向响应的非对称状态，当太赫兹波入射到每个谐振环结构表面时，沿电场方向为轴线的左右部分会产生电势差，诱导电容电感效应，生成振荡电流，从而使得超结构产生特征吸收。如图2所示，e为电场方向，由于谐振环单侧有开口，为不对称性结构，导致谐振环两侧电场强度明显不同，从而引起电势差并且由于电场的周期性，最终产生震荡电流。同时太赫兹透射式血或尿液检测芯片和现有的吸收式芯片不同的设计在于，其以互补性图形结构，如图1所示，检测芯片在谐振环之外的部分(白色部分)是布满金，谐振环处(灰色部分)没有金，使芯片由特征吸收太赫兹波结构变成特征透射太赫兹波结构，暨在谐振频率处的太赫兹波能够透过超材料金属层，而非谐振频率处，太赫兹波则被超材料金属层反射。其在谐振频率处的信噪比最高，因此相比吸收芯片识别准确率高。
15.芯片检测物质的原理是：基于电容电感效应，当样品覆盖到芯片表面时，超材料芯片的等效电容电感发生变化。不同的物质介电常数不同，导致超材料芯片的等效电容电感的变化趋势不同，出现不同的电容电感共振规律，从而根据共振规律来检测识别不同的物质。
16.太赫兹透射式血或尿液检测芯片的金属层需要进行图形设计为具有单向响应的谐振环结构。在芯片表面滴有血或尿液样本，放入干燥系统中，去掉样品中的水分，减少水对太赫兹波的吸收，之后将带有样品的芯片放入太赫兹时域光谱系统，当太赫兹光照射到芯片表面时，沿电场方向为轴线的左右部分会产生电势差，诱导电容电感效应，生成振荡电流，从而使得超结构产生特征吸收。在谐振频率处，太赫兹波能够透过超材料，而非谐振频率处，太赫兹波则被超材料反射。基于电容电感效应，样品的介电可以等效为负值，最终使其频谱出现单峰特性。在样本的覆盖下，芯片的等效电容电感发生变化，导致电容电感共振频率发生变化。同时，对于不同样本来说，它们的介电常数是不同的，因此最终太赫兹透射
式血或尿液检测芯片的等效电容电感的变化会根据物质的种类发生不同变化趋势，导致出现不同的电容电感共振规律。基于这一原理，可将该太赫兹透射式血或尿液检测芯片用于生物传感测试，并且实施简单，检测快速。
17.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。


技术特征：
1.一种太赫兹透射式血或尿液检测芯片，其特征在于，检测芯片为上下两层结构，下层为长方形透射基底层；上层为带有阵列排布的非对称开口谐振环结构的金属层，该金属层空间整体构成为超材料，其中内陷的非对称开口谐振环结构上无金属层。2.根据权利要求1所述太赫兹透射式血或尿液检测芯片，其特征在于，所述透射基底层为对太赫兹波透射率高的熔石英。3.根据权利要求1或2所述太赫兹透射式血或尿液检测芯片，其特征在于，所述金属层为导电性能好的金。4.根据权利要求3所述太赫兹透射式血或尿液检测芯片，其特征在于，太赫兹波入射到所述超材料金属层，超材料金属层谐振频率处的太赫兹波透过金属层被检测，超材料金属层非谐振频率处的太赫兹波被金属层反射。

技术总结
本实用新型涉及一种太赫兹透射式血或尿液检测芯片，检测芯片为上下两层结构，下层为长方形透射基底层；检测芯片为上下两层结构，下层为长方形透射基底层；上层为带有阵列排布的非对称开口谐振环结构的金属层，该金属层空间整体构成为超材料。采用太赫兹结合单向响应的谐振环微结构阵列，有效提高生物医学检测的检测灵敏度和准确度，相比于传统方法提高1000倍；操作简单，没有复杂的前处理手段有效提高了生物医学检测的速度，提高了医疗资源利用率。率。率。


技术研发人员：郝雨凡 王庆芳 韩超 王泽云 冯正云 顾虹宇 王胜峰 刘志佳 吴旭 彭滟
受保护的技术使用者：上海理工大学
技术研发日：2021.04.20
技术公布日：2021/11/21