赵振宇 张雪莲

摘要：太赫兹生物医学传感器在当前研究中属于一个热点，其工作原理主要依托人工周期性电磁媒介或二维材料构建电磁亚波长结构，与入射的太赫兹波相互作用时，引发类似表面等离子体共振现象，产生的局域电磁场增强效应对周围的介电环境敏感，从而改变太赫兹光谱中共振的品质因子与谐振频率，实现对生物分子的高灵敏度检测和分析。围绕近几年的研究现状，从生物传感器的类型及其在生物医学等领域的应用分别加以阐述，讨论了太赫兹生物医学传感器所面临的挑战和发展前景，旨在提供一些有价值的建议。

关键词：太赫兹波；太赫兹超构材料；太赫兹生物医学；太赫兹生物传感器；高灵敏度检测

中图分类号： O 439 文献标志码： A

Terahertz medical biosensors in the ascendance

ZHAO Zhenyu，ZHANG Xuelian

（Mathematics & Science College， Shanghai Normal University， Shanghai 200234）

Abstract： Terahertz biomedicalsensoris a hot spot in the current research. Its implementation method is mainly based on the use of metamaterials or two-dimensional materials to construct electromagnetic subwavelength structures. When terahertz waves interact with the structures， they cause phenomena similar to surface plasmon resonance and generate local electromagnetic field enhancementeffects. Theenhancedelectricfieldimprovestheinteractionbetweenlightand biological samples， resulting in a change in spectral response， enabling highly sensitive detection and analysis of biomolecules. Based on the research status in recent years， this paper expounds the types of biosensors and their applications in biomedicine and other fields， and discusses the future challenges and development prospects. It hopes to provide some valuable suggestions.

Keywords： terahertz wave; terahertz metamaterial; terahertz biomedicine; terahertz biosensors; high sensitivity detection

引言

近年来，太赫兹生物传感器作为一种新兴技术而备受瞩目，其利用太赫兹波段的电磁波谱和超构表面的独特特性，为生物传感领域带来了革命性突破。作为电磁波谱的一部分，太赫兹波跨越中红外和微波之间的区域，频率范围为0.1～10 THz，对应的波长范围为30～3000μm[1]。太赫兹波段具有特殊的电磁特性：（1）相较于可见光和近红外波段，太赫兹波具有更长的波长、更深的穿透深度和更少的散射[2]，这使得它能够穿透样品并且不易被生物组织散射，从而实现对样品内部的非破坏性检测；（2）太赫兹波段的光子能级较低，不会对生物样品造成电离相关的危害；（3）许多复杂分子在太赫兹波段内具有特定的集体振动和旋转模式，会产生独特的特征光谱[3]，使得太赫兹波在生物传感器中具有独特的优势。……