(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210861641.0 (22)申请日 2022.07.20 (71)申请人 中央民族大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街 27号 (72)发明人 杨玉平　牛强　付丽玲　 (74)专利代理 机构 北京路浩知识产权代理有限 公司 11002 专利代理师 黄爽 (51)Int.Cl. G01N 21/3586(2014.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 33/574(2006.01) G01N 33/68(2006.01) (54)发明名称 太赫兹超材 料生物传感器及其应用 (57)摘要 本发明提供一种太赫兹超材料生物传感器 及其应用。 本发 明基于微纳加工技术在介质基底 上附着亚波长金属谐振环 阵列形成超材料传感 器， 所述亚波长金属谐振环由两个夹角为60 °的 扇形谐振环构成类似于 “8”字型的结构， 并在结 构上下两端形成两个缺口， 产生环形偶极子谐 振， 可实现在太赫兹波 段高品质因数和高灵敏传 感。 利用生物 修饰技术功能化处理的胶体金纳米 颗粒， 不仅增强了超材料生物传感器传感性能， 使检测下限明显降低， 而且实现了对癌症标记物 癌胚抗原特异性识别。 本发明所提出的结合功能 化金纳米颗粒的超材料传感器具有优异的高品 质因数传感性能， 可实现对癌胚抗原高增敏与特 异性检测， 方法简便有效， 应用前 景广阔。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 115326744 A 2022.11.11 CN 115326744 A 1.太赫兹超材料生物传感器， 其特征在于， 包括介质基底以及附着在所述介质基底上 的亚波长金属双扇形谐振环阵列； 其中， 所述亚波长金属双扇形谐振环阵列由至少100 ×100个尺寸相同、 排布均匀的金 属结构单 元组成； 其中， 所述金属结构单 元的尺寸 为50 μm×50 μm； 所述金属结构单元由两个夹角为45 ‑75°的大小相同的扇形谐振环构成类似于 “8”字型 的结构， 并在 “8”字型结构的上 下形成两个大小相同的缺口。 2.根据权利要求1所述的生物传感器， 其特征在于， 所述介质基底为硬性基底或柔性基 底； 优选地， 所述硬性基底的材质为硅、 石英， 厚度为0.5 ‑3mm； 更优选地， 所述硬性基底的 材质为石英， 厚度为1m m； 优选地， 所述柔性基底的材质为聚酰亚胺、 PDMS， 厚度为5 ‑100μm； 更优选地， 所述柔性 基底的材质为聚酰 亚胺， 厚度为25 μm。 3.根据权利要求1所述的生物传感器， 其特征在于， 所述金属的材质为金、 银、 铜或铝， 优选金。 4.根据权利要求1所述的生物传感器， 其特征在于， 用于制作 所述金属结构单元的金属 线宽度为2 ‑4 μm， 厚度为150 ‑450nm； 缺口宽度为1 ‑10 μm， 从所述金属结构单元的中心到缺口 内缘端点的直线距离为19 ‑21 μm， 扇形谐振环宽度为20 ‑23 μm； 优选地， 用于制作所述金属结构单元的金属线宽度 为3 μm， 厚度 为200nm； 缺口宽度 为3 μ m， 从所述金属结构单元的中心到缺口内缘端点的直线距离为20 μm， 扇形谐振环宽度为22 μ m； 所述金属结构单元由两个夹角为60 °的大小相同的扇形谐振环构成类似于 “8”字型的结 构。 5.根据权利要求1所述的生物传感器， 其特征在于， 所述金属结构单元通过光刻和/或 金属化工艺附着在所述介质基底上。 6.权利要求1 ‑5任一项所述生物传感器在生物材料检测中的应用； 所述应用为非疾病 诊断和治疗目的； 其中， 所述 生物材料包括蛋白、 DNA或RNA； 优选地， 所述蛋白为癌胚抗原。 7.生物材料的检测方法， 其特征在于， 当所述生物材料为癌胚抗原时， 所述方法包括以 下步骤： (1)功能化金纳米颗粒的制备： 将胶体金纳米颗粒溶液与3 ‑巯基丙酸按一定体积比混 合孵育， 得到3 ‑巯基丙酸修饰的胶体金纳米颗粒； 然后， 将癌胚抗原 抗体与所述3 ‑巯基丙酸 修饰的胶体金纳米颗粒通过脱水缩合反应， 制得功能化金纳米颗粒； (2)将权利要求1 ‑5任一项所述 生物传感器在太赫兹波的激发下 形成环形偶极子谐振； (3)癌胚抗原的检测： 将所述功能化金纳米颗粒与不同浓度的癌胚抗原混合孵育， 将反 应产物滴加至所述生物传感器的表面， 获取癌胚抗原的太赫兹光谱信息， 并根据太赫兹光 谱信息进一步得到环形偶极子谐振频率随不同浓度癌胚抗原的偏移 量， 建立癌胚抗原浓度 与偏移量之间的模型， 实现对癌胚抗原的定性与定量分析。 8.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 步骤(1)包括： 将0.6 ‑1nM胶体金纳米颗粒权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115326744 A 2溶液0.45 ‑0.9mL与3 ‑巯基丙酸0.15 ‑0.3mL混合， 在22℃下反应70分钟， 得到3 ‑巯基丙酸修 饰的胶体金纳米颗粒； 然后， 将癌胚抗原抗体与所述3 ‑巯基丙酸修饰的胶体金纳米颗粒按 4‑1:1‑1的溶液体积比混合， 在2 2℃下反应90分钟， 制得功能化金纳米颗粒； 所述胶体金纳米颗粒 溶液中胶体金纳米颗粒的粒径大小为3 ‑100nm。 9.根据权利要求7所述的方法， 其特征在于， 步骤(3)中所述癌胚抗原的浓度为100ng/ ml‑2 μg/ml。 10.根据权利要求7 ‑9任一项所述的方法， 其特征在于， 所述癌胚抗原 的最低检测限为 34.83ng/ml。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115326744 A 3