基于三维开口谐振环阵列及微流通道的太赫兹超材料吸收体传感器

简介：
本研究提出了一种结合三维开口谐振环阵列与微流通道结构的太赫兹超材料吸收体传感器，旨在实现高灵敏度、可调谐的生物分子检测。该设计通过精确调控材料参数及几何构型，在特定频段内产生强烈的等离子共振效应，从而大幅提升传感性能和应用潜力。 基于三维开口谐振环（SRR）阵列与微流通道，在太赫兹频段内开发了一款高灵敏度折射率传感器。该传感器采用超材料吸波器设计，其中三维SRR阵列完全浸没在微流通道中。当液相分析物注入到微流通道时，不仅作为被测对象，还充当了中间介质层的角色。 实验显示，在固定微流通道高度为33.1 μm的情况下，随着液相分析物折射率从1.0变化至1.8，该传感器的频率灵敏度达到每单位折射率指数（RIU）约为379 GHz。仿真结果表明，太赫兹超材料吸收体内的电磁场被扩展到三维空间，并在微流通道内得到显著增强和集中，从而实现了与待测分析物的空间重叠，增强了相互作用，进而提高了对液相分析物的传感灵敏度。 此外，研究还利用CST Microwave Studio仿真软件探讨了微流通道高度及顶层覆盖电介质厚度变化对折射率传感器性能的影响。通过优化这些参数配置可以进一步提升传感器的频率响应特性与测量精度。总体而言，基于三维SRR阵列和微流通道设计的太赫兹超材料吸收体具备更高的品质因数和灵敏度，在无标记快速生物医学传感领域展现出巨大潜力。