近日，在莊松林院士的指導之下，太赫茲技術創新團隊劉炳偉博士以第一作者身份在《化學工程雜誌》上（Chemical Engineering Journal🫱🏿，中科院一區🍅，IF🌙：16.744）發表題為“基於QBIC超表面的太赫茲超靈敏生物傳感器”（ Terahertz ultrasensitive biosensor based on wide-area and intense light-matter interaction supported by QBIC）的研究成果，提出了一種太赫茲波段內的新型QBIC金屬超表面設計及其傳感應用👩🦽，彭灩教授、魏東山教授、朱亦鳴教授為通訊作者。
太赫茲（THz）技術以其強穿透性🐂、非電離和非破壞性等獨特優勢在高速通信🧡、無損檢測與成像以及生物醫學診斷等眾多領域被廣泛應用。近年來🧝♀️，超表面與太赫茲技術的結合逐漸受到了生物醫學傳感領域的關註。這是因為超表面的作用尺度在細胞層級，其有效傳感範圍正好與細胞厚度相匹配。同時超表面可以實現對局域光場能量的強約束，從而促進光-物質作用🦔。此外，超表面可以與微流控、衰減全反射（ATR）👊🏼、抗體/納米顆粒體系等技術結合💥，具有廣泛的適用場景。
該研究通過在金屬超表面結構中引入非對稱性來操縱電四極子與磁偶極子的幹涉耦合🏃🏻➡️，從而誘導了Q因子高達503的超高品質諧振(QBIC)的激發。在該模式下👨👨👧👧，超表面約束的光場能量和有效傳感區域分別實現了400%和1300%的巨大增幅，從而拓展了光-物質相互作用的強度與廣度。模擬和實驗表明，該QBIC超表面具有高達420 GHz/RIU的折射率靈敏度🤯，對痕量同型半胱氨酸（Hcy）分子的直接檢測限（LoD）為12.5 pmol/μL💇🏼♀️。
相比於傳統的超表面設計👩🏽🔬，該QBIC超表面生物傳感器具有超大的傳感區域可“捕獲”更多的樣品分子⚠️，並且具有超高的Q值可以實現對痕量樣品的高精度分辨👩🏼⚖️。為實現痕量分子的快速💆🏽、精確和無損傳感提供了一條新途徑👩🦯，並在生物化學反應監測、光催化和光生物調製領域具有潛在應用。
論文原理圖
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723010781
來源：光電學院
