一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片、制备方法及其应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115979990A(43)申请公布日2023.04.18(21)申请号202211683561.7(22)申请日2022.12.27(71)申请人中国科学技术大学地址230000安徽省合肥市金寨路96号(72)发明人陆亚林殷明王建林黄秋萍黄浩亮傅正平(74)专利代理机构合肥昊晟德专利代理事务所(普通合伙)34153专利代理师王林(51)Int.Cl.G01N21/3586(2014.01)G01N33/531(2006.01)G01N33/553(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图7页(54)发明名称一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片、制备方法及其应用(57)摘要本发明涉及太赫兹生物传感应用技术领域，具体涉及一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片、制备方法及其应用，通过在介质层一侧生长异质结薄膜作为自旋太赫兹发射源，在另一侧设计加工周期性超材料结构并在其上包被特异性传感薄膜，当待测物滴加在传感器表面时，该特异性薄膜可以捕捉到待测物，引起超材料表面介电常数的改变，利用红外光入射到薄膜产生太赫兹辐射，太赫兹与超结构及其待测物之间的近场相互作用导致太赫兹共振峰位置的偏移，从而实现检测待测物的目的，通过制备大面积传感阵列芯片，在不同的传感芯片上包被不同的特异性薄膜，可实现高通量检测的功能。CN115979990ACN115979990A权利要求书1/2页1.一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，包括自旋太赫兹发射源、介质层和超材料结构，所述自旋太赫兹发射源包括PtO2/CoFeB/MgO三层薄膜，所述超材料结构包括非对称开口谐振环和金属短线。2.如权利要求1所述的一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，所述超材料结构的表面设有特异性传感薄膜，所述特异性传感薄膜为能够特异性识别待测物的结合试剂，包括适配体、抗体或生物探针，所述介质层为石英、聚酰亚胺或PDMS薄膜。3.如权利要求1所述的一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，所述PtO2/CoFeB/MgO三层薄膜中的PtO2的厚度为1‑6nm、CoFeB的厚度为1‑6nm、MgO的厚度为1‑6nm。4.如权利要求1所述的一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，所述PtO2/CoFeB/MgO三层薄膜中的PtO2在制备时腔体内氧气浓度为10％～90％。5.如权利要求1所述的一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，所述非对称开口谐振环包括两个开口，位于经过所述非对称开口谐振环的竖直直径的同侧，所述两个开口的中心线与所述竖直直径形成角度相同的锐角α，α为1～20°，所述开口的宽度g为1～10μm。6.如权利要求1所述的一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，所述超材料传感器的周期P1为80～120μm，周期P2为80～120μm，所述非对称开口谐振环外径r为20～40μm，线宽w为5～20μm。7.如权利要求1所述的一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，所述金属短线位于所述非对称开口谐振环一侧，沿竖直方向设置，所述金属短线的宽度为2～10μm，所述金属短线的长度为30～80μm，所述金属短线与所述非对称开口谐振环的距离为5～20μm。8.如权利要求1所述的一种自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片，其特征在于，所述非对称开口谐振环和金属短线的厚度为100～300nm。9.一种如权利要求1～8任一项所述的自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，对介质层衬底表面依次采用丙酮、酒精、去离子水进行超声清洗；S2，在介质层衬底的一面上首先旋涂一层光刻胶，然后前烘处理，再利用激光直写系统进行曝光将设计好的图样加工到该薄层上，再在显影液中浸泡后用超纯水清洗氮气吹干，最后使用磁控溅射系统镀上一层200nm厚的金，并且剥离干净得到超材料结构；S3，采用磁控溅射镀膜的方式在介质层衬底的另一面上依次镀上PtO2/CoFeB/MgO三层薄膜，其中PtO2的溅射在腔内30％氧浓度下进行。10.一种如权利要求1～8任一项所述的自旋太赫兹源和超材料集成的太赫兹高通量生物芯片在检测生物标志物中的应用，其特征在于，包括以下步骤：(1)将高通量生物芯片固定在二维平移台上，通过平移台位置移动，使红外飞秒激光入射到传感区域的背面，即太赫兹发射端；(2)将待测生物标志物溶液滴到不同的传感器芯片上，室温孵育2小时后用去离子水冲洗3遍，去除未特异性结合的分子，然后氮气吹干后待检测；2CN115979990A权