综述：太赫兹生化传感分析的研究进展：超表面传感器增强、多参数表征与纳米材料修饰

这篇综述系统探讨了太赫兹（THz）光谱在生化分子传感中的独特优势，重点介绍了通过超表面传感器（metasensor）增强、多参数（如极化/手性谱）协同表征及纳米材料（石墨烯/金属纳米颗粒）修饰等策略，突破传统振幅/频率检测维度限制，显著提升对氨基酸、蛋白质、肿瘤细胞等靶标的检测灵敏度与特异性，为生物医学、食品安全等领域提供创新技术支撑。

　　

Abstract
太赫兹（THz）光谱凭借低光子能量、非电离特性及对弱分子相互作用（如氢键、范德华力）的敏感性，成为生物大分子振动-旋转模式检测的理想工具。然而，其波长与生物分子尺寸的显著差异导致灵敏度不足，尤其对构型复杂的分子（如手性分子）识别存在局限。超表面传感器的出现通过亚波长结构局域增强电场（"hotspots"），结合微流控技术克服水吸收干扰，实现了痕量液体样本的高效检测。

Introduction
THz波段（0.1–10 THz）位于微波与远红外之间，可激发生物大分子的指纹谱（如氨基酸、蛋白质、药物分子）。但传统THz传感面临灵敏度低、检测限高、非特异性等问题。超表面传感器通过高Q值共振模式（QBIC、TD、Fano等）和功能纳米材料（金纳米颗粒、碳纳米管）协同作用，将检测限提升至单分子水平。生物功能化修饰（抗体/适配体）进一步赋予传感器特异性识别能力。

THz spectroscopy principle and technology
THz时域光谱系统（THz-TDS）可同步获取振幅与相位信息，其透射式、反射式及衰减全反射（ATR）构型适用于不同样本状态。极化敏感超表面设计结合手性光谱分析，可解析分子构象变化，如葡萄糖异构体的立体构型差异。

Metasurface-based small molecules sensing
针对抗生素（如青霉素）、氨基酸（色氨酸）等小分子，石墨烯修饰的超表面通过π-π堆叠增强吸附，共振频移达48 GHz/μg·mL^?1
。金属纳米颗粒的等离子体效应可将检测灵敏度提升两个数量级。

Protein sensing and analysis
蛋白质构象变化（如β-淀粉样蛋白聚集）可通过THz频段氢键网络振动特征监测。基于QBIC模式的硅基超表面对IgG的检测限低至0.01 ng/mL，优于ELISA技术。

Tumor cells sensing
癌细胞因代谢亢进导致水含量升高，THz波对此响应显著。凋亡细胞膜电位变化可引发超表面谐振峰偏移（Δf=12 GHz），线性相关系数R²

0.99。

Other substances
石墨烯-金杂化超表面可检测10^?9
mol/L级农药残留（如克百威），气体传感中MOFs材料对NH₃
的吸附使谐振频率偏移0.35 THz。

Conclusion and prospect
未来需开发可穿戴柔性超表面、AI辅助多参数分析算法，并解决复杂基质干扰问题。THz metasensor在POCT诊断、环境污染物实时监测中展现出变革潜力。