综述：超表面最新进展：从太赫兹生物传感到微波无线通信

这篇综述系统总结了超表面（Metasurface）在太赫兹（THz）生物传感和微波无线通信领域的前沿进展，重点探讨了基于金属、石墨烯、碳纳米管（CNT）和全介质材料的THz传感器设计，以及可重构智能表面（RIS）在5G/6G通信中的动态波束调控应用。文章揭示了超表面通过亚波长结构单元实现电磁波精准操控的独特优势，并展望了其在即时诊断（POC）设备和高效通信系统中的转化潜力。

　　

超表面在太赫兹传感中的应用

金属基太赫兹超表面生物传感器

金属超表面通过表面等离子体共振（SPR）和连续束缚态（BIC）等机制，在癌症标志物检测中展现出卓越性能。例如，采用非对称双环谐振器设计的准BIC传感器，对同型半胱氨酸（Hcy）的检测限低至12.5 pmol/μl。特异性修饰方面，金纳米颗粒（AuNPs）功能化超表面实现了0.5 pg/ml的心脏肌钙蛋白I超敏检测，较传统方法灵敏度提升一个数量级。

石墨烯-金属复合传感器

石墨烯的狄拉克点可调性使其成为动态传感的理想平台。通过调控石墨烯费米能级，研究人员开发出电调谐电磁诱导透明（EIT）传感器，对卵清蛋白（OVA）的检测限达8.63 pg/ml。结合AuNPs的协同增强效应，循环肿瘤DNA（ctDNA）检测灵敏度突破0.22 fM，可识别单核苷酸错配。

碳纳米管薄膜传感器

各向异性多壁碳纳米管（MWCNT）薄膜通过局域场增强，对农药2,4-D的检测灵敏度达1.38×10^?2/ppm。单壁碳纳米管（SWCNT）传感器经半胱氨酸手性修饰后，能特异性区分_d/_l-酒石酸对映体，为手性药物分析提供新工具。

全介质传感器

硅基光栅结构全介质超表面通过多波段谐振吸收（Q值657.93），实现20 ppt级毒死蜱农药检测。硅柱阵列结合抗体修饰，对肿瘤标志物CA125和HER2的检测限分别达1 ng/ml和0.1 ng/ml，为癌症早筛提供新方案。

微波通信中的超表面技术

低成本通信器件

3D打印介电超表面透镜将天线厚度缩减至0.8波长，增益提升至18.3 dBi。折纸超材料通过机械重构实现4.96-38.8 GHz宽带反射调制，平均透光率>87.2%，适用于卫星通信。

可重构智能表面（RIS）

万单元级RIS在5.8 GHz频段实现26 dB功率增益，通过空间-时间编码支持QPSK调制。智能反射面（IOS）突破传统半空间限制，实现全维度波束调控，用户容量提升2倍。

多功能集成系统

偏振复用光电超表面实现5 GHz/400 kbps双通道通信，误差矢量幅度（EVM）<-10 dB。基于二硫化钼（MoS₂）开关的可编程超表面，在3.54 GHz实现180°相移，雷达散射截面（RCS）降低15 dB。

通信-感知一体化

时空编码超表面（STCM）同步完成10.3 GHz波束成形和谐波感知，方位角估计误差<3°。光敏电阻集成透射超表面通过光照强度动态调控2.78 GHz微波传输，开关比达15 dB，实现光-微波跨波长控制。

结论与展望

THz超表面传感器需解决环境稳定性、动态调谐和人工智能辅助分析等挑战；RIS技术将向高集成度、低功耗和自主决策方向发展，推动6G智能通信网络建设。通过材料创新与算法优化，超表面技术有望在生物医学检测和无线通信领域实现更大突破。