基于电磁诱导透明效应的双波段太赫兹超表面生物传感器在抗生素检测中的应用研究

本文设计了一种基于电磁诱导透明(EIT)效应的双波段太赫兹超表面生物传感器，通过铜谐振环和石英介质基板实现单/双EIT模式切换。研究揭示了0.53 THz（亮-暗模式耦合）和0.76 THz（亮-亮模式耦合）的双EIT形成机制，实验证明其对乳糖和盐酸金霉素具有0.1 mg/L的最低检测限，在食品安全和抗生素残留监测领域展现出重要应用价值。

　　

Highlight

超表面设计

该双EIT超表面单元周期P=260μm，采用两层结构设计：下层为厚度d=40μm的石英基板（低介电常数基底可提升器件灵敏度）。三个谐振环从外至内分别命名为R1、R2、R3。R1边长L₁=170μm，宽度s=10μm；R2边长L₂=116μm，宽度w=10μm；R3边长L₃=72μm...

双EIT效应机制分析

通过单独模拟各谐振环发现：R1在0.52 THz（绿色虚线）产生谐振，R2在0.78 THz（蓝色虚线）响应，而完整结构展现出0.53 THz和0.76 THz的双透明窗口。电场分析表明，低频窗口源于R1与R3的亮-暗模式耦合，高频窗口则来自R1与R2的亮-亮模式协同振荡。

双EIT太赫兹抗生素传感器性能分析

参数扫描显示：当R1外边长L₁从158μm增至164μm时，第一透明窗峰值频率稳定但带宽展宽（Q因子降低），0.49 THz处出现显著红移；R2边长变化则选择性调控第二透明窗位置。该传感器对折射率变化的灵敏度高达220 GHz/RIU。

实验验证

设备

采用太赫兹频域光谱系统（Tera Scan 1550）在0.2-0.9 THz范围内测量传输曲线，环境温度恒定24°C。

太赫兹超表面传感器制备

激光直写技术制造的铜谐振环阵列（图10a）在0.53 THz和0.7 THz处呈现明显EIT峰（图10b），与牛奶溶液中的抗生素检测实验表明其实际检测限达0.1 mg/L。

结论

该传感器通过优化铜谐振器构型实现了双透明窗独立调控，在0.53 THz（乳糖指纹峰）和0.76 THz（金霉素指纹峰）处兼具高灵敏度与选择性，为复杂基质中微量抗生素检测提供了创新解决方案。