摘要
β2-微球蛋白（β2M）是与肾功能不全、透析相关淀粉样变性和炎症性疾病相关的关键生物标志物，这促进了高灵敏度传感平台的开发。本文提出了一种基于石墨烯增强三次谐波产生（THG）的非线性太赫兹（THz）传感平台用于β2M检测。与依赖于线性共振偏移的传统石墨烯等离子体传感器不同，该方法研究了石墨烯非线性光学响应对其费米能的强依赖性。带电β2M分子的吸附会改变石墨烯的载流子浓度和费米能，从而在THG响应中产生可检测的信号。该传感器包括周期性图案化的石墨烯微带，与带有薄克尔非线性介电间隔层的金基板集成，形成具有强太赫兹场限制的共振超表面。石墨烯等离子体共振与腔增强场局域化的综合作用，在相对较低的入射强度下显著增强了THG。系统地研究了石墨烯费米能、介电层厚度和激发强度对传感性能的影响。模拟结果预测了THG光谱响应和强度随浓度变化的偏移，随着β2M浓度的增加，产生向更高频率的渐进偏移。模拟预测在低至0.0001 g/L的浓度下即可检测到β2M，实现了971 THz·L/g的灵敏度和1706 L/g的品质因数（FOM）。这些理论结果表明，石墨烯增强THG超表面在灵敏、可调且紧凑的太赫兹生物传感和生物医学诊断方面具有应用潜力。
