近日，我校光电工程学院山东省太赫兹科学技术及应用创新团队梁兰菊教授课题组开发了一种用于检测酪蛋白分子的太赫兹生物传感器，实现了酪蛋白分子的低浓度检测和多维传感。研究成果以“Hybrid metasurface using graphene/graphitic carbon nitride heterojunction for ultrasensitive terahertz biosensor with tunable energy band structure”为题发表在高水平国际期刊Photonics Research。

近几年基于太赫兹超构材料制备生物传感器在现场检测/识别微量生物分子、软骨组织无损检测，早期癌症成像诊断等领域得到了迅速发展。但由于超构材料的吸收、微纳结构设计制备工艺等条件的限制，基于超构材料的传感器对蛋白质分子检测依然存在灵敏度低、传感维度单一等瓶颈问题。

本研究设计并制备了三种用于检测酪蛋白分子的太赫兹生物传感器，三种传感器分别基于超构材料与氮化碳、石墨烯以及异质结的融合。通过观察三个维度变化（频移、透射差和相位差）实现了酪蛋白分子的低浓度检测，检测极限为3.54 ng/mL，同时实现了多维传感。 酪蛋白对半导体活性层导电性的有利影响可以用来解释内部传感机制。随着带正电荷的酪蛋白浓度的增加，蛋白质分子的掺入通过静电掺杂效应改变了半导体活性层表面的载流子浓度，从而改变了活性层的能带结构和电导率。测量结果表明，通过观察共振频率、振幅和相位差的变化，可以直接识别酪蛋白浓度。其中基于异质结生物传感器在三种生物传感器中对蛋白质的响应最高。设计制备的生物传感器可为太赫兹超表面的超灵敏生物传感技术提供一种新方法。

该成果由枣庄学院、北京工业大学、皖西学院、天津大学合作完成。光电工程学院山东省太赫兹科学技术及应用创新团队青年博士姚海云为文章第一作者，枣庄学院为第一署名单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省高校科技创新团队及人才支持计划等资助。

文章链接网址：https://opg.optica.org/prj/fulltext.cfm?uri=prj-11-5-858&id=530251

(文图/光电工程学院    编辑/葛晓霞    审核/徐海波）