太赫兹生物传感器及其在细胞凋亡率测量中的应用

【作者】 金飚兵；

【机构】 南京大学超导电子学研究所；

【摘要】 生物细胞的凋亡率测量是生物学研究中的一个基本问题,目前常用的生物检测技术主要是荧光标记的方法,该方法是破坏性测量,且耗时和费用高。发展无标记的测量一直是大家关注的话题。本工作基于THz超材料的概念,设计了一种多环谐振结构,利用环与环之间的电磁场耦合,模拟电磁透明现象,形成多个透明窗口,用来感知细胞浓度的变化。我们首先用CST数值模拟软件,模拟我们的多环THz人工超材料,分别在0.7THz, 0.88THz, 1.1 THz和1.43THz观察到4个透射峰。进一步的分析发现降低基片的厚度可以进一步提高器件的分辨率。理论分析表明其频率分辨率△f/((n-1)*d)))可以达到118GHz/μm,其中△f,n和d分别表示谐振频率的变化,被测量物质的折射率和超材料的厚度,这个数值大于目前报道的40.5GHz/μm的结果。在实验中,我们采用标准的光刻工艺,制备了柔性基底的THz超材料,基底厚度大约是10μm。把超材料放在细胞生长的溶液中,在测量时取出,这时在超材料表面就会有一层细胞。通过THz时域光谱系统测量其传输谱的变化,就可以研究细胞的浓度与频率变化的关系。我们测量了口腔癌细胞在没有抗癌药物和有抗癌药物的情况下的细胞生长情况,分别在细胞生长24小时、48小时和96小时时测量其太赫兹光谱,并与开始时的传输谱进行比较,得到谐振频率的变化,同时用流式仪测量细胞的凋亡率,我们发现超材料谐振频率的变化与细胞凋亡率成正比,这也意味着我们发展了一种无标记、快速和高灵敏的生物传感器。更多还原