利用太赫兹波段超材料传感器检测黄曲霉毒素B1和B2的方法技术

本发明专利技术提供一种利用太赫兹波段超材料传感器检测黄曲霉毒素B1和B2的方法，包括：用甲醇配制黄曲霉毒素B1和B2的标准待测溶液样品，加至太赫兹波段超材料生物传感器上，利用太赫兹时域光谱透射系统测试并分析了LC谐振模式的共振频率随不同量的黄曲霉毒素B1和B2的红移效果，对比其频移量的大小，不仅实现了微克级别的黄曲霉毒素B1和B2的高灵敏检测与识别，还可以进一步对其进行定量分析。本发明专利技术能够真实、有效地对黄曲霉毒素B1和B2进行快速、准确的定量检测与识别。

Detection of aflatoxins B1 and B2 with terahertz band metamaterial sensor

The invention provides a method for detecting aflatoxins B1 and B2 by using a terahertz band metamaterial sensor, which comprises: preparing a standard solution sample of aflatoxins B1 and B2 with methanol, adding it to a terahertz band metamaterial biosensor, testing and analyzing the resonance frequency of LC resonance mode with different amounts of aflatoxins B1 and B by using a terahertz time domain spectral transmission system Compared with the magnitude of its frequency shift, the red shift effect of 2 not only realizes the high sensitive detection and recognition of aflatoxins B1 and B2 in microgram level, but also can be further analyzed quantitatively. The invention can truly and effectively detect and recognize aflatoxins B1 and B2 rapidly and accurately.

【技术实现步骤摘要】
利用太赫兹波段超材料传感器检测黄曲霉毒素B1和B2的方法
本专利技术涉及太赫兹时域光谱检测技术，具体地说，涉及一种利用太赫兹波段超材料传感器检测黄曲霉毒素B1和B2的方法。
技术介绍
黄曲霉毒素是一类毒性极强的化合物，被世界卫生组织(WHO)的癌症研究机构划定为Ⅰ类致癌物。其中黄曲霉毒素B1的急性毒性为砒霜的68倍，致癌能力为二甲基亚硝胺的75倍，黄曲霉毒素B2与黄曲霉毒素B1化学结构类似，毒性与致癌性相对稍弱，且广泛存在于食物中，因此黄曲霉毒素B1和B2的检测与识别是目前人们关注的焦点问题。为了防止粮油饲料中黄曲霉毒素污染，危害人民身体建康，因此建立准确快捷的定性识别黄曲霉毒素B1和B2方法具有重要的意义。我国对黄曲霉毒素检测均有相应的检测方法和标准，现有的黄曲霉毒素的检测方法有酶联免疫法(ELISA)、液相色谱法、薄层色谱法(TLC)、同位素稀释液相色谱-串联质谱法等等，但上述方法均存在着样品前处理复杂，检测时间长，成本高，对检测要求高等不足。目前对黄曲霉毒素的太赫兹光谱检测都是基于太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)对黄曲霉毒素B1、M1溶液进行检测，没有对黄曲霉毒素B1和B2的检测与识别，并且实验中样品消耗较大，不能实现高灵敏的定性和定量分析。目前，基于超材料(Metamaterial，MM)建立的太赫兹生物传感器，已经成功克服了典型THz-TDS系统灵敏度的限制。该传感模式基于MM芯片上方样品涂覆层对介电环境的变化。到目前为止，已经尝试了多种方法来实现更大的频移或更高的Q因子，以提高MM的传感灵敏度，实现极其尖锐共振的一种有效方法是通过激励“捕获模式”来引入多开口环谐振器。此外，通过在一些薄的低介电常数衬底上制造THzMM芯片来降低传输损耗和感应电容，可以显著提高THz生物传感器的灵敏度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种太赫兹波段超材料传感器。本专利技术的另一目的是提供一种利用太赫兹波段超材料传感器检测黄曲霉毒素B1和B2(AFB1和AFB2)的方法。为了实现本专利技术目的，第一方面，本专利技术提供一种太赫兹波段超材料传感器，所述传感器包括基底和附着在所述基底上的亚波长金属谐振环阵列；其中，所述亚波长金属谐振环阵列至少包含10000个均匀排布、等尺寸的谐振环单元，每个谐振环单元为奔驰标志形状，且圆环上至少设有一个开口，可在太赫兹波段(激励)下实现谐振。其中，基底材料选自半导体硅、聚酰亚胺、石英等中的一种，厚度为25-50μm；优选基底材料为聚酰亚胺，厚度(d2)为29μm(图1)。亚波长金属谐振环阵列的材料选自金、铝、铜等中的一种或它们的合金，厚度为200-400nm；优选亚波长金属谐振环阵列的材料为金，厚度(d1)为200nm。优选地，每个谐振环单元的圆环上设有三个等大的开口，三个开口以圆环中心为圆心成120°(图1)。更优选地，所述谐振环单元的尺寸(a×a)为50μm×50μm，每个谐振环单元其圆环的内半径(r)为17μm，外半径(R)为20μm，宽度(w2)为3μm，开口(w3)大小为2μm(图1)。上述超材料结构可通过紫外光刻技术、金属镀膜技术和/或lift-off技术获得。例如，采用CST仿真软件设计仿真并用L-Edit绘制掩模版加工图，通过紫外光刻技术加工出有效可用的三开口奔驰环的太赫兹波段超材料生物传感器。第二方面，本专利技术提供所述传感器在黄曲霉毒素B1和B2的定性及定量检测中的应用。第三方面，本专利技术提供一种利用太赫兹波段超材料传感器检测黄曲霉毒素B1和B2的方法，所述方法包括：用甲醇(分析纯)分别配制黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液，加至所述传感器的阵列上，干燥后采用太赫兹时域光谱系统获取样本在0-3.0THz范围内的太赫兹光谱数据，并分析LC谐振模式的共振频率随不同量的黄曲霉毒素B1、B2的偏移量变化，分别建立黄曲霉毒素B1、B2含量与频率偏移量的数学模型；待测样品经前处理后，配制成溶液，用待测样品溶液替换所述黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液，并按照上述方法对待测样品溶液进行测定，根据测定结果实现对黄曲霉毒素B1和B2的定性及定量检测。具体地，所述方法包括以下步骤：(1)用甲醇分别配制黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液；(2)将黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液滴加至所述传感器的阵列上并干燥，作为待测样本；利用太赫兹时域光谱系统，采用透射测量模式在氮气环境下采集传感器基底的太赫兹光谱数据作为参考信号，滴加不同量样本的太赫兹光谱数据作为样本信号，对时域光谱进行傅里叶变换，得到参考振幅Eref(ω)和样品振幅Esam(ω)；(3)在0-3.0THz范围内，利用振幅信息，通过T(ω)＝Esam(ω)/Eref(ω)获得黄曲霉毒素B1、B2样本的透过率，建立黄曲霉毒素B1、B2的含量与透过率的标准方程；(4)根据上述频率-透过率曲线得到不同量黄曲霉毒素B1、B2的共振峰分别对应的频率f，建立黄曲霉毒素B1、B2的含量与频率的标准方程；(5)将不同量黄曲霉毒素B1、B2样本对应的频率f与滴加0μL样本的频率f0相减得到对应的频率偏移量Δf，并建立黄曲霉毒素B1、B2的含量与频率偏移的标准方程；(6)根据Δf/f0(％)的比值，建立黄曲霉毒素B1、B2的含量与归一化频率偏移的标准方程；(7)用待测样品溶液替换步骤(2)中的标准品溶液，并按照步骤(2)～(6)对待测样品溶液进行测定。前述的方法，步骤(1)配制的黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液的浓度为2mg/mL。前述的方法，步骤(2)中太赫兹时域光谱系统的测定条件为：20-25℃(优选22℃)，相对湿度<10％，频率范围为0-3.0THz。前述的方法，步骤(4)所建标准方程为：黄曲霉毒素B1：f＝1.27886-0.01021x+2.8083×10-4x2黄曲霉毒素B2：f＝1.27886-0.0142x+4.97895×10-4x2前述的方法，步骤(5)所建标准方程为：黄曲霉毒素B1：Δf＝-0.4685+10.2073x-0.2809x2黄曲霉毒素B2：Δf＝2.3415+13.5803x-0.4683x2前述的方法，步骤(6)所建标准方程为：黄曲霉毒素B1：Δf/f0＝-0.06+0.798x-0.022x2黄曲霉毒素B2：Δf/f0＝0.18+1.056x-0.036x2上式中：x均为滴加标准品溶液的体积。前述的方法，黄曲霉毒素B1的最低检测限为0.8μg，黄曲霉毒素B2的最低检测限为0.4μg。该传感器在覆盖2μm厚度的黄曲霉毒素B1或B2时，检测灵敏度为166.7GHz/RIU。上述方法还可以实现对黄曲霉毒素B1和B2的定性检测。具体地，可根据频率偏移量(频移量)的大小实现黄曲霉毒素B1、B2的定性鉴定。借由上述技术方案，本专利技术至少具有下列优点及有益效果：本专利技术提供一种利用太赫兹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.太赫兹波段超材料传感器，其特征在于，所述传感器包括基底和附着在所述基底上的亚波长金属谐振环阵列；其中，所述亚波长金属谐振环阵列至少包含10000个均匀排布、等尺寸的谐振环单元，每个谐振环单元为奔驰标志形状，且圆环上至少设有一个开口，可在太赫兹波段下实现谐振。/n

【技术特征摘要】
1.太赫兹波段超材料传感器，其特征在于，所述传感器包括基底和附着在所述基底上的亚波长金属谐振环阵列；其中，所述亚波长金属谐振环阵列至少包含10000个均匀排布、等尺寸的谐振环单元，每个谐振环单元为奔驰标志形状，且圆环上至少设有一个开口，可在太赫兹波段下实现谐振。


2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，每个谐振环单元的圆环上设有三个等大的开口，三个开口以圆环中心为圆心成120°。


3.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，基底材料选自半导体硅、聚酰亚胺、石英中的一种，厚度为25-50μm；优选基底材料为聚酰亚胺，厚度为29μm；
亚波长金属谐振环阵列的材料选自金、铝、铜中的一种或它们的合金，厚度为200-400nm；优选亚波长金属谐振环阵列的材料为金，厚度为200nm。


4.根据权利要求1-3任一项所述的传感器，其特征在于，所述谐振环单元的尺寸为50μm×50μm，每个谐振环单元其圆环的内半径为17μm，外半径为20μm，宽度为3μm，开口大小为2μm。


5.权利要求1-4任一项所述传感器在黄曲霉毒素B1和B2的定性及定量检测中的应用。


6.利用太赫兹波段超材料传感器检测黄曲霉毒素B1和B2的方法，其特征在于，所述方法包括：用甲醇分别配制黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液，加至权利要求1-4任一项所述传感器的阵列上，干燥后采用太赫兹时域光谱系统获取样本在0-3.0THz范围内的太赫兹光谱数据，并分析LC谐振模式的共振频率随不同量的黄曲霉毒素B1、B2的偏移量变化，分别建立黄曲霉毒素B1、B2含量与频率偏移量的数学模型；待测样品经前处理后，配制成溶液，用待测样品溶液替换所述黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液，并按照上述方法对待测样品溶液进行测定，根据测定结果实现对黄曲霉毒素B1和B2的定性及定量检测。


7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用甲醇分别配制黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液；
(2)将黄曲霉毒素B1、B2的标准品溶液滴加至所述传感器的阵列上并干燥，作为待测样本；
利用太赫兹时域光谱系统，采用透射测量模式在氮气环境下采集传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉平，赵蓉，
申请(专利权)人：中央民族大学，
类型：发明
国别省市：北京;11