All-Dielectric Metasurface-Based Terahertz Molecular Fingerprint Sensor for Trace Cinnamoylglycine Detection

太赫兹辐射 指纹(计算) 电介质 跟踪(心理语言学) 材料科学 光电子学 光学 计算机科学 物理 人工智能 语言学 哲学
作者
Qiyuan Xu,Mingjun Sun,Weijin Wang,Yanpeng Shi
出处
期刊:Biosensors [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (9): 440-440 被引量:10
标识
DOI:10.3390/bios14090440
摘要

Terahertz (THZ) spectroscopy has emerged as a superior label-free sensing technology in the detection, identification, and quantification of biomolecules in various biological samples. However, the limitations in identification and discrimination sensitivity of current methods impede the wider adoption of this technology. In this article, a meticulously designed metasurface is proposed for molecular fingerprint enhancement, consisting of a periodic array of lithium tantalate triangular prism tetramers arranged in a square quartz lattice. The physical mechanism is explained by the finite-difference time-domain (FDTD) method. The metasurface achieves a high quality factor (Q-factor) of 231 and demonstrates excellent THz sensing capabilities with a figure of merit (FoM) of 609. By varying the incident angle of the THz wave, the molecular fingerprint signal is strengthened, enabling the highly sensitive detection of trace amounts of analyte. Consequently, cinnamoylglycine can be detected with a sensitivity limit as low as 1.23 μg·cm-2. This study offers critical insights into the advanced application of THz waves in biomedicine, particularly for the detection of urinary biomarkers in various diseases, including gestational diabetes mellitus (GDM).
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