柔性超材料吸收器及基于该吸收器的AFB1快速检测方法技术

本发明专利技术为一种柔性超材料吸收器及基于该吸收器的AFB1快速检测方法。吸收器的主体为密切接触堆叠排列的三层超材料结构，从上到下依次为图案层，均匀电介质层和柔性材料层，图案层为周期排列的微纳单元，单元结构为外环与内环嵌套组成的周期结构，其中内环为封闭环，外环为开口谐振环。检测方法为将不同含量的AFB1溶液样本滴在太赫兹超材料吸收器表面，并获取其光谱曲线，在此基础上建立超材料吸收器在AFB1特征峰值处的振幅/位置与含量的标准曲线，结果表明，在第二个反射峰频率处，该超材料结构对AFB1厚度存在较好的相关关系，相关性高达0.98。本发明专利技术对黄曲霉毒素检测器件设计、生物超材料专用传感器研发等的具有重要意义。物超材料专用传感器研发等的具有重要意义。物超材料专用传感器研发等的具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
柔性超材料吸收器及基于该吸收器的AFB1快速检测方法


[0001]本专利技术属于毒害类物质检测以及超材料传感
，涉及食品中的霉变类毒素检测，特别涉及一种柔性超材料吸收器及基于该吸收器的AFB1快速检测方法。

技术介绍

[0002]黄曲霉毒素B1(Aflatoxin B1，AFB1)作为黄曲霉的一种代谢产物，分布广、毒性强、危害大，直接抑制人体或动物的免疫系统功能，增加致癌风险，且其热稳定性较好，常规烹调和加热方法不易分解，残留的毒素对人体、动物健康和环境都有较大危害。
[0003]常用的检测方法有薄层色谱法、液相色谱法、荧光分光光度法等，但这些方法需要专业的检测设备和相对洁净的操作环境，不适用于毒素的现场检测。随着技术进步，又出现了如酶联免疫法、胶体金免疫层析法及生物传感器等用于黄曲霉毒素B1快速、准确、简便的检测方法。这些新型检测方法对设备与环境的要求相对而言较低，但仍存在操作步骤繁琐的问题。
[0004]随着太赫兹技术的发展，太赫兹时域光谱检测(THz
‑
TDS)技术凭借能量低、穿透性强和具有许多物质的指纹谱等优势被越来越多地用于水分含量测定、土壤检测、虫害测量、转基因作物检测、质量控制和掺假检测、作物产量估算等无损检测领域中。针对霉菌及其代谢产物的太赫兹光谱检测方面，已有国内外学者取得丰硕的研究成果，但在实用技术方面尚未成熟，具有较大的应用潜力。尤其在THz超材料传感器的研究中，提高检测灵敏度是亟需开展深入研究的。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种柔性超材料吸收器及基于该吸收器的AFB1快速检测方法，采用三层结构，构成了太赫兹超材料吸收器，基于该吸收器，可快速、准确地检测黄曲霉毒素B1的含量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种柔性超材料吸收器，所述吸收器的主体为密切接触堆叠排列的三层超材料结构，上层为图案层，中间为均匀电介质层，下层为柔性材料层，其中图案层为周期排列的微纳单元，其单元结构为外环与内环嵌套组成的周期结构，其中内环为封闭环，外环为开口谐振环结构。
[0008]在一个实施例中，所述均匀电介质层覆于柔性材料层上，所述柔性材料层被配置为能够覆于柔性衬底上，所述图案层的主体材料为银，所述均匀电介质层的介质材料为无源非磁性材料，所述柔性材料层的材料为聚乙烯醇。
[0009]在一个实施例中，所述内环和外环均为微米级尺寸，且开口处和环内材料均为空气。
[0010]在一个实施例中，所述外环具有两个开口，所述两个开口为尺寸一致的对称结构。
[0011]在一个实施例中，通过调整所述均匀电介质层的材料和厚度，缓冲所述图案层局
域的电磁波与待测溶液相互作用的耗散程度，以使电磁波在上层与下层之间来回传播耗散，实现完美吸收，其中所述均匀电介质层的材料折射率决定反射峰共振频率，材料厚度决定反射峰强度。
[0012]在一个实施例中，所述图案层的尺寸参数直接影响所述柔性超材料吸收器的共振频率和模式，其中，随着外环外径的增加，反射峰值随之增加，且反射峰强度逐渐增强，此时电磁波局域在开口环上，电流沿外环外侧的一个开口处流向另一开口位置，且内环的电流方向与外环相反，整体呈偶对称模式；
[0013]随着外环半径的增大，电场的强度发生波动，在内外环的中间部分电场的强度最小，向开口方向观察电场强度的变化趋势为先增大后减小，且内侧略高于外侧；
[0014]针对待测物的特征峰位置，通过调整顶层图案参数，包括外环的内外半径、开口宽度、内环半径及图案层的厚度，初步确定其共振位置，随后通过调整所述均匀电介质层的材料和厚度确定吸收器的共振位置和强度。
[0015]在一个实施例中，所述图案层的厚度为3.5μm，图案参数为：外层开口环外半径为19μm、内半径为16μm、开口环宽度为3μm，内环的外半径8μm、内半径为5μm，晶格常数为50μm，均匀电介质层的厚度为5μm，柔性材料层的厚度为30μm。
[0016]在一个实施例中，所述吸收器在黄曲霉毒素B1的特征峰值0.3THz、1.1THz和2.0THz位置处激发出反射峰，且在后两个特征峰位置处，存在两种明显不同的共振模态；其中，在1.1THz频率处，入射电场主要局域在环状结构内外两侧，其余部分电磁波溢出集中在内环附近；在2.0THz处，入射波完全集中在外层谐振环的开口处，且电场强度略高于1.1THz处的电场强度。
[0017]本专利技术还提供了基于所述柔性超材料吸收器的AFB1快速检测方法，包括如下步骤：
[0018]步骤1：配置不同含量的AFB1溶液样本，并将其滴在所述图案层的表面，然后获取吸收器的反射光谱曲线；
[0019]步骤2：根据不同溶液样本的光谱数据建立所述柔性超材料吸收器在AFB1特征峰值1.1THz处的振幅/位置与含量的标准曲线；
[0020]步骤3：将待测的含有AFB1的溶液按照步骤1的操作获取其反射光谱曲线和在1.1THz处的振幅和频率位置，对照所述标准曲线，获得AFB1的含量。
[0021]在一个实施例中，每次滴加待测溶液前，将所述柔性超材料吸收器放入无水乙醇中超声清洗，再放入蒸馏水中超声清洗，之后置于无菌环境中晾干或使用氮气吹干，然后再使用。
[0022]在一个实施例中，将AFB1溶液滴到所述图案层的表面，确保溶剂挥发后再进行后续太赫兹光谱的获取。
[0023]与现有技术相比，本专利技术的三层柔性太赫兹超材料吸收器，尤其是特定的表面图案可提供更多的共振模式，并激发出多个共振峰。本专利技术吸收器可实现低浓度黄曲霉毒素B1含量的快速检测，与传统检测方法相比，该方法的检测限度更低，且标准曲线的相关性高达0.98，准确率高。本专利技术涉及的吸收器和检测方式可对于该类低浓度液体待测物的检测提供参考。综上，本专利技术可用于在食品安全、植物保护和农业专用传感器设计等领域。
附图说明
[0024]图1为本专利技术三层柔性太赫兹超材料吸收器的结构示意图。
[0025]图2为本专利技术吸收器在0.1THz～2.5THz频率范围的反射谱。
[0026]图3为本专利技术吸收器在共振峰值处的电场分布图。
[0027]图4为中间层厚度对吸收器性能的影响。
[0028]图5为本专利技术涉及的AFB1含量检测方法示意图。
[0029]图6为本专利技术提到的频率的偏移量与AFB1分析物厚度的标准曲线。
具体实施方式
[0030]下面结合附图和实施例详细说明本专利技术的实施方式。
[0031]如前所述，太赫兹时域光谱检测(THz
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TDS)技术虽已在霉菌及其代谢产物的检测中获得了应用，但是仍没有一种能够成熟应用的方案，究其原因，主要是由于在实际应用及国家标准中，待测物的检出限往往较低，因此在太赫兹波段呈现的指纹峰较弱，难以准确检测。尤其在实际应用中，痕量霉菌便可影响食品和人身安全，且霉菌的代谢产物复杂，这导致其检测本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性超材料吸收器，其特征在于，所述吸收器的主体为密切接触堆叠排列的三层超材料结构，上层为图案层(1)，中间为均匀电介质层(2)，下层为柔性材料层(3)，其中图案层(1)为周期排列的微纳单元，其单元结构为外环与内环嵌套组成的周期结构，其中内环为封闭环，外环为开口谐振环结构。2.根据权利要求1所述柔性超材料吸收器，其特征在于，所述均匀电介质层(2)覆于柔性材料层(3)上，所述柔性材料层(3)被配置为能够覆于柔性衬底上，所述图案层(1)的主体材料为银，所述均匀电介质层(2)的介质材料为无源非磁性材料，所述柔性材料层(3)的材料为聚乙烯醇。3.根据权利要求1所述柔性超材料吸收器，其特征在于，所述内环和外环均为微米级尺寸，且开口处和环内材料均为空气。4.根据权利要求1所述柔性超材料吸收器，其特征在于，所述外环具有两个开口，所述两个开口为尺寸一致的对称结构。5.根据权利要求1所述柔性超材料吸收器，其特征在于，通过调整所述均匀电介质层(2)的材料和厚度，缓冲所述图案层(1)局域的电磁波与待测溶液相互作用的耗散程度，以使电磁波在上层与下层之间来回传播耗散，实现完美吸收，其中所述均匀电介质层(2)的材料折射率决定反射峰共振频率，材料厚度决定反射峰强度。6.根据权利要求1所述柔性超材料吸收器，其特征在于，所述图案层(1)的尺寸参数直接影响所述柔性超材料吸收器的共振频率和模式，其中，随着外环外径的增加，反射峰值随之增加，且反射峰强度逐渐增强，此时电磁波局域在开口环上，电流沿外环外侧的一个开口处流向另一开口位置，且内环的电流方向与外环相反，整体呈偶对称模式；随着外环半径的增大，电场的强度发生波动，在内外环的中间部分电场的强度最小，向开口方向观察电场强度的变化趋势为先增大后减小，且内侧略高于外侧；针对待测物的特征峰位置，通过调...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈煦，张思怡，刘嘉祺，徐志远，姚志凤，何东健，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：发明
国别省市：