太赫兹（THz）波是电磁波谱中尚未完全认知和开发的最后一个频段,具有重要学术意义和应用价值。太赫兹时域光谱（THz-TDS）技术已被证明在研究生物物理特性及结构功能等方面具有突出优势,在获取物质特征集体振动模式信息和分子间相互作用信息的同时,不断向生物传感领域延伸。但是生物体系的高复杂性和水对THz波的强吸收,成为THz技术应用于生物研究中的重要瓶颈问题。本文以THz光子与分子间相互作用的能量匹配作为理论指导,以多肽分子自组装和蛋白聚集体系为研究对象,利用THz-TDS技术研究了固态样品的分子间振动模式、液态样品的水化信息和THz生物传感,获得不同检测条件下THz频谱对结构变化的灵敏度,从THz波谱能量视角揭示并验证蛋白-分子聚集的分子间相互作用规律,完成了以下研究工作:1.对固态手性自组装样品的THz频谱研究和分子动力学模拟。以二茂铁-苯丙氨酸二肽（Fc-FF）为原料,在不同溶剂条件下自组装为超分子手性扭带。THz吸收峰频率的相似性来自Fc-FF晶体的集体振动模式,与模拟结果吻合;THz吸收数值的差异性来自Fc-FF分子内氨基酸手性引起的超分子结构对称性破缺。因此THz光谱对固体样品的灵敏度可以拓展到超分子手性和对称性破缺层面。2.对不同聚集态胰岛素溶液的THz频谱研究和水化信息定量计算。采用p H值调控法得到稳定的胰岛素单体和二聚体,两者的THz吸收均随浓度增加呈“先增后减”趋势。以拐点浓度为出发点,结合随机分布模型定量计算,得到两者水化分子数存在“1.64倍”关系,与溶剂可及表面积比例一致。对单一位点突变的胰岛素样品研究表明,B24位点在二聚过程结构变化中起到重要作用。因此,THz光谱对溶液样品的灵敏度可以达到不同蛋白聚集体层面。3.基于表面等离激元原理的THz微结构传感器设计和在多种溶液样品介电特性表征中的应用。光栅结构传感器用于不同体积分数乙醇-水混合溶液研究,灵敏度约为100 GHz/RIU,谐振峰偏移与乙醇体积分数存在近似线性关系。开口环结构传感器用于不同聚集态胰岛素溶液研究,灵敏度达到200 GHz/RIU,谐振峰偏移量与胰岛素浓度成反比,拐点浓度差异由二聚过程结构变化引起的介电特性差异造成。因此,THz微结构传感器可以发展成为高灵敏度的生物检测工具。