背景:太赫兹（Terahertz,THz）光谱技术作为一种非侵入性、非电离和无标记的分析方法,具有解析分子间低频振动模式的独特优势,特别适用于生物分子的定量检测。由于生物分子的尺寸明显低于THz波长所带来的尺度失匹配问题,导致检测分子的吸收截面较小,传统的THz光谱技术难以有效获取分子的光谱信息。目前常用的策略是利用THz超材料在其表面的局域增强电场或THz衰减全反射（Terahertz attenuated total reflection,THz-ATR）技术在ATR棱镜表面产生的倏逝波以强化THz波和检测靶标的相互作用,提高靶标的检测灵敏度。但上述方法均面临水分子对THz波的强烈吸收,靶标的特征响应信号往往被溶液环境的背景信号所淹没,难以在复杂基质背景下特异提取生理浓度的靶标信号。为实现生物分子的高灵敏检测,往往需要通过样本干燥或置换高吸收背景等方式降低生物分子周围水分的强吸收干扰。考虑到生物分子大多处于液相环境,繁琐的样本处理过程不仅严重限制检测方法的应用场景,更会损伤其生物活性。因此,开发一种可直接在液相环境下实现生理浓度生物分子特异性检测的THz传感方法,对于THz技术在临床检测中的推广应用具有重要的现实意义。响应性水凝胶是一种可在溶液环境中广泛水化溶胀而不溶于水的三维网状交联聚合物,通过修饰特异识别元件（如:适配体、抗体、特征分子等）于聚合物链,可实现靶分子的特异性响应并表现出明显的溶胀收缩行为,具体体现为水凝胶折射率、体积及水化状态等关键参数的变化,在生物传感、药物靶向递送等方面潜力巨大。鉴于响应性水凝胶具备靶标诱导的水化状态改变特性,将其整合入THz无标记传感平台后,可充分利用THz波的水敏感性,通过THz光谱技术灵敏探测靶标诱发的凝胶网络水化状态改变,或可实现溶液环境中靶分子的特异性检测。鉴于此,本研究瞄准THz技术液相传感灵敏度不足和特异性欠佳问题,首先我们将适配体水凝胶在THz超材料芯片表面实现功能化,通过数字模拟和实验测量验证该传感芯片用于生物分子液相传感的可行性,构建了一种分子特异的THz液相传感芯片,为液相环境中THz生物分子特异性检测提供有效参考。方 法:1.适配体水凝胶功能化的THz超材料芯片的构建:探索适配体水凝胶在超材料表面功能化方法,通过适配体凝胶在功能化超材料表面的原位聚合构建THz液相传感芯片。采用THz-ATR平台获取适配体水凝胶特征响应过程中的THz光谱特征,优选自参考反射式测量模式获取THz液相传感芯片的THz响应信号,联合数字模拟和实验测量验证该传感策略的可行性。2.THz液相传感芯片的传感性能评估:系统优化该THz液相传感体系的关键参数（包括:适配体水凝胶薄膜厚度、适配体浓度和交联密度）,评价其在检测凝血酶溶液的反应动力学,评估定量检测凝血酶溶液的灵敏度和特异度,并开展了该THz液相传感芯片在人血清样本中凝血酶的定量检测试验,验证其应用于实际临床样本检测的效能。结 果:1.利用THz-ATR平台获取适配体水凝胶在凝血酶作用前后的消光系数,发现其均低于PBS溶液,但凝血酶作用后水凝胶的消光系数出现升高。通过FDTD模拟该传感芯片的自参考反射信号,其模拟谐振峰幅值在水凝胶薄膜厚度为50 μm时达到最大,并且在100 pM凝血酶作用后,模拟谐振峰幅值明显下降,相对变化率为23.26%。此外,通过实验测量了分别在PBS溶液和100 pM凝血酶溶液中溶胀平衡后的THz液相传感芯片的自参考反射信号,其谐振峰幅值相对变化率分别为1.32%和22.19%。最后通过SEM表征发现,凝血酶作用后适配体水凝胶网络孔径明显增大。2.系统优化THz液相传感芯片后的反应条件分别为:功能化适配体水凝胶薄膜厚度为50μm、交联密度（丙烯酰胺（Am）/亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）的比值）为200:2、适配体浓度为15 μM,优化后的THz液相传感芯片在60 min内即可反应完全。利用该传感芯片定量检测凝血酶溶液时,其谐振峰幅值相对变化率与凝血酶浓度（0.5-500 pM）表现出明显的线性关系（R2=0.9824）,LOD为0.21 pM（S/N=3）,并且可明显排除牛凝血酶、血红蛋白和牛血清白蛋白等常见物质的干扰,其干扰度均小于5%。最后在人血清样本中实现了 h-TB的定量检测,其LOD为0.40 pM,说明该THz液相传感芯片在应用于实际临床样本检测时同样表现出的优异的传感性能。结 论:本研究联合数字模拟和实验测量阐明了适配体水凝胶功能化的THz超材料芯片用于凝血酶溶液检测的理论基础,成功构建了一种分子特异的THz液相传感芯片,在定量检测凝血酶溶液时展现出优异的传感性能,优于大多数无标记传感策略,并在人血清样本分析试验中验证了其实际应用潜能。该传感体系具备良好的通用性,可为解决THz液相传感特异性问题提供一条切实可行的途径。