【摘 要】
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太赫兹（THz）波的光子能量（0.4-41 meV）与大量有机物,生物大分子的旋转能级和振动能级处于同一数量级,可以较无损的获取这些样品的特征吸光谱,进行定性或定量检测。然而,活性生物样品内部含有大量水分,水对太赫兹波吸收强烈,掩盖了生物样品的特征吸收光谱。针对该问题,本论文设计,优化并搭建了“静态”与“瞬态”两套太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）,分别实现了超低浓度生物大分子溶液与活细胞的特征
【基金项目】
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国家自然科学基金重大科研仪器研制项目“细胞和生物大分子应用的片上瞬态THz光谱仪”（编号:61427814）；
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太赫兹（THz）波的光子能量（0.4-41 meV）与大量有机物,生物大分子的旋转能级和振动能级处于同一数量级,可以较无损的获取这些样品的特征吸光谱,进行定性或定量检测。然而,活性生物样品内部含有大量水分,水对太赫兹波吸收强烈,掩盖了生物样品的特征吸收光谱。针对该问题,本论文设计,优化并搭建了“静态”与“瞬态”两套太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）,分别实现了超低浓度生物大分子溶液与活细胞的特征光谱检测。静态THz-TDS采用LT-GaAs光电导天线作为太赫兹辐射源,ZnTe晶体作为太赫兹探测器,辅以太赫兹平行平板金属波导与太赫兹金属表面等离子体波导,增强局域的太赫兹电场强度,实现太赫兹波透射检测含水样品。利用静态THz-TDS,检测了 α-乳糖、4-氨基苯甲酸、L-精氨酸、L-谷氨酸、和纤维二糖等生物大分子溶液,浓度分别为1.754×10-9 mol/L、1.46×10-10 mol/L、2.0115×10-9 mol/L、4.898×10-9 mol/L、和 0.877×10-9 mol/L。所获特征吸收光谱均存在与其固体样品相似的特征吸收峰。瞬态THz-TDS使用LiNbO3晶体作为强太赫兹辐射源,ZnTe晶体与CCD结合作为太赫兹探测器。其中,通过波前倾斜技术,在LiNbO3晶体中实现了非共线相位匹配,获得了平均功率为500μW的强太赫兹辐射电场,实现了太赫兹波透射检测活细胞;使用CCD正交平衡探测技术,测量单个完整太赫兹脉冲的时间仅为155 ps。利用瞬态THz-TDS,检测了浓度分别为 5.78×103（per/mm2）、1.16×104（per/mm2）、和 1.74×104（per/mm2）的HeLa活细胞,其特征吸收峰的幅值与细胞浓度呈线性增加关系。
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