超表面（Metasurfaces,MSs）,作为一种人工构造的、为克服超材料（Metamaterials,MMs）加工难度大以及对电磁波损耗大等局限性而提出的超薄二维阵列平面,拥有天然材料不具备的超常物理特性。利用超表面结构对太赫兹波的特殊响应制作的传感器来检测生物大分子,已成为生物医学检测领域的一大热点。超表面太赫兹传感器是通过对“敏锐感知”其超表面上的介电环境变化来对蛋白质以及生物试剂进行检测,并且该类传感器具备高效性、无标签以及安全性好等优异性能。本文主要研究超表面太赫兹传感器的电磁响应特性及其物质检测应用,具体内容如下:（1）研究了超表面传感器的基础理论、仿真设计、加工工艺及流程、传感特性及性能指标。（2）采用有限积分方法设计了一款基于双椭圆结构的超高品质因素（Q值）超表面太赫兹传感器。对传感器各个参数进行了优化,使传感器的Q值达到了348,同时还具备293 GHz/RIU的超高灵敏度。最后,还结合连续介质束缚态理论和电磁场理论分析了传感机理。（3）设计并制造了一款由“笑脸”结构周期单元组成的超表面太赫兹传感器,其高频谐振峰与低频谐振峰灵敏度分别达108 GHz/RIU和86 GHz/RIU。传感器对人表皮生长因子受体-2（HER2）、癌胚抗原蛋白（CEA）以及甲胎蛋白（AFP）这三种癌症标志蛋白溶液的浓度进行检测。结果表明,将HER2、CEA和AFP溶液的浓度分别从0.1 ng/m L增加到100 ng/m L时,对应的透射谱谐振峰往低频移动,且分别频移了26 GHz、24 GHz以及23 GHz,传感器对三种蛋白浓度的检测下限为0.1 ng/m L。实验结果还表明,该传感器具有良好的鲁棒性以及优良的线性度,在医学检测及疾病诊断领域具有重要潜力。（4）在“笑脸”结构周期单元组成的超表面构建纳米金/石墨烯/硫堇（AuNPs/RGO/TH）层,用来吸附HER2蛋白的核酸适配体HB5。并使用核酸适配体HB5对传感器表面进行修饰,以检测HER2、CEA以及AFP蛋白溶液。结果发现,当HER2、CEA和AFP溶液浓度分别从0.1 ng/m L增加到100 ng/m L时,对应透射谱谐振峰往低频分别频移了38 GHz、29 GHz以及27 GHz。相比未修饰前的传感器,修饰了核酸适配体的传感器不仅提高了灵敏度,同时还对适配体抗原具有特异性检测能力。本文提出的这些检测方法,为太赫兹传感技术在生物医学领域的应用开辟了新思路。