纳米天线增强生物分子的太赫兹相互作用

太赫兹时域光谱（THz-TDS）是一种用于生物和化学传感的非侵入、非接触、无标记技术，因为太赫兹光谱能量较低，且位于蛋白质和DNA分子的特征振动频率范围内。然而，THz-TDS对于尺寸等于或小于λ/100（其中λ是入射太赫兹波的波长）的微生物以及极低浓度溶液（如几飞摩尔）中的分子检测灵敏度较低。在成功实现纳米结构的高通量制备后，纳米天线和超材料被发现对于提高传统THz-TDS的灵敏度不可或缺。这些纳米结构导致强烈的太赫兹场增强，当与吸收分子的吸收光谱共振时，会引起传输光谱幅度的显著变化，从而提高灵敏度，允许检测极低浓度溶液中的分子和生物材料。在此，我们回顾了超灵敏和选择性纳米间隙生物传感器的最新进展。我们还对各种高通量纳米制备技术进行了深入回顾。我们讨论了亚趋肤深度以及亚纳米尺寸纳米间隙中场增强的物理机制。我们介绍了使用时域有限差分（FDTD）和分子动力学（MD）模拟工具来研究太赫兹生物分子相互作用。最后，我们全面介绍了纳米天线增强检测病毒（如H1N1）和生物分子（如具有成瘾性和致癌性的人工甜味剂）的情况。