具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及试验更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

超表面是由单元结构周期性排列组成的二维人工电磁材料，能够在亚波长尺度下极大增强局域场强度，有效提高对痕量分析物的检测能力，只需要通过设计谐振结构就可以灵活地控制其电磁特性。本发明设计对称弓形柔性超表面作为生物传感平台，使用THz入射波用于对癌细胞的检测。当超表面外部边界条件发生改变时，附加在该变表面上的外部物质吸收电场的能量，介电环境的扰动改变了界面边界条件，很大程度上改变了相应的光谱性质。本发明用THz时域光谱仪对所设计结构进行检测，相较于传统X光检测与超声波检测，THz波具备无损伤性和对非极性物质的穿透性，并且恰好能够覆盖有机体和生物大分子等物质的特征谱，能够检测到细胞内部生化信号的变化，分辨出正常细胞和癌细胞的不同。最后，本发明还将小波分析引入对时域谱信息的分析，通过matlab编程将莫雷小波函数与测试得到的时域信号进行内积运算，莫雷小波函数横向平移得到时域信息，纵向拉伸得到频域信息，提取小波系数得到消光谱强度，因此，基于小波变换得到的二维时频消光映射谱能同时观察时域和频域的消光强度，解决了传统快速傅里叶变换丢失时域信息的难题，从而达到增加传感丰度和参数维度的目的。因此，本发明为解决痕量癌细胞的无标记检测，及早发现癌细胞的存在，争取治疗时间提供了可能。

一种生物癌细胞检测的对称弓字型柔性超表面传感器，包括基底1，在基底上刻蚀对称金属弓字环2，对称的两金属弓字环之间有间隙，基底和表面对称金属弓字环构成超表面传感器，对称金属弓字环利用传统光刻工艺沉积在基底上。用太赫兹时域光谱测试超表面传感器时域信号，最后通过matlab编程将莫雷小波函数与测试得到的时域信号进行内积运算，莫雷小波函数横向平移得到时域信息，纵向拉伸得到频域信息，提取小波系数得到消光谱强度，因此，利用莫雷小波函数与时域信号内积得到的小波系数实现对不同浓度和不同生物样品同时在时域和频域变化的二维可视化输出。

本发明生物癌细胞检测的对称弓字型柔性超表面传感器，所述金属弓字环为周期性单元结构。

本发明生物癌细胞检测的对称弓字型柔性超表面传感器，所述基底为柔性聚酰亚胺基底。

本发明生物癌细胞检测的对称弓字型柔性超表面传感器，所述基底厚度为10μm。

本发明生物癌细胞检测的对称弓字型柔性超表面传感器，所述周期性单元结构的金属弓字环的材料为金，周期为50μm，厚度为0.2μm，线宽D3为3.38μm。

本发明生物癌细胞检测的对称弓字型柔性超表面传感器，所述对称金属弓字环的长L1和宽度D1均为45μm，两弓字环之间的横向间隙宽D2为4.5μm，中间内凹部分纵向长度L2为11.25μm。

本发明生物癌细胞检测的对称弓字型柔性超表面传感器，利用莫雷小波函数与时域信号内积得到的小波系数实现对不同浓度和不同生物样品同时在时域和频域变化的二维可视化输出，实现超表面传感器的多性能传感。

获得本发明金属弓字环结构具体做法为：在光刻机上放置涂好光刻胶的基片和制备好的掩模板（MASK）并对准，将基片与MASK贴紧，用光刻机上的显微镜观察，并调整好曝光时间，曝光时间为9.8秒，曝光4次。曝光完以后接着进行反转烘烤，在110℃下烘烤1分钟。然后反曝光45秒，最后利用显影液显影，时间为45秒，显影后进行后烘，烘烤温度为90℃，时间为10分钟。在露出的聚酰亚胺膜上面蒸200nm厚的金。将蒸金属的样品浸泡在丙酮溶液中进行剥离去除剩下的光刻胶AZ5214与所述光刻胶上的第一层金属，浸泡时间20分钟左右即可。然后用异丙醇及去离子水清洗。

本发明用细胞贴壁法将细胞养在超表面上，具体做法为：

具体培养方法如下所示：HSC3 和 HaCaT 生物细胞在添加有双抗 (100 U/mL青霉素+100 μg/mL链霉素) 和10% 胎牛血清的改良培养基 (DMEM) 中进行培养，培养条件为恒温37°C 以及 5% 的CO2 浓度。在显微镜下观察贴壁细胞达到一定程度后，用 0.25% 胰蛋白酶-EDTA进行消化处理，制备成单细胞悬液，在经过培养基冲匀打散后将细胞均匀接种并培养到超表面上，接着用THz时域光谱仪对附着有细胞的超表面进行测试得到时域信息。

本发明基于二维小波分析对THz时域光谱仪所测试得的时域信息进行处理，通过matlab编程将莫雷小波函数与测试得到的时域信号进行内积运算，莫雷小波函数横向平移得到时域信息，纵向拉伸得到频域信息，提取小波系数得到消光谱强度，因此，利用莫雷小波函数与时域信号内积得到的小波系数实现对不同浓度和不同生物样品同时在时域和频域变化的二维可视化输出，通过比较二维时频图的消光强度和消光图形状可达到区分不同浓度和不同生物样品的目的。

本发明，如图1所示。包括如下两层结构：底层由柔性材料聚酰亚胺制成；表层的表面图形化金属层由等间距排列的（单位周期性结构）对称弓字型结构组成。柔性基底层与对称弓字型周期性单元组成的表面图形化金属层构成超表面传感器。本发明利用THz波作为探测波束，在入射电磁波电场沿y轴偏振方向垂直入射本结构，产生强辐射损耗的偶极子共振。

图2为结构俯视图，并标注结构参数，单位周期性对称弓字型结构材料为金，周期为50μm，厚度为0.2μm，线宽为3.38μm。整体金属对称弓字型结构长宽都为45μm，横向间隙宽为4.5μm，中间内凹部分纵向长度11.25μm。

图3为口腔癌细胞HSC3和正常角质化细胞HaCaT贴壁培养在超表面的具体流程和两种细胞的二维时频消光图。图中显示口腔癌细胞HSC3二维时频消光强度明显高于正常角质化细胞HaCaT的消光强度，横向时域延迟和纵向频域覆盖率也明显增大，最直观的是强度分布形状不同，分别为环状和条状，实现了对不同生物细胞的识别。

图4为超表面培养不同浓度的口腔癌细胞HSC3的二维时频映射图，发现随着浓度的增加，环形半径逐渐增大，环形形状越来越明显，消光强度也逐渐增大，最大达到 ~0.046。同时，消光形状沿时域延伸也最长，达到 ~16 ps。相反，当浓度降低到最小时，时域延迟最短 ~ 9 ps，消光强度也最弱 ~0.02。这种特性表明，基于CWT的二维时频映射图可以作为癌细胞浓度的有效可视化指标，实现了对不同浓度的相同生物细胞识别，结合图3识别不同种类的生物细胞，本发明提出的多性能超表面生物传感器在未来对无标记癌细胞检测中显示出巨大的前景。

本发明的技术方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。