利用太赫兹超构表面开发一款革命性的生物传感器

据麦姆斯咨询报道，近期，伦敦玛丽女王大学（Queen Mary University of London）和格拉斯哥大学（University of Glasgow）多学科研究人员展开合作，利用太赫兹超构表面（Metasurface）开发了一款革命性的生物传感器，能够以极高的灵敏度检测皮肤癌，这可能为各类癌症和其它疾病的早期、便捷性诊断铺平道路，展示了在癌症早期检测方面取得了重大进展，相关研究成果以Highly Sensitive Terahertz Metasurface Based on Electromagnetically Induced Transparency-Like Resonance in Detection of Skin Cancer Cells为题发表在IEEE Transactions on Biomedical Engineering期刊上。

（a）展示生物传感器的柔性；（b~c）在光学显微镜下制备的太赫兹超构表面生物传感器；（d）24孔板培养基底细胞癌（BCC）三维胶原凝胶模型及其（e）近距离观察图像。

伦敦玛丽女王大学电子工程与计算机科学学院博士后研究助理、该研究的第一作者Shohreh Nourinovin博士解释道：“皮肤癌的传统检测方法通常要用到CT、PET扫描以及侵入性高频技术，昂贵且耗时。该生物传感器提供了一种非侵入性且高效的解决方案，利用太赫兹波（一种能量比X射线低的电磁辐射，对人类来说是安全的）的独特特性来检测细胞特性的细微变化。”

该研究关键的创新之处在于对生物传感器的设计，其特点是在柔性衬底上设有微小的不对称谐振器，可检测细胞特性的细微变化。与仅依赖折射率的传统方法不同，该器件分析参数的组合，包括谐振频率、传输幅度和被称为“半最大值全宽度（FWHM）”的值。这种综合方法提供了更丰富的组织图像，能更准确地区分健康细胞和癌细胞，并测量组织的恶性程度。

在测试中，即使在不同浓度下，该生物传感器均能成功地区分正常皮肤细胞和基底细胞癌（BCC）细胞。这种检测早期癌症的能力在改善患者预后方面具有巨大潜力。

Shohreh Nourinovin博士说：“该研究的意义远远超出了皮肤癌的检测范围。该技术可用于各类癌症和其它疾病的早期检测，如阿尔茨海默症，得益于其便携性和可负担性，在资源有限的环境中具有潜在的应用前景。”

Shohreh Nourinovin博士的科研之旅并非一帆风顺。她最初专注于太赫兹光谱的癌症检测分析时，由于COVID-19大流行，项目被迫暂停。然而，这一阻碍却激发了她探索太赫兹超构表面的动力，这是一种新颖的方法，为她的研究翻开了新的篇章。

格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院（University of Glasgow’s James Watt School of Engineering）通信传感与成像中心联合主任Qammer H. Abbasi教授表示：“将太赫兹成像技术集成到这款灵活、便携、可重复使用的生物传感器中，将使癌症筛查对患者来说更快、更舒适。我们很高兴能够通过未来的合力研究来发挥这一突破性技术的潜力。”

伦敦玛丽女王大学天线与电磁学研究小组负责人Akram Alomany教授表示：“尽管项目启动之初困难重重，但是这项技术的潜在影响一直激励着我们。我们相信，该生物传感器有潜力通过对各种癌症进行早期检测和干预，来挽救无数人的生命。”

审核编辑：刘清