Ultrasensitive Terahertz Label-Free Metasensors Enabled by Quasi-Bound States in the Continuum

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作者
Ride Wang,Lingyu Song,Hao Ruan,Quanlong Yang,Xiao Yang,Xiaobao Zhang,Rundong Jiang,Xiangmin Shi,A. P. Shkurinov
出处
期刊:Research [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7: 0483-0483 被引量:45
标识
DOI:10.34133/research.0483
摘要

Advanced sensing devices based on metasurfaces have emerged as a revolutionary platform for innovative label-free biosensors, holding promise for early diagnostics and the detection of low-concentration analytes. Here, we developed a chip-based ultrasensitive terahertz (THz) metasensor, leveraging a quasi-bound state in the continuum (q-BIC) to address the challenges associated with intricate operations in trace biochemical detection. The metasensor design features an open-ring resonator metasurface, which supports magnetic dipole q-BIC combining functionalized gold nanoparticles (AuNPs) bound with a specific antibody. The substantial enhancement in THz-analyte interactions, facilitated by the potent near-field enhancement enabled by the q-BICs, results in a substantial boost in biosensor sensitivity by up to 560 GHz/refractive index units. This methodology allows for the detection of conjugated antibody-AuNPs for cardiac troponin I at concentrations as low as 0.5 pg/ml. These discoveries deliver valuable insight for AuNP-based trace biomolecule sensing and pave the path for the development of chip-scale biosensors with profound light-matter interactions.
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