特异性识别分子对许多生物化学过程是必要的,因此对于灵敏的生物分子传感方法的需求大大增加。尤其是在太赫兹波段,许多生物化学分子发生分子内和分子间的振动,使得这一波段具有检测分子吸收峰的优势。由于分子的吸收峰像人的指纹一样独一无二,我们也称这样的检测为指纹检测。但目前,在太赫兹段的指纹检测的灵敏度有待提高。许多人工材料的出现为利用太赫兹技术进行高灵敏度指纹检测提供了可能性。本文设计了具有高灵敏度的太赫兹超材料指纹传感器以实现样品的微量检测。论文的主要研究工作为:(1)提出了一种基于开口环结构的乳糖指纹检测的超材料传感器。该传感器是基于开口环的等离子体模式与乳糖的太赫兹本征模式的谐振耦合原理。由于开口环结构的开口处的大的电场增强(大约120倍),使得高灵敏性的检测成为可能。在透射谱中,在宽的透射谷中出现了透射峰,此透射峰的形成是由于乳糖与开口环结构的相互作用,透射峰的位置正好位于乳糖的本征频率处,因此,这个透射峰可以看做乳糖的指纹。此外,当乳糖的厚度增加时,透射差也增加。利用果糖,我们证明了该开口环结构传感器的对目标物质的选择性。在实验中,我们能够成功地检测到浓度低至20 mg/mL的乳糖。实验结果和理论结果符合得很好。我们的研究为探究新的具有高的灵敏度和选择性的分子检测材料和器件开辟了道路。(2)理论上提出了一种太赫兹金属纳米狭缝结构来检测不同糖类。由于在0.529THz处,狭缝内的电场增强可以达到大于6×10~5倍,因而能够作为灵敏的生物化学传感器。该传感器能够在非常宽的频率范围内表现出高透过率,其范围覆盖了很多分子的特征吸收频率。此外,通过乳糖和麦芽糖的分子指纹检测,我们发现这个传感器能够在不改变结构参数的情况下,检测不同的糖类。乳糖和麦芽糖的吸收信号强度被分别强烈提高了44.45倍和31.59倍。因为乳糖的吸收信号强度与厚度有关,所以该传感器提供了一种有效的预测乳糖厚度的方法。我们的传感器为极微量混合物中识别不同的生物化学分子打开了一种可能性。