编辑推荐：
太赫兹超表面生物传感器设计结合多层纳米结构（SiO2基底、石墨烯平台、铜环、MXene共振器及铂矩形元件），通过COMSOL模拟优化和梯度提升回归模型实现高灵敏度血液检测（500 GHz/RIU）及线性频率-折射率关系。
阿卜杜勒卡雷姆·H·M·阿尔马瓦尼（Abdulkarem H.M. Almawgani）| 穆罕默德·M·阿拉马尔（Mohammed M. Alammar）| 亚当·R·H·阿尔哈瓦里（Adam R.H. Alhawari）| 莫尼尔·阿卜杜拉（Monir Abdullah）| 雅各布·韦卡劳（Jacob Wekalao）| 阿穆塔卡南·拉贾卡努（Amuthakkannan Rajakannu）
沙特阿拉伯纳杰兰大学工程学院电气工程系
摘要
传统的血液分析依赖于集中式实验室和复杂的流程工作流，导致检测周期较长，无法实现连续的实时生理监测。 metamaterials和机器学习的进步为增强电磁生物传感和数据解释提供了新的途径。在这项研究中，我们开发了一种用于血液分析的太赫兹（THz）超表面生物传感器，该传感器由2×2周期性的单元阵列组成，其多层纳米结构包括SiO2基底、石墨烯平台、铜环状共振器和MXene中心共振器以及铂金矩形元件。所提出的制造方案整合了石墨烯转移、电子束光刻、物理气相沉积和MXene沉积技术。通过频域麦克斯韦旋度方程、传递矩阵方法（TMM）、局域表面等离子体共振（LSPR）和混合LC共振分析对传感器的电磁特性进行了表征。在COMSOL Multiphysics中模拟了三种不同的材料配置，以评估石墨烯化学势、入射角、环状间隙和环尺寸对透射率的影响，并对其进行了优化以实现血红蛋白检测。结果表明，共振频率与分析物折射率之间存在线性关系，电场局部化在1.891 THz处达到峰值，最大折射率灵敏度为500 GHz/RIU。此外，梯度提升回归模型能够准确预测传感器对入射角和结构参数变化的响应，角度变化的R2值超过0.9997，几何变化的平均绝对百分比误差（MAPE）在0.11%到0.49%之间。
章节摘录
血液分析生物传感器简介
简单来说，血液是人体的“液态组织”，它是一种富含信息的生物物质，能够反映几乎所有器官和系统的生理和病理健康状况[1]。血液中含有细胞、代谢物、蛋白质、激素和信号分子，这些成分在循环过程中共同编码了关于健康和病理的实时生化/生物物理信息[2],[3]。因此，
设计与建模
所开发的太赫兹超表面传感器采用如图1a-f所示的周期性2×2单元阵列形式。该阵列刻蚀在坚硬的方形二氧化硅（SiO2）基底上，所有示意图中均以深红色显示。基底的整体尺寸为28,000 nm × 28,000 nm，厚度为1,400 nm，为太赫兹操作提供了机械稳定性和低损耗的介电平台。SiO2基底作为基础
结果与讨论
所提出的传感器设计在COMSOL中进行了仿真，相关结果在本节中呈现。分析针对三种不同的材料配置进行，每种配置都改变了金属环、中心MXene共振器和矩形元件，同时保持石墨烯平台固定在SiO2基底上。第一种配置称为案例1，包括Cu环状共振器/MXene环状共振器/Pt矩形元件。案例2使用了Au环状共振器/
结论
设计并仿真了一种用于血液分析的太赫兹超表面生物传感器，该传感器结合了石墨烯、MXene和等离子体金属的多层纳米结构。分析了三种材料配置，以确定石墨烯化学势、入射角和环状参数对透射率的影响。随着化学势和入射角的增加，透射率降低；而环状间隙和尺寸的变化则可以控制共振特性。
CRediT作者贡献声明
阿穆塔卡南·拉贾卡努（Amuthakkannan Rajakannu）：撰写 – 审稿与编辑、监督、可视化、初稿撰写。莫尼尔·阿卜杜拉（Monir Abdullah）：验证、可视化、初稿撰写、审稿与编辑。亚当·R·H·阿尔哈瓦里（Adam R. H. Alhawari）：监督、软件开发、资源管理、项目协调。穆罕默德·M·阿拉马尔（Mohammed M. Alammar）：实验研究、方法论设计、项目协调、资源管理。雅各布·韦卡劳（Jacob Wekalao）：形式分析、概念构思、监督、初稿撰写、审稿与编辑。阿卜杜勒卡雷姆·H（Abdulkarem H.）：
数据和材料的可用性
支持本研究结果的数据可在手稿中找到
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作
