本发明涉及生物传感，具体涉及一种基于hit效应的太赫兹生物传感器与农药检测方法。
背景技术：
1、太赫兹(thz)波位于微波与红外波段之间，其独特的电磁特性使其成为当前科研和工业界的研究热点。太赫兹波对多种化学物质和生物分子有特异的吸收特性，因此在非破坏性检测、生物医学成像及环境监测中显示出极大的应用潜力，尤其是在农药残留检测领域，由于其能够提供物质的“光谱指纹”，可实现快速、精确的检测。
2、然而，尽管太赫兹技术理论上具备诸多优势，其实际应用仍面临一系列挑战。太赫兹生物传感器设计复杂，对环境噪声和样品杂质极为敏感，容易受到外部条件的干扰，这限制了其在复杂环境中的应用效果。此外，传统的太赫兹生物传感器依赖单一的谐振偏移模式进行检测，通过频偏可以做到简单物质的定量检测，但限制了检测灵敏度并影响了对混合物质的分辨能力，在定性区分检测上存在不足。此外，超材料生物传感器的设计与实现同样面临挑战，因为超材料的性能依赖于其微观结构的精确配置。开发具有特定电磁响应的超材料结构需要精细的设计和长时间的优化过程，这通常涉及复杂的数值模拟和实验验证，每一步的调整都可能耗费大量时间和资源。超材料的制造过程也需精确控制，以确保所制备的材料能够准确地匹配设计的参数；综上所述，目前太赫兹生物传感器和农药检测技术主要面临设计复杂、缺乏高效的设计方法、环境干扰以及定性区分检测等问题。
技术实现思路
1、发明目的：本发明的目的是提供一种基于hit效应的太赫兹生物传感器与农药检测方法，利用农药分子产生的振动模式与超材料结构产生的等离子体模式进行耦合，通过共振频率处形成的透明窗口从而对农药进行定性分析，解决传统的太赫兹超材料传感器通过谐振频率进行传感，在实际样本检测中，复杂的环境背景以及潜在的噪声或杂质会干扰传感器的正常响应，导致其频率和幅值出现偏移。
2、技术方案：本发明所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器，下层柔性材料聚酰亚胺上层超表面由若干个周期性排布的单元结构构成，其中，周期性排布的单元结构由n×n随机单元组成；随机单元为由金属或者空气组成的编码矩阵，其中1表示金属，0表示空气。
3、进一步的，每个单元的周期p为50-150μm
4、进一步的，聚酰亚胺介电常数为3.1-3.5、损耗角正切为0.01-0.1，厚度为10-50μm。
5、进一步的，随机单元的尺寸长、宽、厚度分别为5-15μm、5-15μm、0.1-0.3μm。
6、本发明所述一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的设计方法，包括以下步骤：
7、(1)建立超材料结构的双通道逆向设计模型，模型的每个通道分别有4组卷积层、池化层、restnet模块组成，然后通过连接层和全连接层输出，对超材料覆盖不同农药后的电磁响应进行学习和预测；
8、(2)使用深度学习算法训练模型，输入数据超表面覆盖不同农药0-500μm厚度的透射光谱、覆盖该种农药的吸收系数，包括三唑酮、2,4-d、氟虫腈以及三唑酮和2,4-d不同比列混合后的吸收系数，输出数据为相应的超材料结构编码矩阵；
9、(3)对模型进行验证和优化，确保所设计的超材料结构能够在实际应用中达到预期的检测效果。
10、进一步的，步骤(1)中，卷积层用于充分提取特征，池化层用于减少提取特征的数量，resnet块通过构建输入和输出之间的快捷连接，避免梯度消失问题。
11、进一步的，步骤(2)中，采用leakrelu函数作为每一层的激活函数，使用adam优化算法使损失函数最小化，均方误差mse作为损失函数来表征模型的性能。
12、本发明所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的制备方法，包括以下步骤：
13、(s1)清洗硅片，采用丙酮对高阻硅进行清洗，衬底表面要求干燥，在高阻硅上贴厚度为10-50μm的聚酰亚胺；
14、(s2)旋涂光刻胶，将光刻胶滴在聚酰亚胺中间位置，通过甩胶机的高速旋转使光刻胶均匀的附着在整个表面；甩第一层lor胶，转速为600/4000rpm，时间为10/60秒，烘烤温度150℃，时间为5分钟；甩第二层az1500胶，转速为600/6000rpm，时间为6/40秒，烘烤时间10分钟，温度为90℃；
15、(s3)紫外曝光与显影，在光刻机上将样品与掩膜版对准，曝光时间为7秒，曝光后立刻使用正胶显影液进行显影，时间为12秒；
16、(s4)蒸金属与剥离，将显影完成的样品放置于磁控溅射系统中完成金属蒸镀，将蒸金属的样品浸泡在丙酮溶液中，时间为10分钟，采用超声波清洗进行金属剥离，强度为75hz，时间为1分钟；将聚酰亚胺从高阻硅上取下，完成生物传感器的制备。
17、本发明所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的农药检测方法，包括以下步骤：
18、(a1)将农药三唑酮、2,4-d、氟虫腈以及三唑酮和2,4-d混合后放在烘干箱烘干水分，所有农药均为固体粉末，通过压片进行制样；使用太赫兹时域光谱仪进行测量；
19、(a2)将期望的电磁响应和所对应的农药吸收系数作为输入导入到训练好的双通道逆向设计模型；
20、(a3)将农药的介电常数和介质损耗导入至cst中进行仿真形成特定“指纹”透明窗口；
21、(a4)将农药三唑酮和2,4-d覆盖在基于hit效应的太赫兹生物传感器上，改变其厚度来模拟实际的农药含量变化，形成特定“指纹”透明窗口；
22、(a4)将仿真结果与实验结果进行对比。
23、进一步的，步骤(a1)中，制样压片采用13mm直径的模具，在12mpa压强下，压制30s后取出
24、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过构建双通道逆向设计模型，能够快速精准地预测和设计超材料结构，显著提高了生物传感器的设计效率和准确性，同时基于hit效应实现了对农药残留的高灵敏度和高选择性检测。本发明的实施不仅提高了太赫兹生物传感器的应用潜力，也为农药残留检测提供了一种新的有效途径。
1.一种基于hit效应的太赫兹生物传感器，其特征在于，下层柔性材料聚酰亚胺上层超表面由若干个周期性排布的单元结构构成，其中，周期性排布的单元结构由n×n随机单元组成；随机单元为由金属或者空气组成的编码矩阵，其中1表示金属，0表示空气。
2.根据权利要求1所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器，其特征在于，每个单元的周期p为50-150μm。
3.根据权利要求1所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器，其特征在于，聚酰亚胺介电常数为3.1-3.5、损耗角正切为0.01-0.1，厚度为10-50μm。
4.根据权利要求1所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器，其特征在于，随机单元的尺寸长、宽、厚度分别为5-15μm、5-15μm、0.1-0.3μm。
5.一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的设计方法，其特征在于，步骤(1)中，卷积层用于充分提取特征，池化层用于减少提取特征的数量，resnet块通过构建输入和输出之间的快捷连接，避免梯度消失问题。
7.根据权利要求5所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的设计方法，其特征在于，步骤(2)中，采用leakrelu函数作为每一层的激活函数，使用adam优化算法使损失函数最小化，均方误差mse作为损失函数来表征模型的性能。
8.一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的农药检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种基于hit效应的太赫兹生物传感器的农药检测方法，其特征在于，步骤(a1)中，制样压片采用13mm直径的模具，在12mpa压强下，压制30s后取出。
