太赫兹传感技术具有可靠、快速、无标记等优势,在生物传感领域中具有巨大的应用前景与价值。然而当被测样品尺寸远小于太赫兹波长时,样品不能与太赫兹充分地相互作用,这导致原位太赫兹光谱对微量分析物的检测极其困难。超材料是由周期性排列的亚波长谐振单元组成的人造材料,其电磁响应可以通过改变谐振单元的形状、尺寸等参数控制。超材料能通过局域电场增强以提高光与物质相互作用的程度,因此超材料具有出色的检测能力。石墨烯是一种由sp~2杂化的碳原子组成的二维材料,因其具有良好的生物相容性和优良的物理特性,已成为生物传感领域中最具前途的平台之一。本论文通过CST模拟仿真、太赫兹时域光谱测量、AFM成像和拉曼光谱测量等方法对太赫兹波段金属-石墨烯杂化超材料的生物传感应用进行了研究。本文的主要研究内容和研究结果如下:1.根据强耦合原理构建了由金属光栅和条带石墨烯组成的杂化超材料,利用CST数值仿真对结构参数进行优化使该结构能在太赫兹激发下进入强耦合区并形成拉比分裂。计算了该超材料的强耦合透射光谱随石墨烯载流子浓度的变化,结果表明该器件的掺杂灵敏度为每平方微米325个载流子。2.由于图案化石墨烯会导致石墨烯性能的大幅下降,因此本论文设计了一种由整片石墨烯与金属光栅组成的杂化超材料。利用光刻、电子束蒸发镀膜、等离子体刻蚀、湿法转移石墨烯等工艺对结构进行了制备,随后使用太赫兹时域光谱仪对结构透射光谱进行测量,结果表明该金属-石墨烯杂化超材料结构能成功激发强耦合效应。在该杂化超材料表面滴加等量但处于不同生长阶段的Aβ（16-22）多肽溶液后测其透射谱,实验结果表明通过超材料透射谱变化能快速直观地识别出不同生长阶段的多肽。最后使用AFM和拉曼光谱对结果的可靠性进行验证,验证结果与太赫兹时域光谱仪测量结果吻合,表明该结构在生物传感领域中具有一定的应用前景。