三元共晶是在二元共晶的基础上发展的一种新型共晶设计策略, 可以在不影响药物固有生物活性和相应药理活性的情况下改善药物的理化性质, 因此三元共晶在药物研究和开发方面具有巨大的潜力。 由于三元共晶会涉及三种不同分子的复杂组装, 其复杂程度随着参与药物共晶的分子种类和数量的增加而增加, 潜在的共晶氢键结合位点数量也随之增加, 所以很难获得特定的三元共晶, 关于特定三元共晶系统的微观分子结构方面的报道也很少。 为了理解三元共晶结构的氢键形式, 通过检测手段获取三元共晶体系中相关二元及三元共晶的分子结构信息对了解三元药物共晶的复杂形成过程尤为重要。 采用机械研磨方法成功地合成了异烟酰胺-戊二酸、 吡嗪酰胺-戊二酸二元共晶和异烟酰胺-戊二酸-吡嗪酰胺三元共晶, 通过太赫兹时域光谱（THz-TDS）和密度泛函理论（DFT）计算对二元共晶和三元共晶结构进行研究。 太赫兹光谱实验结果表明, 二元和三元共晶都显示出各自独特的光谱特征。 晶体结构分析表明异烟酰胺-戊二酸-吡嗪酰胺三元共晶结构中戊二酸一侧羧基中的羟基与异烟酰胺中的吡啶N形成羧基-吡啶N氢键异合成元, 而异烟酰胺中的酰胺与吡嗪酰胺中的酰胺形成酰胺-酰胺氢键同合成元。 最后, 将DFT计算得到的理论太赫兹光谱与实验进行对比, 发现异烟酰胺-戊二酸、 吡嗪酰胺-戊二酸二元共晶氢键形式的叠加与异烟酰胺-戊二酸-吡嗪酰胺三元共晶的氢键形式并不是完全一致的, 但是这两种二元共晶的氢键形式对预测三元共晶的氢键形式具有极为重要的参考价值。 这些结果为新兴的药物共晶领域在分子水平上研究特定三元共晶的分子组装和分子间相互作用提供了丰富的信息和独特的方法。

硝基呋喃是一种广谱抗生素，其衍生物应用广泛；但摄入过量，会发生溶血性贫血、急性肝坏死等疾病。传统检测方法样品用量大、检测时间长且过程复杂；超表面传感器检测方法样品用量小且检测快速、简单方便。提出一种基于对称开口环的太赫兹超表面微结构器件，该结构折射率灵敏度达到196 GHz/RIU，可应用于高灵敏度传感检测。利用该超表面传感器对两种不同质量浓度的呋喃唑酮和呋喃妥因溶液进行痕量实验检测，结果表明，该超表面传感器对两种药物的最低检测质量浓度达到10 mg/dL，有望应用于生物医学等领域样品的传感检测。

为了研究基于连续谱束缚态(BIC)高品质因子Q谐振, 提出了由双空心硅圆柱体组成太赫兹全介质超表面。采用数值模拟方法对结构的透射光谱及电磁场图进行了分析, 并利用本征模分析的方法研究了超表面结构参数对BIC频率的影响, 给出了该BIC超表面在太赫兹大频率范围工作的参数设计方法。结果表明, 在3.0THz左右实现了一个可调高Q环偶极Fano谐振; 本征模式的分析计算结果与入射电磁波模式的分析计算结果对称性不匹配,该超表面支持的是一个对称保护BIC。此研究为基于BIC的高Q超材料在超低阈值激光器件、非线性光学谐波产生及高灵敏度传感等领域的应用提供了理论参考。

使用太赫兹时域光谱(THz-TDS)、 傅里叶红外光谱(FTIR)和傅里叶拉曼光谱(FT-Raman)技术在室温下对γ-氨基丁酸(GABA)、 苯甲酸(BA)及其研磨和溶剂共晶体进行表征分析。 FTIR, FT-Raman及THz光谱都能够分辨原料物质及GABA-BA共晶体。 其中THz实验结果显示了GABA-BA研磨和溶剂共晶体位于0.93, 1.33, 1.57 THz的吸收峰明显区别于原料物质, 这体现了不同物质在THz波段具有明显的指纹特征。 为确认GABA-BA共晶体的晶型结构, 分别采用FTIR和FT-Raman光谱进行光谱归属。 通过FTIR的光谱归属推断GABA-BA共晶体由GABA中的氨基H23和BA中的羰基O1构成第一个氢键, 氨基中的N18结合BA中的羟基H15形成第二个氢键。 FT-Raman光谱中, 原料物质GABA中位于576, 886, 1 250, 1 283, 1 337, 1 423和1 470 cm-1处归属于—CH2, —NH2弯曲振动的Raman散射峰在GABA-BA共晶体内消失, 判定GABA中的氮原子N18亦可作为氢键受体, 从而验证了GABA-BA共晶体的晶型结构。 此外, 为了进一步说明溶剂pH值对GABA-BA共晶体的形成条件的影响, 利用THz-TDS, FT-Raman光谱确认了该共晶体在溶剂条件2.00≤pH≤7.20可稳定地生成。 这一研究结果同时也为利用THz-TDS, FT-Raman光谱技术辨别固体物质晶型结构、 晶型形成条件提供了实验及理论依据。

硫代巴比妥酸是目前多晶型种类较丰富的一类固体药物。 利用太赫兹时域光谱(THz-TDS)技术对硫代巴比妥酸晶型Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ和水合晶型进行表征分析, 得到明显不同的太赫兹光谱, 表明THz光谱技术可以有效鉴别硫代巴比妥酸不同类多晶型。 硫代巴比妥酸晶型Ⅳ为异构多晶型, 它在0.65 THz处的宽峰以及1.02, 1.41 THz处的吸收峰明显区别于晶型Ⅰ和Ⅱ简单的物理混合。 运用密度泛函理论(DFT)对硫代巴比妥酸晶型Ⅳ的两种可能结构进行了分子结构优化和光谱模拟, 模拟结果显示其中的结构a在0.41/0.47, 0.89和1.35 THz处具有吸收峰, 与实验结果较吻合。 由此推断晶型Ⅳ由硫代巴比妥酸异构体A的硫酮键中的S7和异构体B酰胺中的H23构成第一处氢键, 异构体B硫酮键中的S20和异构体A酰胺中的H13形成第二处氢键。 本文还结合理论模拟结果对硫代巴比妥酸晶型Ⅳ的振动模式进行归属。

使用FTIR, FT-Raman和太赫兹时域光谱(terahertz time-domain spectroscopy, THz-TDS)技术在室温下对氯磺丙脲的Ⅰ型与Ⅲ型进行分析与表征。 结果显示氯磺丙脲Ⅰ型与Ⅲ型在三种光谱中都表现出明显的差异。 红外光谱与拉曼光谱中, Ⅰ型与Ⅲ型的光谱差异主要是吸收峰峰位的移动和峰强的改变； 此外, 在拉曼光谱中Ⅲ型在100～1　800 cm-1的特征峰明显多于Ⅰ型； 太赫兹光谱中, Ⅰ型在0.90, 1.09和1.29 THz处有特征峰, 而Ⅲ型在0.92, 1.11, 1.23和1.63 THz处有特征峰, 尤其是1.63 THz处的一个强峰, 明显区别于Ⅰ型。 采用密度泛函理论(DFT)对氯磺丙脲两种晶型进行分子模拟, 模拟结果与实验光谱较好吻合, 同时模拟结果也表明氯磺丙脲Ⅰ型与Ⅲ型在0.9 和1.1 THz处的多分子振动模式相同, 可以为氯磺丙脲其他晶型的太赫兹谱归属提供参考。 该结果为药物多晶型的IR, Raman以及太赫兹光谱研究提供了依据。

为了将光子混频的连续太赫兹波透射成像系统应用于样品厚度检测中，采用该系统获得的相位信息对样品进行了2维厚度测量。利用两个外腔半导体结构的激光器搭建了基于光子混频的连续太赫兹波透射成像系统，并利用X-Y 2维电动平移台放置样品进行点点扫描成像。该系统可同时获得样品的幅度信息和相位信息，在太赫兹波辐射频率0.47THz时，系统信噪比可达68dB。计算得出的厚度值与实际样品的厚度值最大相差0.02mm；另外还分析了平行平面样品干涉效应和样品不同透射强度对厚度测量的影响。结果表明，样品折射率越高，平行平面干涉效应对厚度测量影响越大；样品透射系数越大，测量精度也越高。当样品太赫兹波透射系数大于0.5时，厚度测量精度优于2.0%。