微量的细胞、生物大分子在生命环境中的快速变化过程直接关系到生命体的病变和药理作用等，急需有效的诊断手段。本成果针对这一科学问题研制基于细胞和生物大分子的片上瞬态太赫兹光谱仪。研制出具雪崩倍增模式的GaAs光电导天线并实现了在nJ量级的飞秒激光触发下的高功率、宽带太赫兹（THz）波的产生。发展了基于人工微结构的THz表面波功能器件，实现了THz表面波的激发、传输等的调控。开展了瞬态THz波单次测量研究，建立了基于偏振分光的THz单次测量平台。最终，成功研制出基于细胞和生物大分子应用的瞬态THz光谱仪，仪器的瞬态测量模式的信噪比高于1000，频谱分辨率小于10 GHz；静态测量模式的信噪比高于10000，频谱分辨率小于 1 GHz。两种模式下的频带宽度均可达到 3 THz。瞬态测量模式的检测速度小于10 ps；应用于宫颈癌细胞、DNA、总蛋白和乳糖等样品的检测，检测物质的量达到飞摩尔量级；检测物质的体积小至 10^(-13) m^(3)。在国际知名期刊上发表论文87 篇以上，授权美国发明专利1项，中国发明专利7 项，相关研究成果受邀在国内外学术会议做报告10余次，获得陕西省科学技术奖二等奖1项，获得中物院（省部级）科技创新奖二等奖1项，培养研究生52名。本项目对太赫兹技术在生物医学中的应用具有巨大的推动作用，对人类深入认识生物体的病变过程和药物的作用机理具有重要意义。