[發明專利]一種具有參考特性的折疊微帶線微波生物傳感器

在審

• 申請號: 201710351821.3
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107157480A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 劉國;張寶;羅勇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61B5/05
• 分類號: A61B5/05;A61B5/00
• 代理公司: 電子科技大學專利中心51203
• 代理人: 張楊

技術領域

本發明涉及微波生物醫學傳感器技術領域，具體地說是一種基于表面等離子體激元且具有參考特性的可用于皮膚惡性黑色素瘤、皮膚含水量檢測的新型的微波生物傳感器。

背景技術

傳感器起源于仿生研究。所有的生物都有感知周圍環境或自身狀態的器官或組織。生物醫學傳感器是指使用物理化學探測器來檢測包含生物成分的分析物的設備。生物傳感器發展至今主要包含酶傳感器、組織傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、細胞傳感器及DNA傳感器等。這類傳感器都具有操作簡單、迅速、準確、響應時間短以及靈敏度高等特點。目前生物傳感器多利用被測定分子與固定在生物接收器上的敏感材料發生特異性結合，并發生生物化學反應，產生熱焓變化、離子強度變化、顏色、質量以及PH值等變化等信號與被測分子存在的一定的數學關系來獲得生物信息。

生物傳感器是一個多學科交叉的高技術領域，微電子技術、微制造技術等為生物傳感器打下了堅實的基礎。隨著生物科學、電子信息科學以及材料科學的發展，人們對生物傳感器的靈敏度、成本以及操作繁易程度等提出了更高地要求。傳統生物傳感器主要包括生物分子的特異性識別、信號放大以及信號轉換與處理。近年來，這些傳統的思維逐漸被打破，一些新型的、高靈敏度的生物傳感器漸漸出現在人們面前。特別地，隨著納米生物傳感器以及表面等離子體激元等結構和概念的提出，國內外在生物傳感器的研制方面取得了很大進展。納米生物傳感器是一種分析生物、生物衍生物或者仿生成分物質的設備。

表面等離子體激元是金屬表面區域內自由電子與光子相互作用形成的一種電磁表面波，在表面位置處的場強最大，垂直于界面方向上是指數衰減場。這種效應發生在真空和材料的接觸面上，產生正介電常數或者負介電常數。利用表面等離子體激元概念可以設計出結構簡單、靈敏度高、響應速度快的生物傳感器。基于表面等離子體激元且具有參考特性的新型生物傳感器是一種可用于皮膚惡性黑色素瘤、皮膚含水量檢測的一種新型設備。檢測過程中無需標記，對樣品可實時監控且傳感芯片可重復利用。

發明內容

本發明針對背景技術的不足提出一種具有參考特性的折疊微帶線微波生物傳感器，解決現有技術中存在的需要標記、破壞試樣、需要耗費較長的時間且不能重復利用等問題。

本發明具體采用如下技術方案為一種具有參考特性的折疊微帶線微波生物傳感器，該傳感器包括：介質基板和位于介質基板上的微帶線，所述微帶線包括輸入端、由輸入端分支出的檢測支路和參考支路，所述檢測支路和參考支路結構相同且對稱，檢測支路和參考支路都包括：漸變阻抗匹配單元、周期性折疊微帶線、輸出端。

進一步的，所述截止基板的材質為Rogers 5880，厚度為0.20mm；微帶線厚度為0.10mm，寬度為0.53mm；周期性折疊微帶線的折疊周期寬度為3.00mm，折疊高度為5.00mm，周期個數為4(即周期性折疊微帶線總寬度12mm)。

在這里漸變阻抗匹配單元和周期性折疊微帶線在本發明中所起到的作用分別是：阻抗匹配是為了減小傳感器的插損，使得微波可以有效地在微帶線上傳輸；周期性折疊微帶線不經具有使微波聚集形成表面等離子體激元的功能，而且還增加待測組織與傳感器的接觸面積使得表面等離子體激元可以更好的與人體皮膚組織相互作用。在檢測過程中將檢測支路中的周期性折疊微帶線放置于待檢測皮膚上，參考支路的周期性折疊微帶線放置于正常皮膚上，通過分析兩處周期性折疊微帶線的電場分布情況判斷出待檢測皮膚的情況。

本發明公開的一種具有參考特性的折疊微帶線微波生物傳感器；該傳感器利用微波在金屬導體上產生的表面等離子體激元與人體皮膚組織的相互作用來檢測區分正常皮膚與癌變組織或者不同性質皮膚的含水量。同時，該傳感器采用折疊微帶線結構且使檢測結果具有可參考的特性。該微波生物傳感器采用微波頻段為5-13GHz，具有反射較小，插損平坦，相位均勻等特點，適合區分皮膚水分含量和惡性黑色素瘤。

附圖說明

圖1具有參考特性的折疊微帶線微波生物傳感器結構圖；

圖2具有參考特性的折疊微帶線微波生物傳感器電場分布圖；

圖3相同條件下，正常皮膚和帶有癌癥模型的皮膚所產生的電場分布圖；

圖4折疊微帶線結構電場分布圖；

圖5距離生物傳感器表面不同距離下，帶有癌癥模型的皮膚所產生的損耗曲線；

圖6正常皮膚和帶有癌癥模型的皮膚在具有參考特性的折疊微帶線微波生物傳感器下的S₂₁曲線分布圖；