[发明专利]一种具有参考特性的折叠微带线微波生物传感器

说明书

技术领域

本发明涉及微波生物医学传感器技术领域，具体地说是一种基于表面等离子体激元且具有参考特性的可用于皮肤恶性黑色素瘤、皮肤含水量检测的新型的微波生物传感器。

背景技术

传感器起源于仿生研究。所有的生物都有感知周围环境或自身状态的器官或组织。生物医学传感器是指使用物理化学探测器来检测包含生物成分的分析物的设备。生物传感器发展至今主要包含酶传感器、组织传感器、微生物传感器、免疫传感器、细胞传感器及DNA传感器等。这类传感器都具有操作简单、迅速、准确、响应时间短以及灵敏度高等特点。目前生物传感器多利用被测定分子与固定在生物接收器上的敏感材料发生特异性结合，并发生生物化学反应，产生热焓变化、离子强度变化、颜色、质量以及PH值等变化等信号与被测分子存在的一定的数学关系来获得生物信息。

生物传感器是一个多学科交叉的高技术领域，微电子技术、微制造技术等为生物传感器打下了坚实的基础。随着生物科学、电子信息科学以及材料科学的发展，人们对生物传感器的灵敏度、成本以及操作繁易程度等提出了更高地要求。传统生物传感器主要包括生物分子的特异性识别、信号放大以及信号转换与处理。近年来，这些传统的思维逐渐被打破，一些新型的、高灵敏度的生物传感器渐渐出现在人们面前。特别地，随着纳米生物传感器以及表面等离子体激元等结构和概念的提出，国内外在生物传感器的研制方面取得了很大进展。纳米生物传感器是一种分析生物、生物衍生物或者仿生成分物质的设备。

表面等离子体激元是金属表面区域内自由电子与光子相互作用形成的一种电磁表面波，在表面位置处的场强最大，垂直于界面方向上是指数衰减场。这种效应发生在真空和材料的接触面上，产生正介电常数或者负介电常数。利用表面等离子体激元概念可以设计出结构简单、灵敏度高、响应速度快的生物传感器。基于表面等离子体激元且具有参考特性的新型生物传感器是一种可用于皮肤恶性黑色素瘤、皮肤含水量检测的一种新型设备。检测过程中无需标记，对样品可实时监控且传感芯片可重复利用。

发明内容

本发明针对背景技术的不足提出一种具有参考特性的折叠微带线微波生物传感器，解决现有技术中存在的需要标记、破坏试样、需要耗费较长的时间且不能重复利用等问题。

本发明具体采用如下技术方案为一种具有参考特性的折叠微带线微波生物传感器，该传感器包括：介质基板和位于介质基板上的微带线，所述微带线包括输入端、由输入端分支出的检测支路和参考支路，所述检测支路和参考支路结构相同且对称，检测支路和参考支路都包括：渐变阻抗匹配单元、周期性折叠微带线、输出端。

进一步的，所述截止基板的材质为Rogers 5880，厚度为0.20mm；微带线厚度为0.10mm，宽度为0.53mm；周期性折叠微带线的折叠周期宽度为3.00mm，折叠高度为5.00mm，周期个数为4(即周期性折叠微带线总宽度12mm)。

在这里渐变阻抗匹配单元和周期性折叠微带线在本发明中所起到的作用分别是：阻抗匹配是为了减小传感器的插损，使得微波可以有效地在微带线上传输；周期性折叠微带线不经具有使微波聚集形成表面等离子体激元的功能，而且还增加待测组织与传感器的接触面积使得表面等离子体激元可以更好的与人体皮肤组织相互作用。在检测过程中将检测支路中的周期性折叠微带线放置于待检测皮肤上，参考支路的周期性折叠微带线放置于正常皮肤上，通过分析两处周期性折叠微带线的电场分布情况判断出待检测皮肤的情况。

本发明公开的一种具有参考特性的折叠微带线微波生物传感器；该传感器利用微波在金属导体上产生的表面等离子体激元与人体皮肤组织的相互作用来检测区分正常皮肤与癌变组织或者不同性质皮肤的含水量。同时，该传感器采用折叠微带线结构且使检测结果具有可参考的特性。该微波生物传感器采用微波频段为5-13GHz，具有反射较小，插损平坦，相位均匀等特点，适合区分皮肤水分含量和恶性黑色素瘤。

附图说明

图1具有参考特性的折叠微带线微波生物传感器结构图；

图2具有参考特性的折叠微带线微波生物传感器电场分布图；

图3相同条件下，正常皮肤和带有癌症模型的皮肤所产生的电场分布图；

图4折叠微带线结构电场分布图；

图5距离生物传感器表面不同距离下，带有癌症模型的皮肤所产生的损耗曲线；

图6正常皮肤和带有癌症模型的皮肤在具有参考特性的折叠微带线微波生物传感器下的S₂₁曲线分布图；