基于多频集成LC谐振器的血糖浓度动态射频响应的研究

Non-invasive glucose detection is the best solution for diabetic patients. It’s also one of the most challenging topics in the field of blood glucose detection. Until now, the reported non-invasive blood glucose meters are far from practical requirements, especially in terms of detection accuracy. In this project, an integrated LC resonator based on RF integrated passive devices technology has been proposed for non-invasive blood glucose detection. The detail of research contents includes: (1) Preparation of high-k buffer layer by low-temperature deposition process, and building a new structure of “sensor-high K buffer layer-biosensing samples”. (2) Using EM simulation software and integrated passive devices technology to study the RF response of the integrated LC resonator with the non-contact blood glucose solution. (3) Explain the influence of the high-k buffer layer on the RF response of the resonator. (4) Defining the relationship between the penetration depth of the integrated multi-band LC resonator and the RF response of blood glucose, and constructing the relationship model between the distribution parameters of integrated LC resonator and blood glucose concentration. This project are expected to reduce the measurement error of RF sensors, improve the accuracy of RF based blood glucose detection technology, and promote the application of RF integrated passive modules in the medical detection and rehabilitation of diabetes.

无创血糖检测技术是众多糖尿病患者的福音，也是国内外学者在血糖检测领域最具挑战性的课题之一。目前，已报道的无创血糖仪距离实际应用要求还望尘莫及，尤其在检测精度方面存在致命缺陷。在此背景下，本项目拟开展基于射频集成无源谐振器的血糖浓度动态频率响应的研究，具体研究内容包括：(1)利用低温沉积工艺制备高k缓冲层，构建“传感器-高k缓冲层-生物样本”的新型传感器结构。(2)利用薄膜集成无源技术开展集成LC谐振器对非接触式血糖溶液的射频响应的研究。(3)阐明高k缓冲层对谐振器射频响应的影响，提高谐振器品质因数。(4)明确集成LC谐振器穿透深度与血糖射频响应的关系，并构建集成LC谐振器分布参数与血糖浓度的关系模型。本项目的预期研究成果有望减小射频传感器的测量误差，从而提高射频血糖检测技术的精度，丰富无创血糖检测技术的研究内涵，对推动射频集成无源模块在糖尿病的医学检测与康复诊疗领域的应用具有重要的意义。

射频传感器凭借电磁场与电磁波的辐射和穿透效应在非接触传感和无创传感领域是当前的一个前沿热点，也是国内外学者在血糖检测领域最具挑战性的关键技术之一。本项目主要围绕射频无源器件中的双端口LC谐振器实现非接触的血糖浓度检测展开，通过项目的实施比较全面地完成了既定的研究计划。主要研究成果包括：研究了基于微带线和缺陷地结构的多频射频传感器灵敏度和检测限提升机理，设计了具有仿生皮肤结构的微通道完成了“传感器-缓冲层-生物样本”的新型传感器结构，并实现了葡萄糖溶液浓度的定量和实时监测，响应时间达到0.1秒；研究了基于PDMS微流体芯片在射频传感器中的应用，并将其应用拓展到生物医学领域，实现了他克莫司药物在血液中极低浓度的高效检测；研究了具有高生物相容性的静电纺丝纳米纤维结构的压力传感器，并成功应用于柔性传感器，实现在生理信号监测、运动康复和可穿戴设备中的应用。本项目获得的研究成果为拓展射频传感器在生物医疗、运动健康、康复训练和即时检测等领域的快速应用奠定了坚实的理论基础并加速了射频传感器在临床医学和可穿戴设备中的实际应用。在本项目的资助下，共发表学术论文8篇，其中SCI检索期刊论文7篇，EI检索会议论文1篇，已授权发明专利1项，实质审查阶段中发明专利1项，软件著作权1项，超额完成了项目预定的研究目标。