關(guān)鍵詞微流控技術(shù)；微波技術(shù)；生物傳感器；聚二甲基硅氧烷；芯片一體化；評述

生物傳感器通過換能器將生物待測樣品的不同特征（如濃度、種類和分子量等）轉(zhuǎn)換為不同類型的電信號（如電壓脈沖、頻率和阻抗等），實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，包括提供快速且準(zhǔn)確的病原學(xué)診斷、指導(dǎo)臨床抗生素的合理應(yīng)用、分析人體微生物之間的相互作用機(jī)制等[1-3]。微波生物傳感器利用微波電磁諧振特性檢測生物指標(biāo)，隨著微波傳感理論及技術(shù)的發(fā)展和成熟，已逐漸成為一種新的生物檢測手段[4-7]。

微波生物傳感器作為新一代生物傳感技術(shù)，利用微波器件對生物樣品溶液介電常數(shù)變化的響應(yīng)實(shí)現(xiàn)生物傳感功能。與電化學(xué)和光學(xué)生物傳感器相比，微波生物傳感器具有響應(yīng)速度快、非侵入、可靠性高、無標(biāo)記和易集成等優(yōu)點(diǎn)[8-12]。然而，微波生物傳感器的傳感響應(yīng)易受環(huán)境變化的影響，并且被測生物樣品溶液用量和形態(tài)也會影響微波傳感器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，其特異性也有待提高[13-14]。近年來，能夠分選微觀粒子的微流控技術(shù)日趨成熟，有效提升了微波生物傳感器的特異性，拓展了微波生物傳感器的應(yīng)用范圍。

微流控技術(shù)利用微型化的流道、微閥門和微泵等微流控元件或外加場作用等技術(shù)手段對微觀粒子實(shí)現(xiàn)分選、富集和捕捉等操作[15-16]。微流控芯片能夠?qū)Σ煌瑵舛取⒉煌N類的生物分子進(jìn)行分選，這種分選效應(yīng)在一定程度上解決了微波傳感器的特異性問題。此外，微流體通道可以確保流過敏感區(qū)域的被檢生物樣品溶液用量及形態(tài)的一致性，減小測量誤差，提高傳感響應(yīng)精確性。微流控技術(shù)能夠?qū)⒍喾N實(shí)驗(yàn)室功能集成到一塊芯片中，分析檢測極少量流體（10–9～10–18L）[17-19]，具有小型化、集成化的優(yōu)勢。

將微流控技術(shù)與微波生物傳感技術(shù)結(jié)合，可以充分發(fā)揮微波傳感芯片和微流控芯片的優(yōu)勢，能夠?yàn)榈统杀?、小型化和多傳感?yīng)用領(lǐng)域的生物傳感器提供廣闊的發(fā)展空間[20-22]。首先，二者結(jié)合可以增強(qiáng)傳感器的靈敏度，實(shí)現(xiàn)單個(gè)或多個(gè)樣品的高通量分析；其次，對極少量的樣品也能進(jìn)行有效、低成本的微波無損檢測分析，有望應(yīng)用于生物樣本的臨床快速診斷或?qū)崟r(shí)檢測；此外，二者結(jié)合的傳感技術(shù)還具有集成化、自動化、便攜式以及多功能集成的優(yōu)勢，能夠在單一平臺上實(shí)現(xiàn)從樣品處理到檢測的自動化，或者在同一塊微流控芯片上集成多個(gè)微波傳感器，實(shí)現(xiàn)多種物理和化學(xué)參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測[23-26]。

本文介紹了不同結(jié)構(gòu)微波生物傳感器的特性和原理，綜述了微波生物傳感器以及微波-微流控一體化傳感器的最新研究和應(yīng)用進(jìn)展，分析了微波-微流控生物傳感技術(shù)目前存在的問題和挑戰(zhàn)，展望了微波-微流控生物傳感器未來的發(fā)展前景。

1微波生物傳感器

1.1微波生物傳感器的原理

微波生物傳感器主要組成部分包括微帶傳輸線、各種微波器件（如天線、諧振器等）和相應(yīng)的生物敏感材料[27]。諧振器作為微波生物傳感器普遍使用的微波器件，分為分裂環(huán)結(jié)構(gòu)（Splitringresonator，SRR）、互補(bǔ)分裂環(huán)結(jié)構(gòu)（Complementsplitringresonator，CSRR）、互補(bǔ)耦合電容電感結(jié)構(gòu)（Complementaryelectricalcouplinginductanceandcapacitance，CELC）等類型。在微波傳輸過程中，電磁能量與生物樣品的相互作用會產(chǎn)生反射波和透射波。待測生物樣品的介電特性決定了這些波的傳輸系數(shù)，并以可測量的諧振頻率和幅值變化的形式表現(xiàn)出來，從而將樣品的生化特性轉(zhuǎn)化為可測量的電磁參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對樣品特性的精準(zhǔn)檢測[28-29]。在工作頻率下，微波生物傳感器電場強(qiáng)度較大的區(qū)域?qū)殡姵?shù)的變化尤為敏感[30]，通過測量敏感區(qū)域內(nèi)待測生物樣品引起的微波參數(shù)變化，可實(shí)現(xiàn)對樣品中目標(biāo)物質(zhì)的濃度、數(shù)量、厚度和體積等特性的分析[31]。

微波諧振器主要由電感和電容構(gòu)成，其中，電容特性對諧振器的傳感性能至關(guān)重要[32]。電容特性不僅取決于兩個(gè)平行板的幾何尺寸（長度、寬度和距離），還受到極板間介質(zhì)材料的介電常數(shù)的影響。電容值可由公式（1）表示：

其中，L、W和d分別為平行板的長度、寬度和距離；0為空氣的介電常數(shù)；r為介質(zhì)材料的相對介電常數(shù)，其變化的敏感度與傳感器靈敏度息息相關(guān)。已報(bào)道的微波生物傳感器中，開口分裂環(huán)SRR是一種常見的結(jié)構(gòu)（圖1A），通常由微帶金屬線、介電基板、饋線及位于介電基板對側(cè)的金屬接地結(jié)構(gòu)組成。該結(jié)構(gòu)可等效為電感和電容相串聯(lián)的電路模型（圖1B），其中微帶金屬線因其固有的電磁特性而提供電感特性，而開路金屬環(huán)結(jié)構(gòu)提供電容特性。通過調(diào)整SRR的尺寸、形狀和開孔大小，可以精確地調(diào)節(jié)其諧振頻率，從而實(shí)現(xiàn)對生物分子相互作用的高靈敏度檢測。Cg和Ls分別代表環(huán)形微帶線的等效電容和等效電感，在電磁場耦合作用下，信號通過饋線和開環(huán)回路進(jìn)行傳輸。諧振頻率（f）可用公式（2）[33]表示：

為了增強(qiáng)微波諧振器的檢測靈敏度，研究者提出了具有較高品質(zhì)因數(shù)的互補(bǔ)分裂環(huán)CSRR結(jié)構(gòu)[34]，如圖1C所示，該結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)SRR的基礎(chǔ)上，內(nèi)嵌了一條與SRR等線寬的微帶金屬導(dǎo)體，并保持導(dǎo)體之間的間距相同。通過這種設(shè)計(jì)，CSRR能夠顯著提高諧振器的品質(zhì)因數(shù)，進(jìn)而提升傳感器的檢測靈敏度[35]。CSRR的等效電路模型圖（圖1D）中，Cc和Ls分別表示耦合電容和并聯(lián)電感。為了增強(qiáng)諧振器對電容變化的敏感性，研究者提出了互補(bǔ)耦合電容電感（CELC）諧振器[36]。在電磁場的耦合作用下形成電場壁和磁場壁兩個(gè)對稱平面（圖1E），通過對這兩個(gè)平面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠有效改善電容特性，從而提升諧振器的傳感檢測靈敏度。圖1F為CELC等效電路模型圖，其中Cg表示導(dǎo)體與接地面之間的電容，Lg為互補(bǔ)電耦合諧振器的電感，Cm表示兩部分金屬平面之間的耦合電容。

1.2微波生物傳感器應(yīng)用研究

1.2.1直接式微波生物傳感器

依據(jù)檢測方式的不同，微波生物傳感器可分為直接式和間接式兩類。直接式微波生物傳感器通過對生物細(xì)胞、細(xì)菌、病毒等生物體的檢測實(shí)現(xiàn)傳感響應(yīng)表征。這些傳感器通過監(jiān)測待測生物樣品在傳感器敏感區(qū)域的物理特性（樣品溶液面積、厚度和濃度）的變化，反映生物體的活性、抗藥性和生長狀況等[37]。如Mohammadi等[38]提出了一種基于SRR結(jié)構(gòu)的新型無標(biāo)簽微波生物傳感器，利用諧振振幅差值及諧振頻率差值的變化表征微波傳感響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對細(xì)菌生長狀況的高線性度檢測（圖2A）。該傳感器的優(yōu)勢在于利用固體培養(yǎng)基進(jìn)行待測細(xì)胞培養(yǎng)，有效避免了液體生物樣本對微波傳感器的干擾。此外，Lee等[39]基于SRR設(shè)計(jì)了一種射頻（Radiofrequency，RF）生物傳感器（圖2B），由局部高阻抗微帶線的時(shí)變磁場分量激勵(lì)，實(shí)現(xiàn)了對不同濃度生物分子的無標(biāo)記檢測。Piekarz等[40]設(shè)計(jì)了一種覆蓋有抗大腸桿菌抗體的透射型差分諧振陣列（圖2C）。該生物傳感器在5個(gè)不同頻率下均能產(chǎn)生諧振效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對不同濃度的大腸桿菌和鼠李糖乳桿菌LOCK0919的特異性、高靈敏度和高穩(wěn)定性檢測，克服了現(xiàn)有微波生物傳感器缺乏檢測特異性的不足。然而，該研究中微波傳感器的檢測結(jié)果易受環(huán)境因素的干擾，檢測穩(wěn)定性和可靠性仍需進(jìn)一步提升。相較于傳統(tǒng)的諧振型生物傳感器通常設(shè)計(jì)在特定的諧振峰值下工作，Chen等[41]提出了一種在40GHz頻段附近工作的RF生物傳感器（圖2D）。該傳感器采用微波共面波導(dǎo)傳輸線，對癌癥細(xì)胞（HepatomaG2，HepG2）進(jìn)行介電特性表征，有效消除了測量過程中由培養(yǎng)基和基質(zhì)材料產(chǎn)生的微波寄生效應(yīng)。但是，該研究存在一些不足，如對特定頻率的依賴性、抗干擾能力差、復(fù)雜樣品檢測特異性較差以及靈敏度低等。

1.2.2間接式微波生物傳感器

間接檢測方法可分為兩類：通過引入生物介質(zhì)物進(jìn)行檢測和通過檢測生物體所在的有機(jī)溶液環(huán)境間接反映生物信息指標(biāo)。第一類方法通過檢測介質(zhì)物（如生物酶或生物標(biāo)志物）的變化反映微波參數(shù)變化，從而間接實(shí)現(xiàn)對待測生物樣品特性的傳感響應(yīng)[42-43]。Xie等[44]提出了由雙諧振SRR組成的太赫茲超材料生物傳感器（圖2E），通過分析雙諧振頻率的變化，實(shí)現(xiàn)了濃度低至0.1ng/mL的肝癌生物標(biāo)志物甲胎蛋白（Alphafetoprotein，AFP）的特異性檢測。該傳感器具有檢出限低、靈敏度高、線性度良好、簡單易用及成本低等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效應(yīng)用于肝癌的早期診斷。第二類方法通過檢測生物體所處環(huán)境中的有機(jī)溶液間接反映其微波器件的反射和傳輸特性。有機(jī)物溶液相對介電常數(shù)會隨其物質(zhì)濃度變化而變化，進(jìn)而影響微波器件的反射和傳輸特性。Dhakal等[45]基于空氣橋增強(qiáng)型電容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種非侵入性葡萄糖生物傳感器，通過測量血清樣品的介電常數(shù)檢測人體血清中的葡萄糖水平。通過從實(shí)測散射參數(shù)中提取介電常數(shù)、電容和相位等相關(guān)系數(shù)對多參數(shù)響應(yīng)進(jìn)行表征，其介電常數(shù)隨著葡萄糖濃度增大而降低，并呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系，檢出限低至9.69mg/dL。但是，該傳感器在檢測葡萄糖含量較低的汗液、尿液、血液等體液樣品中時(shí)，具有局限性。此外，葡萄糖濃度的檢測結(jié)果受到多種因素的影響，包括與敏感區(qū)域接觸的溶液量和形態(tài)等，這些因素的變化可能會影響傳感器的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。為解決上述問題，Qiang研究組提出了一種集成微波貼片諧振器和槽型結(jié)構(gòu)于一體的定量檢測生物傳感器。在硅基板上通過微納加工法實(shí)現(xiàn)了正面SU-8槽型和背面空氣槽型結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對葡萄糖溶液濃度的多參數(shù)表征[46]。在此基礎(chǔ)上，該研究組設(shè)計(jì)并加工制備了基于電容型結(jié)構(gòu)（圖2F）的葡萄糖生物傳感器，其靈敏度分別為0.413nF/（mg/dL）、0.048nF/（mg/dL）和0.011pF/（mg/dL）[47]。

2基于聚二甲基硅氧烷微流控芯片的微波生物傳感器

在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，開發(fā)具有實(shí)時(shí)檢測能力的小型化傳感器裝置對于準(zhǔn)確檢測目標(biāo)病原體、激素、細(xì)菌微生物及其它分析物具有重要意義，且在即時(shí)治療等醫(yī)學(xué)應(yīng)用中尤為關(guān)鍵[48]。微流控芯片技術(shù)是一種在微米尺度上操控流體的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對流體的精確控制，將生物和化學(xué)等實(shí)驗(yàn)室的基本功能微縮至幾平方厘米大小的芯片上[49-50]。目前，微流控芯片技術(shù)已成為研究細(xì)胞的新一代主流技術(shù)。與傳統(tǒng)細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)相比，微流控芯片技術(shù)具有自動化水平和集成度均較高等優(yōu)勢，為開發(fā)低成本、緊湊型生物醫(yī)學(xué)器件提供了可能[51-52]。其中，采用聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）制備的微流控芯片具有透光性強(qiáng)、生物相容性好、易于加工與集成等優(yōu)勢，已成為該領(lǐng)域的首選材料之一[53]。

微波傳感芯片通常將金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加載在特定基板（如玻璃、硅、碳化硅、砷化鎵和印刷電路板等）上以實(shí)現(xiàn)傳感響應(yīng)，其中，玻璃基板和硅基板能夠通過等離子表面處理工藝和PDMS微流控芯片技術(shù)高效集成，因此微波傳感芯片和PDMS微流控芯片具有良好的兼容性[54-56]。目前，已有學(xué)者將微流控技術(shù)與微波傳感技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，這種基于PDMS微流控芯片的微波生物傳感器根據(jù)微波傳感器種類的不同可分為低溫共燒陶瓷（Lowtemperatureco-firedceramics，LTCC）式[57]、太赫茲（THZ）超材料式[58]、缺陷地結(jié)構(gòu)（Defectedgroundstructure，DGS）式[59]以及薄膜微帶式[60]。

2.1低溫共燒陶瓷式

LTCC是一種采用陶瓷基底和金屬導(dǎo)體材料共同燒結(jié)的工藝，其主要特點(diǎn)是可在較低溫度（通常為850～900℃）下進(jìn)行燒結(jié)，避免高溫對材料或器件的損害。LTCC技術(shù)憑借其優(yōu)良的介電性能和低損耗特性，廣泛應(yīng)用于微波生物傳感器領(lǐng)域。Liang等[61]設(shè)計(jì)了一種新型的LTCC式無線微流體生物傳感器（圖3A），該傳感器由平面螺旋電感和平行板電容組成，形成諧振天線結(jié)構(gòu)，并與集成在基板內(nèi)的微流體通道共同組成無線傳感系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)檢測有機(jī)液體的介電常數(shù)。Malecha等[62]基于微波諧振和干涉疊加原理，設(shè)計(jì)了兩類LTCC微波微流體傳感器（圖3B），其工作頻段為2.45和5.80GHz。在完成待測溶液中多巴胺的線性傳感響應(yīng)測量后，建立了待測溶液濃度的微波介電預(yù)測模型。盡管LTCC技術(shù)用于微波傳感器展現(xiàn)出頻帶寬和魯棒性高等顯著優(yōu)勢，但其制造工藝的復(fù)雜性和高成本仍是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展中需要解決的關(guān)鍵問題。

2.2太赫茲超材料式

THz波對生物分子（如水和蛋白質(zhì)等）具有高敏感性，已成為生物檢測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。此外，超材料作為一種通過人工設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的新型材料，展現(xiàn)出了超越傳統(tǒng)自然材料的電磁特性，如負(fù)折射率、異常高的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率等。將THz波傳感器與超材料結(jié)合，可以通過特定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電磁響應(yīng)特性增強(qiáng)傳感器的特異性和靈敏度。近年來，基于THz超材料的微波傳感器技術(shù)以其在生物分子檢測中展現(xiàn)出的高靈敏度和高分辨率而廣受關(guān)注。Geng等[63]設(shè)計(jì)并制備了集成微流體通道的THz超材料生物傳感器（圖3C）。該傳感器利用雙間隙超材料結(jié)構(gòu)捕獲甲胎蛋白（AFP）和谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶同工酶Ⅱ（GGT-Ⅱ），并通過監(jiān)測諧振頻率的偏移表征傳感響應(yīng)，其中，AFP的諧振偏移為14.2GHz（0.02524μg/mL），GGT-Ⅱ的諧振偏移為19GHz（5μg/mL）。Lin等[64]設(shè)計(jì)了一種十字形超材料結(jié)構(gòu)（圖3D），在益生菌實(shí)驗(yàn)中，最大諧振偏移可達(dá)到89GHz，并且在0.025mg/50μL的低濃度下仍能產(chǎn)生0.72GHz的偏移。為了提高檢測靈敏度，Weisenstein等[65]設(shè)計(jì)了一種集成微流體的THz超材料生物傳感器（圖3E），利用非對稱CSRR（CASR）結(jié)構(gòu)的諧振特性對待測生物分子實(shí)現(xiàn)了高靈敏檢測，靈敏度高達(dá)893（GHz/RIU）/μL。THz波傳感器具有高集成度特性，在生物分子檢測領(lǐng)域展現(xiàn)出較大的應(yīng)用潛力。在CASR結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，Zhou等[66]利用石墨烯-超表面雜化結(jié)構(gòu)，通過增強(qiáng)THz波與生物分子的相互作用，可檢測濃度低至100nmol/L的DNA短序列（圖3F）。然而，THz波傳感器工作頻率高，會導(dǎo)致其尺寸偏小，限制了與之集成的微流體芯片所能處理的流體通量，其加工工藝要求較高且成本也較高。

2.3缺陷地結(jié)構(gòu)式

平面天線在空間中的能量耦合會降低天線的輻射性能，減少電磁通量與被測生物介質(zhì)之間的相互作用，降低傳感靈敏度。為解決該問題，研究人員提出了DGS，通過在微帶線接地金屬板上蝕刻特定的柵格結(jié)構(gòu)，集中金屬導(dǎo)體的表面電流，改變傳輸線的分布電感和分布電容，抑制平面天線的能量耦合，減少輻射損耗并改善微波諧振特性。因此，DGS也被廣泛應(yīng)用于提高微波傳感器的傳感靈敏度。Zhang等[67]設(shè)計(jì)了一種與仿生微流體通道集成的微帶貼片天線，采用DGS影響接地金屬面中的電流分布，增加電感；同時(shí)，利用仿生微流通道固定葡萄糖溶液的體積容量，減少實(shí)驗(yàn)誤差（圖4A），增強(qiáng)了葡萄糖濃度、諧振頻率和反射系數(shù)之間的傳感響應(yīng)相關(guān)性，驗(yàn)證了該天線在早期血糖水平檢測中的可行性。然而，實(shí)驗(yàn)過程中不可避免的環(huán)境因素（如溫度和濕度）波動，仍可能對測量結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生干擾。為了提高傳感性能的精確度，Gan等[68]提出并制備了一種基于CSRR的差分型微波諧振器，該諧振器利用DGS降低微帶貼片單元間的相互耦合效應(yīng)（圖4B）。此外，該諧振器通過采用差分結(jié)構(gòu)減少溫度、濕度等環(huán)境變量產(chǎn)生的干擾，并通過在電場集中的敏感區(qū)域——凹槽位置集成微流體通道，進(jìn)一步提高器件的檢測靈敏度。DGS為微波生物傳感器的發(fā)展提供了有效的解決方案，但靈敏度限制了其在生物檢測領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

2.4薄膜微帶式

薄膜微帶技術(shù)也是一種常見的微波諧振結(jié)構(gòu)加工方法，通過在絕緣基板表面上沉積導(dǎo)電薄膜（通常是金屬），形成導(dǎo)體和介質(zhì)層結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多種微波器件。Omer等[69]提出了一種集成微流控通道的高靈敏平面微波傳感器（圖4C），專門用于監(jiān)測糖尿病患者血液中葡萄糖濃度（70～150mg/dL）變化。該傳感器的傳感單元由蝕刻在基板底部的3個(gè)圓形CSRR級聯(lián)形成，相較于僅含單個(gè)諧振單元的傳感器，不僅靈敏度和分辨率顯著提升，還有效減小了環(huán)境因素帶來的測量誤差。Salim等[70]利用負(fù)載方形貼片的CSRR測試并分析了濃度在0～100%范圍內(nèi)的乙醇溶液（圖4D），通過介電擾動法表征了微流體通道內(nèi)不同濃度乙醇溶液的諧振頻偏，濃度檢出限低至10%。Yesiloz等[71]設(shè)計(jì)了一種基于微波技術(shù)的微流體混合器（圖4E），利用諧振器中的螺旋電容聚焦電磁場，并為穿過電容間隙的液滴提供了足夠的電磁能量，有效促進(jìn)了微流體通道中的液滴混合。這種高靈敏微波諧振結(jié)構(gòu)不僅可識別各種液體類型和濃度，還可將微生物和細(xì)菌的生物特征轉(zhuǎn)化為諧振頻移或幅度變化等可量化的微波參數(shù)，在微波生物傳感領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。Narang等[72]開發(fā)了一種微波微流體生物傳感器（圖4F），能夠快速、非接觸式、無損檢測大腸桿菌的濃度和生長狀態(tài)，并建立了細(xì)菌濃度以及生長和增殖的線性響應(yīng)模型，為自動化臨床微生物學(xué)試驗(yàn)提供了可行性方案。薄膜微帶技術(shù)因其結(jié)構(gòu)和加工的靈活性，使傳感芯片在通量上不受限制，并顯著提高了傳感器的可靠性和靈敏度，是目前微波傳感芯片的熱門選擇。

綜上，4種基于PDMS微流控芯片的微波生物傳感器各有特點(diǎn)，其檢測原理和優(yōu)缺點(diǎn)比較見表1。這4種芯片都可實(shí)現(xiàn)對生物樣品的實(shí)時(shí)檢測，但性能存在差異。薄膜微帶式微波微流控生物傳感器具有優(yōu)良的檢測性能；LTCC微波生物傳感器雖具備優(yōu)良的介電性能，但制造工藝復(fù)雜且成本較高；THz超材料式傳感器靈敏度最高，但其較高的成本和較低的通量限制了其在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用；DGS微波物傳感器損耗低，但傳感靈敏度和通量也相對較低。鑒于此，薄膜微帶式微波生物傳感器憑借其高靈敏度、高通量的優(yōu)勢，在未來基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用方面應(yīng)用潛力較大。

3結(jié)論與展望

基于PDMS微流控芯片的微波生物傳感器已引起研究者廣泛關(guān)注，并在細(xì)胞分析、臨床檢測和食品加工等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出卓越的應(yīng)用潛力。然而，仍存在一些亟待解決的難題。首先，微波諧振器與各種被測溶液、微生物及細(xì)胞之間的協(xié)同工作機(jī)制仍需深入研究，這需要大量的結(jié)構(gòu)仿真與實(shí)測數(shù)據(jù)作為支撐。其次，當(dāng)前研究中微流體通道的設(shè)計(jì)多為簡單覆蓋在微波傳感器的敏感區(qū)域，未充分體現(xiàn)微流體的控制作用，如何通過微流控結(jié)構(gòu)提升傳感器性能仍是該領(lǐng)域的研究難點(diǎn)。此外，單個(gè)諧振結(jié)構(gòu)對待測溶液進(jìn)行檢測表征，數(shù)據(jù)樣本有限，難以通過大數(shù)據(jù)分析和機(jī)器學(xué)習(xí)來提升檢測性能。最后，微波生物傳感器的檢測特異性不佳，雖然也有少數(shù)研究利用生物蛋白酶和抗體修飾微波器件，但這些生物分子的活性會隨著時(shí)間和環(huán)境變化而衰減，并且成本較高。多數(shù)研究僅將待測溶液放置在檢測敏感區(qū)間，這種方法難以克服微波傳感器特異性較差的缺陷。

未來，應(yīng)將微流控芯片與成熟電子芯片進(jìn)行深度融合，形成大規(guī)模集成電路控制的功能型集成微流控芯片，從而實(shí)現(xiàn)集靈敏、高特異性、便攜式、可穿戴、非侵入和微型化于一體的生物信息檢測系統(tǒng)。該領(lǐng)域的發(fā)展需要多學(xué)科交叉與協(xié)同，才能逐步實(shí)現(xiàn)其在臨床醫(yī)學(xué)中的廣泛應(yīng)用，包括對不同細(xì)胞類型的操控、分選和分析，充分發(fā)揮微波-微流控生物傳感芯片的優(yōu)勢。作為集成生物材料、電子信息與醫(yī)學(xué)人工智能的前沿項(xiàng)目，微波-微流控一體化芯片將在生物醫(yī)學(xué)與生命健康領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，盡早實(shí)現(xiàn)微流控芯片與成熟電子芯片的深度對接，將顯著提升我國在大規(guī)模集成電路控制的功能型集成微流控芯片研究領(lǐng)域的核心競爭力。