電氣學(xué)院應(yīng)用電磁所一年級博士研究生馬瀟馳以第一作者身份，在國際權(quán)威期刊 Sensors and Actuators: B. Chemical （中國科學(xué)院1區(qū)TOP， IF = 7.7）上發(fā)表研究論文 “Interdigitated Microwave Resonator for Highly Sensitive Detection of Chemical Liquids”。該工作提出了一種基于叉指式電開口諧振環(huán)（ID-eSRR）與微帶傳輸線直接耦合的微波液體傳感器，實現(xiàn)了微量液體分析物的快速、高靈敏度和高重復(fù)性檢測，為環(huán)境監(jiān)測和生物醫(yī)學(xué)檢測等應(yīng)用提供了一種低成本、便攜式解決方案。

該研究工作由曹磊副教授（通訊作者）與德國法蘭克福大學(xué)孟凡奇副研究員共同指導(dǎo)，該研究得到了2025年電氣學(xué)院設(shè)立的醫(yī)工交叉專項基金支持。

研究背景：微波液體傳感的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

微波液體傳感技術(shù)具有非接觸、結(jié)構(gòu)簡單和成本低等優(yōu)勢，在化學(xué)分析和生物檢測等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價值。然而，現(xiàn)有微波液體傳感器多依賴微流控結(jié)構(gòu)，制備復(fù)雜、穩(wěn)定性有限，難以滿足微量液體快速、可靠檢測的需求。如何在極少樣品用量條件下實現(xiàn)高靈敏度和良好重復(fù)性，仍是該領(lǐng)域面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

技術(shù)創(chuàng)新：叉指式諧振結(jié)構(gòu)與雙通道傳感機(jī)制

針對上述問題，研究團(tuán)隊提出了一種基于叉指式電開口諧振環(huán)（ID-eSRR）的微波液體傳感器，并采用標(biāo)準(zhǔn)PCB工藝制備，器件尺寸僅為 20 mm × 10 mm。該傳感器無需微流控結(jié)構(gòu)，只需將微量液體直接滴加在傳感器表面即可完成檢測，顯著簡化了器件結(jié)構(gòu)和實驗操作。通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，傳感器在工作頻率附近實現(xiàn)了更強(qiáng)的電磁場集中，有效提升了對液體樣品的響應(yīng)能力。

實驗結(jié)果：高靈敏度、強(qiáng)區(qū)分性與良好重復(fù)性

實驗選取了介電特性不同的四種常見液體進(jìn)行測試，結(jié)果表明傳感器能夠?qū)Σ煌后w產(chǎn)生清晰、可區(qū)分的響應(yīng)。其中，W80型傳感器表現(xiàn)最優(yōu)，在微量樣品條件下即可實現(xiàn)高靈敏度檢測。多次重復(fù)實驗顯示，傳感器的測量結(jié)果高度一致，驗證了其良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。

應(yīng)用前景：面向?qū)嶋H場景的微量液體檢測

該傳感器兼具 PCB 兼容性、雙參數(shù)輸出（頻率與振幅）以及微量樣本需求（最低 0.7 μL） 等優(yōu)勢，適用于多種實際應(yīng)用場景。例如：在環(huán)境監(jiān)測中，可用于有機(jī)溶劑泄漏的快速識別；在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，有望用于血液、尿液或唾液等復(fù)雜液體中生物標(biāo)志物的無標(biāo)記檢測。研究團(tuán)隊還系統(tǒng)評估了溫度、濕度及液滴位置變化對傳感性能的影響，結(jié)果表明該傳感平臺具有良好的環(huán)境魯棒性，為后續(xù)工程化應(yīng)用提供了可靠保障。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.snb.2026.139475

圖1 微波液體傳感實驗裝置：（A）矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試系統(tǒng)；（B）傳感器局部放大圖，展示微量液體樣品的滴加過程

圖2 微波液體傳感實驗結(jié)果：（A）不同液體樣品加載前后的微波響應(yīng)曲線；（B–C）三種傳感器對不同液體的頻率與幅值響應(yīng)對比分析。

自2025年起，電氣學(xué)院設(shè)立由學(xué)校、醫(yī)院、學(xué)院多方出資的醫(yī)工交叉專項基金，旨在面向臨床需求，進(jìn)一步加強(qiáng)醫(yī)工交叉融合研究。目前，學(xué)院已初步布局超高場磁共振成像、磁控機(jī)器人診療、等離子體醫(yī)療應(yīng)用、電磁波與粒子束診療等具有強(qiáng)電磁學(xué)科特色的醫(yī)工交叉研究方向。未來，學(xué)院將加大投入，對醫(yī)工交叉方向給予長期穩(wěn)定支持。