用于微流控平台上共面电极检测生物粒子的超外差微波系统

微波与微流控技术的结合有潜力实现对生物粒子的无线监测与交互，从而推动对生物学、通信工程和微尺度物理交叉领域中仍大体未被探索之疆域的开拓。恰如其分地，微流控与微波技术的科学及工程需求都汇聚于系统小型化以实现所需灵敏度水平。因此，本工作提出一种用于检测生物粒子的测量系统的设计与优化，其频率范围为 $0.01$ 至 $10$ $\mathrm{GHz}$，并在微流控平台上采用不同共面电极配置。该测量信号链装置的设计针对一种新型实时超外差微波检测系统进行了优化。特别地，信号完整性通过微波屏蔽腔实现，该屏蔽腔可免受外部电磁干扰，此类干扰可能影响安装在微流控器件上的共面电极。此外，针对不同的共面电极设计，给出并讨论了系统级性能的解析表达式与实验验证。该技术被用于测量浓度为 $10^5$ $\mathrm{beads/mL}$、以 $10$ $\mathrm{\mu L/m}$ 流速流动的 $10$ $\mathrm{\mu m}$ 聚苯乙烯微球所产生的电场扰动。对于所考虑的三种共面电极，实现的 SNR 约为 $40$ $\mathrm{dB}$。