用于检测药物水凝胶膨胀的微波带状探针

《IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology》：Microwave Stripline Probe for Pharmaceutical Hydrogel Swelling Detection

实时非侵入监测水凝胶膨胀的微波探针传感器研究。设计微带线探针检测水凝胶吸水导致的介电特性变化，谐振频率下降与膨胀比呈指数关系（R2=0.994）。实验验证平均灵敏度90MHz/g，具有高重复性（稳定性R2=0.994）。该技术为药物缓释监测、生物医学诊断提供新方法。

　　

摘要：

本文提出了一种利用微波探针传感器实时、无创地监测水凝胶膨胀动态的方法。设计了一种紧凑型带状探针，用于检测药物水凝胶APO-Metformin XR 1000因吸水而引起的介电变化。水凝胶的膨胀会导致有效介电常数发生变化，从而使得共振频率出现可测量的下降，这一变化通过输入反射系数（S）来观测。这些频率变化可以被处理并用于检测水凝胶的膨胀率。本文通过精确的电路模型分析，解释了探针的工作原理、灵敏度以及设计过程。已经制造出了探针的原型，并使用药物水凝胶进行了实验测量，以验证所提出的传感原理。在恒定的机械压力和水合条件下进行的受控实验表明，水凝胶的膨胀率与共振频率变化之间存在相关性，其相关系数为R² = 0.994。重复性测试证实了测量的高稳定性，平均灵敏度为每克水吸收90 MHz。研究结果展示了微波传感作为一种灵敏、无需标记且可扩展的平台，在表征水凝胶水合状态方面的潜力，为生物医学诊断、药物输送系统、智能材料以及实时药物释放监测等领域带来了新的应用机会。