近日，东南大学柔性射频技术研究中心陆卫兵教授课题组在期刊《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》上发表题为“A Flexible SSPP-Mach-Zehnder Interferometric Sensor for Microwave Detection of Aqueous Glucose Concentration”的研究论文。该研究提出了一种基于人工表面等离激元（SSPPs）的柔性马赫-曾德尔（MZ）干涉仪传感器，用于检测葡萄糖。通过将SSPPs的强场约束效应与双臂MZ结构的相位敏感干涉机制相结合，该传感器能够有效将微小的介电变化转化为干涉响应中的显著光谱偏移，并在机械变形下保持稳定性能。
图1基于SSPP的柔性葡萄糖传感器示意图：（a）具有介电样品诱导相位移的对称MZ干涉仪配置，以及（b）用于非侵入式葡萄糖检测的柔性传感器平台
【研究背景与挑战】
非侵入式葡萄糖实时监测在智慧医疗领域具有重要意义，但微波传感技术在高损耗水性环境中面临信号衰减严重和检测灵敏度受限的严峻挑战。此外，如何在高度弹性的柔性基底上构建兼具强电磁场局域能力与高相位稳定性的干涉传感架构，并确保其在复杂机械形变下的测量可靠性，是当前实现可穿戴生化传感器的核心技术瓶颈。
【核心创新】
受先前研究的启发，并旨在克服这些局限性，本工作提出了一种基于优化的SSPP（与柔性聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上集成MZ干涉仪的新型高灵敏度微波传感器。通过在K频段（约18 GHz）工作并采用特定的场局域化单元结构，该设计最大限度地提升了葡萄糖的介电对比度，同时减小了传感器的占用面积。所提传感器的关键创新与贡献总结如下：
1）损耗介质中的协同集成：将场受限的SSPP与双臂MZ干涉仪集成，有效抑制了水溶液中的阻尼效应。这使得传感器能够将微弱的介电变化转化为显著的谱线偏移，并具备高度的相位稳定性，而这是传统谐振器在水中难以实现的。
2）新型交叉槽GCPW-SSPP结构设计：提出了一种采用接地CPW（GCPW）并带有蚀刻交叉槽的新型SSPP单元设计，可显著增强液体传感界面处的场局域化效果。这种结构优化提高了传感器的灵敏度，并提供了电磁屏蔽功能。潜在的可穿戴应用。
3）高灵敏度：该传感器表现出极高的介电灵敏度，当介电常数从5降至2时，频率偏移达-662 MHz，对应葡萄糖浓度在0-800 mg/dL范围内，灵敏度为3.363 × 10⁻¹ MHz/(mg/dL)。
4）增强的顺应性稳健性：该设备采用铜涂层PDMS基底制造，表明即使在显著的顺应性弯曲下，相位干涉机制仍保持稳定。这有助于适应多种应用场景。
【总结与展望】
本研究验证了SSPP-MZI架构在高损耗水性环境下实现多变量解耦与高可靠传感的可行性，为非侵入式生化检测提供了新方案。未来将重点攻克多参数融合补偿技术并推进系统集成，以实现复杂动态环境下的全天候、高精度可穿戴血糖实时监测。
该论文第一作者为陈照敏博士，唯一通讯作者为陆卫兵教授，合作者包括南京航空航天大学梁鑫华博士生。研究工作得到了江苏省基础研究计划、国家自然科学基金等项目的资助。
(a) (b) (c)
图2.提出传感器的仿真与实测S参数：(a)在平面（空气）、共形弯曲（空气）和纯水负载状态下传输系数|S21|；(b)在相应代表性工作条件下回波损耗|S11|；以及(c)对浓度从0到800 mg/dL、以100 mg/dL为步长的水溶液葡萄糖的响应。
图3.葡萄糖水溶液浓度对共振频率偏移的可重复性测试依赖关系。
图4.提出的传感器在25℃至60℃温度范围内对400 mg/dL葡萄糖溶液的测量透射光谱（|S21|）
原文链接：Z. M. Chen, X.H. Liang and W.-B. Lu*, "A Flexible SSPP-Mach-Zehnder Interferometric Sensor for Microwave Detection of Aqueous Glucose Concentration," IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT, Early Access, 2026, DOI: 10.1109/TIM.2026.3711345. (https://ieeexplore.ieee.org/document/11599755)
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