微波毫米波生物传感技术应用于浅表层组织的癌症检测,包括乳腺癌、皮肤癌以及淋巴癌,一直是研究者们致力于研究的方向。随着大数据、移动医疗的发展,微波毫米波结合生物传感技术在癌症检测、疾病监测以及疾病护理等方面具有重要的应用价值。特别是片上系统(lab-on-a-chip)以及可植入式芯片的发展,使得微波毫米波技术在疾病检测上的应用范围更广、灵敏度更高、实用性更强且更具有前沿性。本文围绕皮肤恶性黑色素瘤和皮肤水分含量检测的目的具体开展了以下几项工作:(1)对微波毫米波频段生物效应进行了研究,特别针对不同水分含量的皮肤组织介电特性进行了理论研究。将温度、组织含水量等影响人体介电特性的因素通过Bruggeman混合方程、Eyring弛豫时间方程融入了Debye方程中的弛豫时间、静态以及光频介电常数中,得到了人体生物组织的介电特性在电磁波辐照下,随组织含水量、人体温度以及电磁波频率等因素影响下的变化规律。与传统的方法相比,所考虑的这些影响因素更加全面。(2)设计了一种可用于检测皮肤恶性黑色素瘤以及皮肤水分含量的微波生物传感器。基于仿表面等离体激元(SPPs)设计了一种交错栅微波生物传感器,并根据不同含水量的皮肤模型S参数特性对所设计的SPPs交错栅生物传感器灵敏度标准进行了研究。对所设计的传感器进行了全面的分析,且仿真结果表明所设计的传感器对皮肤水分含量的变化敏感,可用于分辨皮肤水分含量以及区分正常细胞与癌变细胞。最后对传感器进行了加工测试,测量的SPPs生物传感器对具有或不具有正常人类手指皮肤组织和纯水的实验与模拟结果具有很好的一致性。该传感器可以用于检测人体角质层水含量、恶性黑色素瘤和淋巴癌等表浅面肿瘤的早期诊断、以及引导肿瘤术中切除切除。(3)优化设计了一种新型的基于折叠平面波导的SPPs生物传感器,仿真结果表明,所设计的传感器性能更加优越,可更加有效的检测皮肤癌组织。