Microwave Biosensor for The Detection of Estrogen Hormone Concentration

Abstract

The objective of this thesis is to study and develop microwave biosensors for measuring estrogen concentration. The study was divided into two parts: first, the optimum structure was designed and studied through an electromagnetic simulation from the complementary split-ring resonator structure (CSRR), and the results were analyzed by observing the field intensity. Electricity and Transmission Coefficient (S21) According to the results of the study, it was found that the composite ring resonant structure, the plus sign symmetric erosion, at a resonance frequency of 2.64 GHz, was able to produce a large electric field intensity. The highest at 59,627.1 V / m and a transmission coefficient of -35.098 dB, the second was a fabrication of a microwave sensor using the dry-film printing technique. From the measurement results, it was found that the fabricated microwave sensor showed the same effect as the electromagnetic simulation results. When the fabricated microwave sensor was tested to measure estrogen concentration, it was found that the size of the transmission coefficient changed in the manner of logarithmic function and the concentration of estrogen. At a concentration range of 0.01 mM to 10 mM at a coefficient of determination (R2) 0.9604, the results of such studies show that the proposed microwave sensors can be used to measure estrogen concentrations. moreover is also possible to apply the microwave sensors studied in the future to measure other biological substances.

วิทยานิพนธ์นี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาและพัฒนาไมโครเวฟไบโอเซนเซอร์สำหรับตรวจวัดความเข้มข้นของฮอร์โมนเอสโตรเจน โดยแบ่งการศึกษาออกเป็น 2 ส่วน ประกอบด้วย ส่วนแรกทำการออกแบบและศึกษาโครงสร้างที่เหมาะสมผ่านการจำลองทางแม่เหล็กไฟฟ้าจากโครงสร้างตัวสั่นพ้องแบบวงแหวนแยกคอมพลีเมนทารี (CSRR) และวิเคราะห์ผลโดยสังเกตจากค่าความเข้มสนามไฟฟ้าและค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน (S21) จากผลการศึกษาพบว่าโครงสร้างตัวสั่นพ้องแบบวงแหวนแยกคอมพลีเมนทารีที่ทำการกัดเซาะแบบสมมาตรรูปเครื่องหมายบวกที่ความถี่สั่นพ้อง 2.64 GHz สามารถให้ค่าความเข้มสนามไฟฟ้ามากที่สุดที่ขนาด 59,627.1 V/m และมีขนาดค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน -35.098 dB ส่วนที่สองทำการประดิษฐ์ไมโครเวฟเซนเซอร์โดยใช้เทคนิคการกัดปริ้นลายวงจรแบบไดร์ฟิล์ม จากผลการตรวจวัดพบว่าไมโครเวฟเซนเซอร์ที่ทำการประดิษฐ์ให้ผลเป็นไปในทิศทางเดียวกันกับผลการจำลองทางแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อนำไมโครเวฟเซนเซอร์ที่ทำการประดิษฐ์ดังกล่าวไปทดสอบตรวจวัดความเข้มข้นของฮอร์โมนเอสโตรเจนพบว่าขนาดค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านมีการเปลี่ยนแปลงไปในลักษณะฟังก์ชันลอการิทึมกับความเข้มข้นของฮอร์โมนเอสโตรเจนที่ช่วงความเข้มข้นระหว่าง 0.01 mM ถึง 10 mM ที่ระดับค่าสัมประสิทธิ์การตัดสินใจ (R2) 0.9604 จากผลการศึกษาดังกล่าวแสดงให้เห็นว่าไมโครเวฟเซนเซอร์ที่นำเสนอสามารถนำมาใช้ในการตรวจวัดความเข้มข้นของฮอร์โมนเอสโตรเจนได้ นอกจากนั้นยังมีความเป็นไปได้ที่จะนำไมโครเวฟเซนเซอร์ที่ทำการศึกษานี้ไปประยุกต์ใช้ในการตรวจวัดสารชีวภาพชนิดอื่น ๆ ในอนาคต