Terahertz microfluídicos detección utilizando un sensor de guía de ondas de placas paralelas

Summary

El procedimiento para la aplicación de un sensor de índice de refracción para frecuencias de terahercios basado en una guía de ondas ranurada geometría de placas paralelas se describe aquí. El método proporciona una medición del índice de refracción de un pequeño volumen de líquido a través de la supervisión de la variación en la frecuencia de resonancia de la estructura de guía de ondas

Abstract

Índice de refracción (RI) de detección no invasivo es un potente y sin etiqueta técnica de detección para la identificación, detección y control de muestras de microfluidos con una amplia gama de diseños de sensores posibles, tales como los interferómetros y ^1,2 resonadores. La mayoría de aplicaciones de la RI existente de detección de centrarse en los materiales biológicos en soluciones acuosas en frecuencias visibles e IR, tales como hibridación de ADN y la secuenciación del genoma. En las frecuencias de terahercios, las aplicaciones incluyen control de calidad, control de procesos industriales y sensores de detección y aplicaciones que involucren materiales no polares.

Varios diseños potenciales para los sensores de índice de refracción en el régimen terahertz existen, incluyendo guías de ondas de cristal fotónico ^3, asimétricos anillo dividido resonadores ⁴ y estructuras fotónicas integradas de banda prohibida en guías de ondas de placas ^paralelas-5. Muchos de estos diseños se basan en resonadores ópticos, tales como anilloso cavidades. Las frecuencias de resonancia de estas estructuras son dependientes del índice de refracción del material en o alrededor del resonador. Mediante la supervisión de los cambios en la frecuencia de resonancia del índice de refracción de una muestra puede medirse con exactitud y esto a su vez puede ser utilizado para identificar un material, vigilar la contaminación o dilución, etc

El diseño del sensor se utiliza aquí se basa en una simple guía de ondas de placas paralelas ^6,7. Una ranura rectangular mecanizada en una cara actos como una cavidad resonante (Figuras 1 y 2). Cuando la radiación de terahercios se acopla a la guía de onda y se propaga en el menor orden transversal eléctrico (TE ₁₎ modo, el resultado es un único rasgo fuerte resonante con una frecuencia ajustable resonante que depende de la geometría de la ranura de ^6,8. Este surco puede ser llenado con muestras líquidas apolares microfluídicos que causan un cambio en la frecuencia de resonancia observado que depende de la cantidad de liquid en la ranura y su índice de refracción ^9.

Nuestra técnica tiene una ventaja sobre otras técnicas de terahercios en su simplicidad, tanto en la fabricación y aplicación, ya que el procedimiento puede llevarse a cabo con equipo de laboratorio estándar sin la necesidad de una sala limpia o cualquier fabricación especial o técnicas experimentales. También se puede ampliar fácilmente para operación multicanal mediante la incorporación de múltiples ranuras ^10. En este video vamos a describir nuestro procedimiento experimental completo, desde el diseño del sensor para el análisis de datos y la determinación del índice de refracción de la muestra.

Protocol

1. Sensor de Diseño y Fabricación

1. Diseño de una guía de ondas de placas paralelas con una o más cavidades integrados (o "ranuras"). Véanse las Figuras 1 y 2. La geometría puede estar basada en la dada en nuestras publicaciones anteriores ^8,9 o diseñados especialmente para la aplicación en particular. Los siguientes principios generales se sugieren:
   1. Espaciado de la placa: En este experimento una separación entre placas de 1 mm se utiliza para el acoplamiento eficaz para el modo TE1 sin la necesidad de óptica especial. También se asegura de un solo modo de propagación en las frecuencias de interés. Cuando....

Discussion

Cabe señalar que el índice de refracción del líquido que se determina sólo a la frecuencia de la resonancia de la cavidad no, sobre un ancho de banda amplio. Esto tiene algunas ventajas distintas pocos. En primer lugar, aunque las mediciones se han hecho uso de una fuente de terahercios de banda ancha para fines de caracterización, también se podría construir un sistema equivalente de detección con una fuente de frecuencia única THz con sólo un grado limitado de capacidad de ajuste de frecuencia, un enfoque que podría s.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Nombre del reactivo	Empresa	Número de catálogo	Comentarios (opcional)
10 l jeringa	Hamilton	80314	Jeringa de alta precisión
Alcanos líquidos	Acros Organics		Las muestras para la calibración y pruebas
			No se requiere equipo específico. Los materiales adecuados de prueba y los disolventes se dejan a discreción del experimentador. Las jeringas de alta precisión utilizados en este procedimiento se muestran en la tabla siguiente, pero el experimentador puede desear utilizar jeringas de un volumen diferente o diseño, incluyendo jeringas digitales para mejorar la precisión. Los alcanos de prueba utilizados en este experimento también se enumeran.