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

Este protocolo utiliza una guía de onda de placa paralela ranurada para medir el índice de refracción de una muestra microfluídica a frecuencias de terahercios. Primero diseñe y fabrique la guía de onda ranurada para exhibir una resonancia en el rango de terahercios. Luego, usando un sistema de espectroscopia de dominio de tiempo de terahercios, mida la frecuencia de resonancia de la guía de ondas. A continuación, llene la guía de ondas con un volumen cuidadosamente medido del fluido de muestra.

El paso final es medir la frecuencia de resonancia de la guía de onda llena. En última instancia, la diferencia entre las frecuencias de resonancia para las guías de onda vacías y llenas se puede utilizar para determinar el índice de refracción de la muestra en el rango de frecuencia de terahercios. Por lo general, las personas nuevas en este método tendrán dificultades debido a la alta precisión requerida para obtener resultados repetibles.

Kim Reel, otro estudiante graduado del Laboratorio de Daniel Middleman, y yo ahora demostraremos el procedimiento. Diseñe una guía de onda de placa paralela con una o más cavidades o ranuras integradas. Basar la geometría en los parámetros detallados en el manuscrito adjunto y consultar también nuestras publicaciones anteriores.

Estos son algunos principios rectores generales. Comience con un tamaño de placa lo suficientemente ancho como para que pueda considerarse infinito en comparación con el haz de entrada para permitir un fácil acceso a la ranura. Haga que la placa guía de onda inferior sea significativamente más ancha que la placa superior para que la ranura se extienda casi todo el ancho de la placa.

Haga que la longitud de propagación sea tal que la guía de onda en su conjunto sea al menos tres veces más larga que la extensión de la ranura y los orificios de la placa inferior estén roscados, mientras que los de la parte superior no lo estén. El diseño de la ranura dependerá de la frecuencia de resonancia deseada, el ancho de línea deseado y el espaciado de placa elegido, entre otros factores. Es importante tener en cuenta las limitaciones de sus técnicas de fabricación para ranuras muy estrechas o muy poco profundas para usarlas como referencia.

También fabrica un diseño idéntico que carece de ranura. Mantenga el espaciado de las placas utilizando espaciadores dieléctricos, como fragmentos de un microscopio destrozado. La máquina de deslizamiento fabrica la guía de ondas.

Es importante destacar que no rompa los bordes de las placas, especialmente en la cara de entrada. Los bordes redondeados son una práctica estándar en muchos talleres mecánicos por razones de seguridad, pero un borde redondeado en la cara de entrada distorsionará la señal. Comience el montaje con una estructura con dos superficies planas perpendiculares entre sí.

Coloque la placa inferior sobre la superficie horizontal y presiónela. Enrasar contra la superficie vertical. Inserte los espaciadores dieléctricos lo más cerca posible de los orificios de los tornillos.

Dos por tornillo, uno a cada lado. Compruebe que los tornillos no obstruyan la ranura ni se extiendan más allá de la cara de entrada. Cuidadosamente. Coloque la placa superior al ras de la superficie vertical y deslícela hacia abajo para que se asiente sobre la placa inferior y los espaciadores.

Ahora sosteniendo ambas placas al ras de la superficie vertical. Inserte los tornillos, atorníllelos gradualmente en un patrón alterno. Examine la guía de onda final para obtener una cara de entrada perfectamente plana y un espaciado uniforme entre placas.

Comience por configurar el aparato. Si aún no está presente, introduzca cuatro lentes en la trayectoria del haz de hercios rah en una orientación confocal. Para proporcionar un enfoque ajustado en el punto medio de la ruta, coloque una apertura de 12 milímetros en el punto focal.

La apertura debe ser lo suficientemente grande como para bloquear la propagación de toda la radiación, excepto a través de la guía de ondas. El tamaño de la apertura determinará el tamaño del haz que se propaga en la guía de ondas. Utilice un soporte seguro para garantizar la colocación repetible de la guía de ondas.

A continuación, coloque la guía de ondas inmediatamente detrás de la apertura con la cara de entrada en contacto con la apertura y con el eje de propagación de la guía de ondas alineado lo más cerca posible del eje óptico. La alineación aquí es crítica, reflexiones, dispersiones, variaciones en el corte, en frecuencias de resonancia y otros problemas pueden surgir debido a una alineación incorrecta de la guía de ondas. Ahora, coloque el soporte de la jeringa de modo que la punta de la jeringa quede alineada con la ranura.

Para obtener los mejores resultados, use una jeringa diferente para cada material para evitar la contaminación cruzada. Llene la jeringa con el líquido que se va a analizar y elimine las burbujas. También entre carreras.

Siga un procedimiento de limpieza que requiera primero desmontar la guía de ondas. A continuación, lave bien ambas placas con un disolvente adecuado para eliminar cualquier residuo del experimento. Seque con aire comprimido, vuelva a montar la guía de ondas como se muestra anteriormente.

Comience con una forma de onda de referencia de la guía de ondas grod. Una forma de onda de referencia solo es necesaria una vez cada pocas horas durante cada sesión experimental, dependiendo de la estabilidad a largo plazo del tiempo. Señal de espectrómetro de dominio.

Retire la guía de onda no agrupada. A continuación, coloque la guía de onda ranurada limpia en el aparato. Tome una forma de onda para la guía de onda agrupada vacía.

El proceso de extracción y desmontaje puede dar lugar a variaciones muy pequeñas en la geometría de la guía de ondas. Estas variaciones afectarán a la frecuencia de resonancia absoluta de las ranuras vacías y llenas, pero no al desplazamiento observado. Por lo tanto, cada medición completa requiere su propia referencia vacía.

Para calcular el desplazamiento Sin mover la guía de ondas, coloque la jeringa llena en su lugar en el soporte. Llene lentamente el surco manteniéndose. Vigila que el relleno sea bueno, sin burbujas ni desbordamientos.

Tomemos otra forma de onda. Si el sistema tiene más de una ranura, continúe llenando las ranuras y tomando según lo desee. Retire la guía de onda y límpiela antes de recopilar el siguiente conjunto de datos.

En este ejemplo de una guía de onda bien fabricada, tenga en cuenta que la ranura no se extiende a lo largo o ancho de la guía de ondas. Una vez ensamblada la placa paralela, la geometría de la guía de ondas es adecuada para implementar un sensor de índice de refracción para frecuencias de terahercios. Se requiere un pequeño volumen de líquido para la medición del índice de refracción.

Estos datos muestran espectros de frecuencia típicos y se obtienen a partir de un análisis de tetra decano. El espectro obtenido de la guía de onda sin ranura de referencia se muestra en negro, las mediciones de la guía de onda ranurada sin relleno de líquido se indican en azul, y la guía de onda ranurada con una muestra de tetra decano está en rojo. A continuación, los espectros de amplitud de las guías de onda ranuradas vacías y llenas se elevan al cuadrado y se dividen por el espectro de la guía de onda de referencia para obtener los espectros de transmisión de potencia.

La diferencia de frecuencia entre las características resonantes de las guías de onda vacías y completas es el desplazamiento de resonancia que se relaciona con el índice de refracción. Al intentar este procedimiento, es importante recordar ser lo más consistente posible y tener cuidado de minimizar la contaminación cruzada en la guía de ondas. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo obtener una medición del índice de refracción de una muestra microfluídica midiendo la frecuencia de resonancia de una guía de onda de placa paralela ranurada utilizando espectroscopia de dominio de tiempo de terahercios.