Terahertz détection microfluidique en utilisant un capteur de guide d'ondes à plaques parallèles

Résumé

La procédure à suivre pour la mise en œuvre d'un capteur indice de réfraction pour des fréquences terahertz basé sur une géométrie de guide d'ondes à plaques parallèles rainuré est décrite ici. Le procédé donne une mesure de l'indice de réfraction d'un faible volume de liquide à travers le suivi de l'évolution de la fréquence de résonance de la structure de guide d'ondes

Résumé

Indice de réfraction (RI) est une détection non invasive puissant et sans étiquette technique de détection pour l'identification, la détection et le suivi des échantillons microfluidiques avec une large gamme de modèles de capteurs possibles, tels que les interféromètres et résonateurs ^1,2. La plupart des applications de la RI existants de détection se concentrer sur des matériaux biologiques dans des solutions aqueuses dans les fréquences visibles et IR, telles que l'hybridation de l'ADN et le séquençage du génome. Aux fréquences térahertz, les applications incluent le contrôle qualité, le suivi des procédés industriels et de la détection et des applications de détection impliquant des matériaux non polaires.

Plusieurs conceptions possibles pour les capteurs d'indice de réfraction dans le régime THz existent, notamment des guides d'ondes à cristaux photoniques ^3, asymétriques à anneau fendu résonateurs ⁴ et structures photoniques à bande interdite intégrés dans des guides d'ondes à plaques parallèles ^5. Beaucoup de ces modèles sont basés sur des résonateurs optiques tels que des baguesou cavités. Les fréquences de résonance de ces structures dépendent de l'indice de réfraction du matériau dans ou autour du résonateur. En surveillant les changements de fréquence de résonance de l'indice de réfraction d'un échantillon peut être mesurée avec précision, ce qui à son tour peut être utilisée pour identifier un matériau, suivi de la contamination ou dilution, etc

La conception du capteur que nous utilisons ici est basé sur un simple guide d'ondes à plaques parallèles ^6,7. Une rainure rectangulaire usinée dans un agit visage comme une cavité résonnante (figures 1 et 2). Lorsque le rayonnement térahertz est couplée dans le guide d'onde et se propage dans l'ordre le plus bas transverse électrique (TE ₁₎ mode, le résultat est une caractéristique unique forte résonance avec une fréquence de résonance accordable qui dépend de la géométrie de la rainure de ^6,8. Cette rainure peut être remplie de liquide non polaire échantillons microfluidiques qui provoquent un déplacement de la fréquence de résonance observée qui dépend de la quantité de liqUID dans la rainure et son indice de réfraction ^9.

Notre technique a un avantage sur les autres techniques térahertz dans sa simplicité, à la fois dans la fabrication et la mise en œuvre, car la procédure peut être réalisée avec du matériel de laboratoire standard, sans la nécessité d'une salle blanche ou toute fabrication spéciale ou techniques expérimentales. Il peut également être facilement étendue à fonctionnement multicanal par l'incorporation de plusieurs rainures ^10. Dans cette vidéo, nous allons décrire notre procédure expérimentale complète, de la conception du capteur à l'analyse des données et la détermination de l'indice de réfraction de l'échantillon.

Protocole

1. Conception et fabrication de capteur

1. Concevoir un guide d'ondes à plaques parallèles avec une ou plusieurs cavités intégrées (ou "rainures"). Voir les figures 1 et 2. Géométrie peut être fondée sur celle donnée dans nos publications antérieures ^8,9 ou spécialement conçus pour l'application particulière. Les principes directeurs généraux suivants sont proposés:
   1. Espacement plaque: Dans cette expérience, une plaque d'espacement de 1 mm est utilisée pour le couplage efficace pour le mode TE1 sans la nécessité d'une optique spéciale. Il assure aussi la propagation monomode aux fréquences d....

Discussion

Il est à noter que l'indice de réfraction du liquide à tester est déterminé uniquement à la fréquence de résonance de la cavité de l', et non sur une large bande passante. Ceci a quelques avantages distincts. Premièrement, bien que nos mesures ont fait usage d'une source térahertz large bande à des fins de caractérisation, on pourrait aussi construire un système équivalent de détection avec une source mono-fréquence THz avec seulement un degré limité d'accordabilité fréquence, une approche qui pourrait ê.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Nom du réactif	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires (optionnel)
Seringue de 10 ul	Hamilton	80314	Seringue de haute précision
Les alcanes liquides	Acros Organics		Les échantillons destinés à l'étalonnage et d'essais
			Aucun équipement spécifique n'est nécessaire. Matériaux d'essai appropriées et les solvants sont laissés à la discrétion de l'expérimentateur. Les seringues de haute précision utilisés dans cette procédure sont indiqués dans le tableau ci-dessous, mais l'expérimentateur peut souhaiter utiliser des seringues d'un volume ou un design différent, y compris les seringues numériques pour une meilleure précision. Les alcanes de test utilisées dans cette expérience sont également répertoriés.