Name: חישת Terahertz Microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-08-30T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 28 s
Description: למד מדידת מקדם שבירה בנוזלים מיקרו-סילוניים באמצעות גל מוליך מקביל מחורץ בתדרי טרה-הרץ. שיטה זו מספקת דיוק גבוה לניתוח תכונות אופטיות של חומרים בנפחים קטנים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

פרויקט זה מומן בחלקו על ידי הקרן הלאומי למדע ועל ידי מעבדת המחקר של חיל האוויר במסגרת התכנית ליצירת הקשר.

1. עיצוב וייצור חיישן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצב מוליך גל מקביל צלחת עם חללים משולבים אחד או יותר (או &quot;חריצים&quot;). ראה איורים 1 ו 2. גיאומטריה עשויה להיות מבוססת על שניתן בפרסומים הקודמים שלנו 8,9 או תוכננה במיוחד ליישום מסוים. העקרונות המנחים הכלליים הבאים מוצעים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ריווח פלייט: בניסוי זה מרווח צלחת של 1 מ&quot;מ משמש לצימוד יעיל למצב TE1 ללא צורך באופטיקה מיוחדת. זה גם מבטיח התקדמות במצב יחיד בתדירויות של עניין. בעת שימוש בspacings צלחת אחר, יעילות הפצה, פיזור וצימוד multimode צריכה להיחשב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מפרידים: מרווח צלחת זה מנוהל באמצעות מפרידים דיאלקטרי. חתיכות קטנות של זכוכית עם עובי אחיד מאוד לעשות מפרידים מצוינים - במקרה שלנו, אנו משתמשים ברסיסים משקופית מיקרוסקופ מרוסקת, עם יש עובי של מ&quot;מ 1 + / - 3 מיקרומטר. </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> גודל צלחת: הצלחות בעצמם צריכות להיות רחבות מספיק שהם יכולים להיחשב אינסופיים בהשוואה לקורה הקלט. (במקרה שלנו, 4.75 סנטימטר לקורה סנטימטרים 1.2). העובי של כל צלחת חייב להיות הרבה יותר עבה מעומק העור, וצלחות עבות (&gt; 1 סנטימטר) מומלצות כדי לצמצם את האפשרות של אנרגיה עוברת מעל או מתחת למוליך הגל ולהגיע לגלאי. אורך רבייה צריך להיות מספיק שהגרוב הוא לפחות כפול מהרוחב מהקלט ופלט הפנים שלו, אבל כדי להפחית את הפיזור ממוזער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גיאומטרית צלחת תחתונה: כדי לאפשר גישה נוחה לחריץ, צלחת מוליך הגל התחתונה צריכה להיות משמעותי יותר מאשר הצלחת העליונה, בעוד החריץ משתרע כמעט (אבל לא לגמרי) את כל הרוחב של הצלחת. (ראה תרשים 1) זה עושה את זה הרבה יותר קל לגשת לחריץ ולפקח על הרמה של מילוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגים: שניהם צלחת תחתונה עליון ויש להם סיומת כך שברגים עשויים להיות מוכנסים להחזיק גלתנחה יחד ללא הפרעה או החריצים או את נתיב ההתקדמות. (ראה תרשים 1) החורים בצלחת התחתונה מוצגים ברצף ואילו חלק העליון הם לא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גיאומטרית חלל: עיצוב לחריץ יהיה תלוי בתדר הרצוי תהודה, linewidth הרצוי, ואת מרווח הצלחת הנבחרת, בין יתר. חשוב לקחת בחשבון את המגבלות של טכניקות הייצור שלך לחריצים צרים מאוד או רדודים מאוד. חריצים מרובים לחישה רבה ערוציים יש דרישות נוספות 10. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גרסת Ungrooved: עיצוב זהה בכל היבט, בלי חריצים צריכה להיות גם מפוברקת, כדי לשמש כנקודת התייחסות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> המצאה של מוליך הגל יכול להיעשות על ידי מכונה. חשוב: לא מקהה את הקצוות של הצלחות, במיוחד על פניו הקלט. קצוות מעוגלים הם מקובלים בחנויות מכונית רבות מטעמי בטיחות, אבל קצה מעוגל על ​​פני הקלט יעוות את האות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עצרתהליך. אחרי שתי הצלחות היו מפוברקות, הם צריכים להיות מורכבים מוליך הגל. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להשתמש באובייקטי L-סוגריים או אחרים שטוחים כדי ליצור מבנה עם שני משטחים שטוחים ניצבים זה לזה. הנח את הצלחת התחתונה על המשטח האופקי ולחץ אותו לשטוף כנגד המשטח האנכי. הנח את המפרידים דיאלקטרי כמו לסגור את חורי ברגים ככל האפשר (שניים לכל בורג, אחד בכל צד), נזהר שלא להפריע לחריץ או להאריך מעבר לפנים הקלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בזהירות להניח סומק הצלחת העליונה נגד המשטח האנכי וחלק אותו כלפי מטה כדי לשבת על הצלחת ומפרידים התחתונים. מחזיקים שתי הצלחות לשטוף כנגד המשטח האנכי, הכניסו את הברגים. הברג אותם בהדרגה בתבנית לסירוגין. הליך זה מוביל למוליך גל עם פן קלט שטוחים לחלוטין וריווח צלחת אחיד. </li></ol></li></ol> 2. מתקן ניסויי פרוטוקול זה מניח חה המשתמשהגישה של לספקטרומטר תחום בזמן שידור terahertz-גיאומטריה (במקרה שלנו, Picometrix 4000 T-Ray) ומכירה קבלת גל תחום בזמן ופורה הפיכה לתדר התחום. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תצורת confocal. אם לא קיימים כבר 4 עדשות צריכות להיות הציגה לתוך נתיב הקרן באורינטצית confocal על מנת לספק התמקדות חזקה באמצע הנתיב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח צמצם בנקודת המוקד. הצמצם צריך להיות גדול מספיק כדי לחסום את כל הקרינה ממתפשטת אלא דרך מוליך הגל. גודל הצמצם יקבע את גודל האלומה מתפשט במוליך הגל (במקרה שלנו, 12 מ&quot;מ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מוליך גל מייד מאחורי הצמצם, עם פן הקלט במגע עם הפתח ועם ציר התפשטות מוליך הגל מיושר, ככל האפשר, עם הציר האופטי. היישור כאן הוא קריטי - השתקפויות, פיזור, גיוון בתדרים החתוכים ומהדהדים, ואני אחר<html> ssues עלולה להתעורר עקב יישור לא תקין של מוליך הגל. השתמש בעל מאובטח להבטיח מיקום שחזור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בעל מזרק: כדאי לי מבנה שמחזיק את המזרק במקום, כך שהקצה מיושר עם החריץ. בכך אתה יכול לצמצם את האפשרות של טעויות במילוי עקב התנועה של המזרק בידות שלך. </li></ol> 3. לדוגמא הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניקוי נוהל: לפרק את מוליך הגל. שטוף את שתי הצלחות של מוליך גל יסודיות בממס מתאים כדי להסיר שאריות מהניסוי. לפוצץ יבש עם אוויר דחוס. להרכיב מחדש כמו ב1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מזרק הכנה. לקבלת תוצאות הטובות ביותר, אנו ממליצים על שימוש במזרק שונה עבור כל חומר למניעת זיהום צולב. אם זה לא אפשרי, מזרק צריך גם לנקות עם אותו הממס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מלא מזרק למילוי הנפח מתאים עם הנוזל כדי להיבדק. נסה לחסל את כל בועות. </li></ol>&quot;Jove_title&quot;&gt; 4. הליך ניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את מוליך גל התייחסות ungrooved במנגנון כפי שמתואר ב( 2.3). קח waveform התייחסות של מוליך גל ungrooved, ולאחר מכן להסיר. הדבר נדרש רק אחת לכמה שעות בכל מפגש ניסיוני, בהתאם ליציבות לטווח הארוך של אות ספקטרומטר התחום בזמן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח מוליך גל מחורץ נקי במנגנון, כפי שתואר ב( 2.3) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח גל למוליך הגל החורץ הריק. הערה: יש לעשות זאת בכל פעם שמוליך הגל מוסר וניקה. התהליך של הסרה ופירוק יכול להוביל לשינויים קטנים מאוד בגיאומטריה של מוליך הגל. וריאציות אלה ישפיעו על תדר התהודה המוחלט של החריצים הריקים ומלאים, אך לא נצפו במשמרות, ולכן כל מדידה &quot;מלאה&quot; מחייבת ההתייחסות שלו &quot;הריקה&quot; כדי לחשב את השינוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבלי להזיז את מוליך גלים, הניח את המזרק המלא במקום בבעל. לאט לאט למלא את הגרוב, שמירהלצפות שהמילוי הוא טוב, ללא בועות או גלישה. (כיצד לקבוע את כמות המילוי הנכונה מתואר בסעיף הדיון.) קח את צורת גל אחר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם למערכת יש חריץ אחד או יותר, להמשיך למלא חריצים וצורות גל לוקח כרצונך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר מוליך גל ולנקות (כמו בשלב 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור כמה פעמים לפי צורך. לקבלת תוצאות הטובות ביותר, במספר קבוצות נתונים עבור כל דגימה מומלצות לצמצם את השגיאה. </li></ol> 5. נציג תוצאות ניתוח נתונים של צורות גל אלה הוא פשוט ויכול לעקוב הטכניקות הרגילות של הנסיין להפיכה לתחום התדר. ספקטרום תדרים כגון אלה הניתנים באיור 3 אמור לגרום. אלה יכולים להיות בריבוע ומחולקים בצורת גל ההתייחסות להשיג ספקטרום העברת חשמל כגון איור 4. תדירות linewidth והמרכזית של תהודות עבור גלבו הריק ומלא יכולה להיות מ &#39;easured מהספקטרום הללו, או התקפים הלורנצי ניתן לבצע כדי להגביר את הדיוק. משמרת התהודה נגרמת על ידי הנוזל היא רק ההבדל בין התדרים המרכזיים הנצפים של תהודות עבור גלבו הריק ומלא. כדי להמיר את זה למדידה מקדם שבירה, את הקשר בין השינוי וRI צריך לקום. זה יכול להיעשות באופן ניסיוני על ידי ביצוע הליך זה עם דגימות של מדד ידוע, או מחשוב על ידי ביצוע סימולציות של הגרוב מלא בדוגמאות של מדד ידוע 9, או בוחן שימוש במצב התאמה של טכניקות 8. לאחר שינוי לעומת עקומת RI הוא הקים, מדידות הר&quot;י דגימות ידועות ניתן לבצע באופן מדויק. יש כמה טעויות מסוימות אשר עלולים להתרחש במהלך הליך זה. בועות או טעויות במילוי של החריץ יכולות לגרום לנתונים רועשים או שגויים, ולכן אנו ממליצים על ערכות נתונים מרובות עבור כל sample חומר. מקור שכיח נוסף של טעות הוא במיקום של גלבו. אם בגלבו ההתייחסות והחיישן ממוקמים בדיוק באותו המערך, השתקפויות כלשהן או ממצאים אחרים תהיינה זהה לשניהם ותחלקנה מתוך ספקטרום השידור. אם היישור הוא מעט כבוי, ההשתקפויות לא תחלקנה את הצלצול ויהיה ניתן לצפות בשידור הספקטרום (צלצול קטין מסוים שניתן לראות באיור 4). אם אין זה רצוי לכבוש מחדש את הנתונים, ניתן לחסל את צלצול זה על ידי זמירת גל התחום בזמן לפני ההשתקפות מופיעה, אבל זה מקטין באופן משמעותי את הרזולוציה ספקטרלית ולכן רזולוצית השבירה מוגבלת גם כן. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig1.jpg" /> איור 1. תצלום של מוליך הגל עם חלקים רלוונטיים מסומנים. שימו לב שהגרוב לא להאריך את הדוארהאורך או רוחב של מוליך הגל ומבנה ntire מתוכנן כך שהרכבת החומרה לא לחסום את החריץ או את הנתיב של התפשטות קרינה. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig2.jpg" /> איור 2. סכמטי של מוליך הגל החורץ. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/4304/4304fig3.jpg" /> איור 3. (א) ספקטרום תדרי דוגמה למוליך גל ההפניה (שחור), מוליך הגל החורץ ללא מילוי נוזלי (כחול), ומוליך הגל מחורצת עם נוזל, במקרה זה tetradecane (אדום). תדרי החיתוך ל1 TE <samp>ו3</samp> מצבי ריבוי TE נראים לעין, וכך גם קווי מי האדים הקליטים. (ב) התצלום מקרוב של את התהודה לגלבו מחורץ הריק ומלא. <img alt="איור 4" src=&quot;/ Files/ftp_upload/4304/4304fig4.jpg&quot; /&gt; איור 4. ספקטרום העברת כוח לגלבו מחורץ הריק ומלא. ההבדל בתדירות בין שתי תכונות התהודה הוא שינוי התהודה (Δf), המתייחס למקדם השבירה.

<ol><li>Kuswandi, B., Nuriman,, Huskens, J., Verboom, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+sensing+systems+for+microfluidic+devices%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Ana.+Chim.+Acta%22%5BJournal%5D)">Optical sensing systems for microfluidic devices: A review.</a> Ana. Chim. Acta. 601, 141-155 (2007).</li>
<li>Zhu, H., White, I. M., Suter, J. D., Zourob, M., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+refractive+index+optical+ring+resonator+detector+for+capillary+electrophoresis%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">Integrated refractive index optical ring resonator detector for capillary electrophoresis.</a> Anal. Chem. 79, 930-937 (2007).</li>
<li>Kurt, H., Citrin, D. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupled-resonator+optical+waveguides+for+biochemical+sensing+of+nanoliter+volumes+of+analyte+in+the+terahertz+region%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Coupled-resonator optical waveguides for biochemical sensing of nanoliter volumes of analyte in the terahertz region.</a> Appl. Phys. Lett. 87, 241119(2005).</li>
<li>Debus, C., Bolivar, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency+selective+surfaces+for+high+sensitivity+terahertz+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Frequency selective surfaces for high sensitivity terahertz sensing.</a> Appl. Phys. Lett. 91, 184102(2007).</li>
<li>Harsha, S. S., Laman, N., Grischkowsky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Q+terahertz+Bragg+rsonances+within+a+metal+parallel+plate+waveguide%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">High-Q terahertz Bragg rsonances within a metal parallel plate waveguide.</a> Appl. Phys. Lett. 94, 091118(2009).</li>
<li>Mendis, R., Mittleman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comparison+of+the+lowest-order+transverse-electric+%28TE1%29+and+transverse-magnetic+%28TEM%29+modes+of+the+parallel-plate+waveguide+for+terahertz+pulse+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Comparison of the lowest-order transverse-electric (TE1) and transverse-magnetic (TEM) modes of the parallel-plate waveguide for terahertz pulse applications.</a> Optics Express. 17, 14839-14850 (2009).</li>
<li>Mendis, R., Mittleman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+investigation+of+the+lowest-order+transverse-electric+%28TE1%29+mode+of+the+parallel-plate+waveguide+for+THz+pulse+propagation%5BTitle%5D)+AND+%22JOSA+B%22%5BJournal%5D)">An investigation of the lowest-order transverse-electric (TE1) mode of the parallel-plate waveguide for THz pulse propagation.</a> JOSA B. 26, A6-A13 (2009).</li>
<li>Astley, V., McCracken, B., Mendis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+rectangular+resonant+cavities+in+terahertz+parallel-plate+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Analysis of rectangular resonant cavities in terahertz parallel-plate waveguides.</a> Opt. Lett. 36, 1452(2011).</li>
<li>Mendis, R., Astley, V., Liu, J., Mittleman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+microfluidic+sensor+based+on+a+parallel-plate-waveguide+resonant+cavity%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Terahertz microfluidic sensor based on a parallel-plate-waveguide resonant cavity.</a> Appl. Phys. Lett. 95, 171113(2009).</li>
<li>Astley, V., Reichel, K., Jones, J., Mendis, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Terahertz+multichannel+microfluidic+sensor+based+on+parallel-plate+waveguide+resonant+cavities%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Terahertz multichannel microfluidic sensor based on parallel-plate waveguide resonant cavities.</a> Appl. Phys. Lett. , Forthcoming (2012).</li>
</ol>

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

יש לציין כי מקדם השבירה של הנוזל נבדק נקבע רק בתדר של תהודת החלל, לא על רוחב פס רחב. זו יש כמה יתרונות ברורים. ראשית, למרות שהמדידות שלנו עשו שימוש במקור terahertz פס רחב למטרות אפיון, אפשר גם לבנות מערכת חישה מקבילה עם מקור בתדר יחיד THz עם רק מידה מוגבלת של tunability תדירות, גישה שיכולה להיות הרבה פחות יקרה ו קומפקטי יותר. שנית, גישת החישה ניתן parallelized על ידי שילוב של חריצים מרובים למוליך גל אחד. 10 כל חריץ יהיה גיאומטריה קצת שונה, ולכן תדר שונה לחישה. באמצעות ד...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> שם המגיב </td><td> חברה </td><td> מספר קטלוגים </td><td> תגובות (אופציונלי) </td></tr><tr><td> 10 מזרק μl </td><td> המילטון </td><td> 80314 </td><td> מזרק דיוק גבוה </td></tr><tr><td> אלקאנים נוזליים </td><td> אורגניקס acros </td><td></td><td> דוגמאות לכיול ובדיקה </td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td> אין ציוד ספציפי נדרש. חומרי בדיקה מתאימות וממסים נותרים לשיקול דעתו של הנסיין. את מזרקי הדיוק גבוה המשמשים בהליך זה מפורט בטבלה שלהלן, אבל הנסיינית אולי תרצה להשתמש מזרקים של נפח או עיצוב שונה, כולל מזרקים דיגיטליים לדיוק משופר. את אלקאנים הבדיקה המשמשים בניסוי זה מוצג גם הם. </td></tr></tbody></table>

חישת terahertz microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

מקדם שבירה (RI) חישה הוא לא פולשנית עצמה וטכניקת תווית חינם חישה לזיהוי, האיתור והניטור של דגימות microfluidic עם מגוון רחב של עיצובי חיישן אפשריים כגון התאבכות ו1,2 תהודה. רוב היישומים הקיימים RI חישה להתמקד בחומרים ביולוגיים בתמיסות מימיות בתדרים גלויים וIR, כמו הכלאת DNA ורצף הגנום. בתדרי terahertz, יישומים כוללים בקרת איכות, ניטור של תהליכים תעשייתיים וחישה ויישומי זיהוי המעורבים חומרי nonpolar. כמה עיצובים אפשריים לחיישנים שבירים במשטר terahertz קיימים, כולל גלבו פוטוניים גביש 3, תהודה מפוצלת טבעת סימטרית 4, ומבני פער להקה פוטוניים משולב גלבו מקביל צלחת 5. רבים מעיצובים אלה מבוססים על תהודה אופטית כגון טבעותאו עששת. את תדר התהודה של מבנים אלו הם תלויים במקדם השבירה של החומר או סביב המהוד. על ידי מעקב אחר השינויים בתדר תהודת מקדם השבירה של דגימה ניתן למדוד במדויק וזה בתורו יכול לשמש לזיהוי חומר, לפקח על זיהום או דילול, וכו &#39; עיצוב החיישן אנו משתמשים כאן מבוססים על מוליך גל פשוט מקבילת צלחת 6,7. חריץ מלבני מעובדים למעשים 1 פנים כחלל תהודה (תרשימי 1 ו 2). כאשר קרינת terahertz מצמידה למוליך הגל ומתפשט במצב הנמוך ביותר מסדר רוחבי החשמלי (1 TE), התוצאה היא תכונת תהודה חזקה אחד עם תדר תהודה מתכונן שתלוי בגיאומטריה של חריץ 6,8. גרוב זה יכול להיות מלא עם דגימות נוזליות microfluidic nonpolar הגורמים לשינוי בתדר התהודה נצפה שתלוי בכמות של liqUID בחריץ והאינדקס שלו השביר 9. הטכניקה שלנו יש יתרון על פני שיטות אחרות terahertz בפשטות שלו, הוא בייצור ויישום, שכן יכול להתבצע בהליך עם ציוד מעבדה סטנדרטי ללא צורך בחדר נקי או כל ייצור מיוחד או ניסיוני בטכניקות. כמו כן, ניתן להרחיב בקלות לפעולה רב על ידי שילוב של חריצים מרובים 10. בוידאו זה יתאר הליך הניסוי המלא שלנו, מהעיצוב של החיישן לניתוח וקביעת מקדם שבירת מדגם הנתונים.

ההליך ליישום חיישן שביר לתדרי terahertz מבוססים על גיאומטרית מוליך גל חורצת מקבילת צלחת מתואר כאן. השיטה מניבה מדידה של מקדם השבירה של נפח קטן של נוזל דרך ניטור של השינוי בתדר התהודה של מבנה מוליך הגל

חישת Terahertz Microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת

חישוש מדד שבירה (RI) הוא טכניקת חישוש עוצמתית, לא פולשנית וללא סימון (label-free), לזיהוי, גילוי וניטור של מיקרופלואידיקה...

פרוטוקול זה משתמש במדריך גלים בעל לוחות מקבילים מחורצים למדידת מקדם השבירה של דגימה מיקרופלואידית בתדרי טרה-הרץ. ראשית, תכננו וייצרו את מדריך הגלים המחורץ כך שיציג תהודה בטווח הטרה-הרץ. לאחר מכן, באמצעות מערכת ספקטרוסקופיה של זמן-דומיין בטרה-הרץ, מדדו את תדר התהודה של מדריך הגלים. לבסוף, מלאו את מדריך הגלים בנפח מדוד במדויק של נוזל הדגימה.השלב הסופי הוא מדידת תדר התהודה של מדריך הגל הממולא. בסופו של דבר, ניתן להשתמש בהפרש בין תדרי התהודה עבור מדריכי הגל הריקים והממולאים כדי לקבוע את מדד השבירה של הדגימה בטווח תדרי הטרהרץ. בדרך כלל, אנשים שאינם מנוסים בשיטה זו יתקשרו בשל הדיוק הגבוה מאוד הנדרש להשגת תוצאות עקביות.קים ריל, סטודנטית נוספת לדוקטורט מהמעבדה של דניאל מידלמן, ואני נדגים כעת את הפרוצדורה. תכננו מדריך גלים בעל לוחות מקבילים עם חלל אחד או יותר של חללים או חריצים משולבים. ביססו את הגאומטריה על הפרמטרים המפורטים בכתב היד המצורף והסתמכו גם על פרסומינו הקודמים.אלו הם מספר עקרונות מנחים כלליים. התחילו עם גודל פלטה רחב מספיק כדי שניתן יהיה להגדירה כאינסופית בהשוואה לקרן הקלט, כדי לאפשר גישה קלה לחריץ. הפכו את פלטת מדריך הגל התחתונה לרחבה משמעותית מהפלטה העליונה, כך שהחריץ יתרחב כמעט לכל רוחב הפלטה.קבעו את אורך ההפצה כך שמוליך הגל כמכלול יהיה ארוך לפחות פי שלושה מהיקף החריץ, כאשר החורים בלוח התחתון יהיו מוברגים ואילו אלו בלוח העליון לא יהיו מוברגים. תכנון החריץ יהיה תלוי בתדר התהודה הרצוי, ברוחב הפס הרצוי ובמרחק שנבחר בין הלוחות, בין גורמים אחרים. חשוב להביא בחשבון את מגבלות טכניקות הייצור עבור חריצים צרים מאוד או רדודים מאוד לשימוש כייחוס.ייצרו גם עיצוב זהה ללא חריץ. שמרו על המרווח בין הפלטות באמצעות מפרידי דיאלקטריים, כגון רסיסים של מיקרוסקופ שבור. ייצרו את מדריך הגלים באמצעות מכונת חריטה (Slide Machine).חשוב להקפיד לא לעגל את קצוות הפלטות, ובמיוחד בפני השטח של הכניסה. עיגול קצוות הוא פרקטיקה מקובלת בבתי מלאכה רבים מסיבות בטיחות, אך קצה מעוגל בפני הכניסה יעוות את האות. התחילו את ההרכבה עם מבנה בעל שני משטחים שטוחים המאונכים זה לזה.הנח את הפלטה התחתונה על המשטח האופקי ולחץ אותה. הצמד אותה למשטח האנכי. הכנס את המרווחים הדיאלקטריים קרוב ככל האפשר לחורי הברגים.שניים לכל בורג, אחד בכל צד. ודאו שהברגים אינם חוסמים את החריץ או בולטים מעבר לפני הכניסה. הניחו בזהירות את הפלטה העליונה בצורה חלקה כנגד המשטח האנכי והחליקו אותה למטה עד שתשב על הפלטה התחתונה ועל המרווחים.כעת, החזיקו את שתי הפלטות צמודות למשטח האנכי. הכניסו את הברגים והדקו אותם בהדרגה ובסדר{(-}חילופי{(-)}. בחנו את מדריך הגלים הסופי כדי לוודא שפני הכניסה שטוחים לחלוטין ושמרווח הפלטאות אחיד.התחילו בהגדרת המכשיר. במידה ואינם קיימים כבר, הכניסו ארבע עדשות למסלול קרן rah hertz באוריינטציה קונפוקלית. כדי להשיג מיקוד הדוק בנקודת האמצע של המסלול, מקמו צמצם של 12 millimeters במוקד.על המפתח להיות גדול מספיק כדי לחסום את כל הקרינה מלהתפשט, למעט דרך מדריך הגל. גודל המפתח יקבע את גודל הגומה המתפשטת במדריך הגל. השתמש במחזיק יציב כדי להבטיח מיקום עקבי וניתן לשחזור של מדריך הגל.כעת מקם את המוליך גל מיד מאחורי המפתח, כאשר פני השמה במגע עם המפתח וציר ההגייה של המוליך גל מיושר קרוב ככל האפשר לציר האופטי. היישור בשלב זה הוא קריטי; עלולות להיווצר החזרים, פיזור, שינויים בתדר הקיטוע, בתדרים תהודה ובעיות אחרות כתוצאה מיישור שגוי של המוליך גל. כעת, מקם את מחזיק המזרק כך שקצה המזרק יהיה מיושר עם החריץ.לקבלת התוצאות הטובות ביותר, השתמש במזרק שונה עבור כל חומר כדי למנוע זיהום צולב. מלא את המזרק בנוזל לבדיקה והסר בועות אוויר. יש לעשות זאת גם בין הרצות.בצעו הליך ניקוי הדורש תחילה פירוק של מוליך הגלים. לאחר מכן, שטפו את שתי הפלטות ביסודיות בממס מתאים כדי להסיר שאריות מהניסוי. ייבשו באמצעות אוויר דחוס, והרכיבו מחדש את מוליך הגלים כפי שהודגם קודם לכן.התחל עם צורת גל ייחוס של מוליך הגל. צורת גל ייחוס נחוצה רק פעם אחת מדי כמה שעות במהלך כל סשן ניסויי, בהתאם ליציבות לטווח ארוך של אות הספקטרומטר של המישור הזמני.הסר את מדריך הגל שאינו מקובץ. לאחר מכן, מקם את מדריך הגל החרוץ והנקי בתוך המכשיר. דגום צורת גל עבור מדריך הגל המקובץ כשהוא ריק.תהליך ההסרה והפירוק עלול להוביל לשינויים קטנים מאוד בגיאומטריה של מוליך הגל. שינויים אלו ישפיעו על תדר התהודה המוחלט של החריצים הריקים והמלאים, אך לא על ההסטה הנצפית. לפיכך, כל מדידה מלאה מחייבת ייחוס ריק משלה.כדי לחשב את ההסטה ללא הזזת המוליך גלים, הניחו את המזרק המלא במקומו במחזיק. מלאו את החריץ באיטיות. ודאו שהמילוי תקין, ללא בועות או גלישה.קחו צורה של גל נוספת. אם במערכת יש יותר מחריץ אחד, המשיכו למלא את החריצים ולקחת דגימות לפי הרצון. הסירו את מוליך הגל ונקו אותו לפני איסוף סט הנתונים הבא.בדוגמה זו של מוליך גלים שהיוצר בצורה טובה, שימו לב כי החריץ אינו משתרע על פני כל האורך או הרוחב של מוליך הגלים. לאחר ההרכבה, גיאומטריית הלוחות המקבילים של מוליך הגלים מתאימה למימוש חיישן מדד שבירה לתדרי טרהרץ. נפח קטן של נוזל נדרש למדידת מדד השבירה.נתונים אלה מציגים ספקטרומי תדר טיפוסיים והם התקבלו מניתוח של tetra decane. הספקטרום שהתקבל ממוליך הגלים (wave guide) הייחוס ללא חריצים מוצג בשחור, מדידות של מוליך הגלים עם החריצים ללא מילוי נוזל מסומנות בכחול, ומוליך הגלים עם החריצים עם דגימת tetra decane מסומן באדום. ספקטרומי האמפליטודה עבור מולכי הגלים עם החריצים הריקים והמלאים הועלו לאחר מכן בריבוע וחולקו בספקטרום של מוליך גלי הייחוס כדי לקבל ספקטרומי מעבר הספק.ההבדל בתדר בין המאפיינים התהודיים של מוליכי הגלים הריקים והמלאים הוא ההסטה התהודית, אשר קשורה למקדם השבירה. בעת ביצוע פרוצדורה זו, חשוב לזכור לשמור על עקביות מרבית ולהיזהר לצמצם זיהומים צולבים במוליך הגלים. לאחר צפייה בסרטון זה, תהיה לכם הבנה טובה כיצד להשיג מדידה של מקדם השבירה של דגימה מיקרופלואידית על ידי מדידת התדר התהודי של מוליך גלים בעל לוחות מקבילים עם חריצים, תוך שימוש בספקטרוסקופיית טרהרץ במישור הזמן.

terahertz-microfluidic-sensing-using-a-parallel-plate-waveguide-sensor

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

חיישני microcavity פלורסנט ליבות להעסיק גבוה ציפוי מדד קוונטים-dot בערוץ של סיליקה microcapillaries. שינויים במקדם השביר של נוזלים נשאבים לתוך סיבת ערוץ נימי המשמרות בספקטרום פלואורסצנטי microcavity שניתן להשתמש בו כדי לנתח את מדיום הערוץ.

סינתזה והפעלה של microcavities פלורסנט ליבות לחישת Refractometric

אנו מתארים שיטות לעיצוב, הייצור, והאפיון ניסיוני של פולטי photoconductive plasmonic, אשר מציעים שני סדרי גודל רמות העצמה גבוהות יותר בהשוואה לterahertz emitters photoconductive קונבנציונלי.

עיצוב, ייצור, וניסויית אפיון של פולטי Terahertz פוטו Plasmonic

בסרטון זה אנו מתארים ראשון ייצור ותפעול הליכים של גל אקוסטי פני השטח (SAW) מכשיר נגדי אקוסטי. לאחר מכן, אנו מדגימים התקנה ניסיונית שמאפשרת לשניהם להדמיה איכותית זרימה וניתוח כמותי של תזרים מורכב בתוך מכשיר השאיבה ראה.

ייצור, תפעול ויזואליזציה זרימה במיקרופלואידיקה אקוסטית-נגדית Surface--מונע גל אקוסטי

כאן, אנו מציגים שלושה פרוטוקולים למדידות תרמיות במכשירים מיקרופלואידיים.

טכניקות מדידת תרמית במכשירי microfluidic אנליטי

פרוטוקול זה מתאר ארכיטקטורת מערכת לביצוע הפרדות חלקיקים אוטומטיות בנפח קטן (0.15-1.5 מ"ל) באמצעות מכשיר מיקרופלואידי, ודן בשיטות לייעול הביצועים והתפעול של מכשיר אקוסטופלואידי.

פלטפורמת microfluidic לעיבוד מדגם Precision הקטן-נפח ושימוש בו לגודל חלקיקים הביולוגיים נפרדים עם Microdevice אקוסטי

התקנים Acoustofluidic שימוש בגלי אולטראסאונד בתוך ערוצי microfluidic לתמרן, להתרכז ולבודד מיקרו מושעה וגופים הננוסקופי. פרוטוקול זה מתאר את הייצור ותפעול של מכשיר כזה התומך גלים עומדים אקוסטי בתפזורת להתמקד חלקיקים לייעל מרכזי ללא סיוע של נוזלי נדן.

ייצור והפעלה של Acoustofluidic התקנים התומכים גלים אקוסטיים המתמדת בכמות גדולה עבור Sheathless התמקדות של חלקיקים

אנו מדגימים פלטפורמת microfluidic עם רשת האלקטרודה משטח משולבת המשלב חישת דופק התנגדות (RPS) עם הגישה מרובה חלוקת קוד (CDMA), לבצע ריבוב איתור אומדת חלקיקי ערוצי microfluidic מרובים.

פלטפורמת microfluidic עם איתור Multiplexed אלקטרוני למערכות מעקב מרחבית של חלקיקים

פרוטוקול מניפולציות של microparticles בערוץ microfluidic עם עירור כפול-תדירות מוצג.

Microparticle מניפולציה על ידי עמידה גלי אקוסטית המשטח עם כפול בתדר Excitations

ייצור של התמרה במצב עובי פיזואלקטריים באמצעות התזה הנוכחי ישיר של אלקטרודות צלחת על ליתיום niobate מתואר. בנוסף, הפעולה המהימנה מושגת עם בעל מתמר ומערכת אספקת נוזלים ואפיון מומחש באמצעות ניתוח עכבה, דופלר לייזר וויברמטריה, הדמיה במהירות גבוהה, ו-droplet גודל התפלגות באמצעות פיזור לייזר.

ייצור ואפיון של מכשירי פיזואלקטריים במצב עובי לאטוביזציה

לאלקטרודות גמישות יש מגוון רחב של יישומים ברובוטיקה רכה ובאלקטרוניקה לבישה. הפרוטוקול הנוכחי מדגים אסטרטגיה חדשה לייצור אלקטרודות נמתחות מאוד ברזולוציה גבוהה באמצעות ערוצים מיקרופלואידים המוגדרים בליתוגרפיה, מה שסולל את הדרך לחיישני לחץ רך עתידיים בעלי ביצועים גבוהים.

אלקטרודות רכות מבוססות תעלה מיקרופלואידית ויישומן בחישת לחץ קיבולי

למד מדידת מקדם שבירה בנוזלים מיקרו-סילוניים באמצעות גל מוליך מקביל מחורץ בתדרי טרה-הרץ. שיטה זו מספקת דיוק גבוה לניתוח תכונות אופטיות של חומרים בנפחים קטנים.

חישת Terahertz Microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת

גלה סרטונים נוספים