Sensoriamento terahertz microfluídicos usando um sensor de guia de onda de placas paralelas

Resumo

O procedimento para a implementação de um sensor de índice de refração para as frequências terahertz com base em uma geometria de guia de onda com ranhuras de placas paralelas é descrito aqui. O método proporciona uma medição do índice de refracção de um pequeno volume de líquido através de um controlo do desvio da frequência ressonante da estrutura de guia de ondas

Resumo

Índice de refracção (RI) de detecção não invasiva é um poderoso e etiqueta sem técnica de detecção para a detecção, identificação e controlo de amostras de microfluidicos com uma vasta gama de modelos de sensores interferómetros possíveis, tais como ressoadores e ^1,2. A maioria das aplicações da detecção RI existente concentrar em materiais biológicos em soluções aquosas de frequências visíveis e IR, tais como hibridação de DNA e sequenciamento do genoma. Em freqüências de terahertz, as aplicações incluem o controle de qualidade, acompanhamento de processos industriais e de sensoriamento e aplicações de detecção envolvendo materiais apolares.

Vários projetos potenciais para sensores de índice de refração no regime terahertz existem, incluindo guias de cristal fotônico ^3, assimétricas divisão anel ressonadores ⁴ e estruturas de gap fotônico banda integrados em paralelo placa-guias de onda ^5. Muitos destes modelos são baseados em ressonadores ópticos, tais como anéisou cavidades. As frequências de ressonância dessas estruturas são dependentes do índice de refracção do material em ou em torno do ressonador. Através da monitorização das alterações na frequência de ressonância do índice de refracção de uma amostra pode ser medida com precisão e isto por sua vez pode ser usado para identificar um material, monitorar a contaminação ou diluição, etc

O projeto do sensor que usamos aqui é baseado em um guia de onda de placas paralelas simples ^6,7. A ranhura retangular usinados em um funciona como um cavidade ressonante (Figuras 1 e 2). Quando a radiação terahertz é acoplado ao guia de ondas e propaga-se no ponto mais baixo de ordem transversal modo eléctrico (TE _1), o resultado é um recurso único forte, com uma frequência ressonante sintonizável ressonante que é dependente da geometria da ranhura de ^6,8. Esta ranhura pode ser preenchido com amostras de líquidos não polares microfluidicos que causam uma mudança na frequência de ressonância observado que depende da quantidade de liquid na ranhura e o seu índice de refracção ^9.

A nossa técnica tem uma vantagem sobre as técnicas terahertz outros na sua simplicidade, tanto na fabricação e execução, uma vez que o procedimento pode ser realizado com material de laboratório padrão, sem a necessidade de uma sala de limpeza ou qualquer fabricação especial ou técnicas experimentais. Ele também pode ser facilmente expandido para a operação de múltiplos canais através da incorporação de ranhuras múltiplas ^10. Neste vídeo iremos descrever o nosso procedimento experimental completo, a partir do desenho do sensor para a análise de dados e a determinação do índice de refracção da amostra.

Protocolo

1. Projeto e Fabricação de sensor

1. Concepção de um guia de ondas de placas paralelas com uma ou mais cavidades ou integrados ("fendas"). Ver Figuras 1 e 2. Geometria pode ser baseada no que foi referido nas nossas publicações anteriores ^8,9 ou especialmente concebido para a aplicação em particular. Os seguintes princípios gerais orientadores são sugeridas:
   1. O espaçamento da placa: Nesta experiência um espaçamento entre as placas de 1 mm é utilizado para o acoplamento eficaz com o modo TE1 sem a necessidade de lentes especiais. Ele também garante um único modo de propagação nas freqüências de interesse. Qu....

Discussão

Deve notar-se que o índice de refracção do líquido de ensaio é determinada apenas com a frequência de ressonância da cavidade, e não mais de uma largura de banda ampla. Isto tem algumas vantagens distintas. Primeiro, apesar de nossas medidas têm feito uso de uma fonte de terahertz banda larga para fins de caracterização, pode-se também construir um sistema equivalente de detecção com uma fonte THz de freqüência única, com apenas um grau limitado de possibilidades de controle de freqüência, uma abordagem que poderia ser .......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente	Companhia	Número de catálogo	Comentários (opcional)
Seringa de 10 ul	Hamilton	80314	Seringa de alta precisão
Alcanos líquidos	Acros Organics		As amostras para a calibração e teste
			Nenhum equipamento específico é necessário. Materiais adequados de teste e solventes são deixados ao critério do experimentador. As seringas de alta precisão, usados ​​neste procedimento são listados na tabela a seguir, mas o experimentador pode querer usar seringas de um volume diferente ou design, incluindo seringas digitais para uma maior precisão. Os alcanos de ensaio utilizados nesta experiência também são listadas.