Terahertz Microfluidic Sensing mit einem Parallel-Platte Waveguide Sensor
Summary
Das Verfahren zur Durchführung einer Brechzahl Sensor zum Terahertzfrequenzen auf einem gerillten Parallelplatten-Wellenleiter-Geometrie basierend wird hier beschrieben. Das Verfahren ergibt eine Messung des Brechungsindex eines kleinen Volumens von Flüssigkeit durch Überwachung der Veränderung in der Resonanzfrequenz des Wellenleiterstruktur
Abstract
Brechungsindex (RI) sensing ist ein leistungsstarkes nichtinvasive und Label-free-Sensing Technik für die Identifizierung, Erfassung und Überwachung von mikrofluidischen Proben mit einer breiten Palette von möglichen Sensor-Designs wie Interferometer und Resonatoren 1,2. Die meisten der vorhandenen RI Abfühlen Anwendungen auf biologischen Materialien fokussieren in wässrigen Lösungen im sichtbaren und IR-Frequenzen, wie DNA-Hybridisierung und Sequenzierung des Genoms. Bei Terahertz-Frequenzen gehören Anwendungen Qualitätskontrolle, Überwachung von industriellen Prozessen und Wahrnehmung und Erkennung Anwendungen mit unpolaren Materialien.
Mehrere potenzielle Entwürfe für Brechungsindex Sensoren in der Terahertz-Regimes existieren, einschließlich photonischen Kristall Wellenleiter 3, asymmetrische Split-Ring-Resonatoren 4 und photonische Bandlücke Strukturen in Parallelplatten-Wellenleiter 5 integriert. Viele dieser Entwürfe basieren auf optischen Resonatoren wie Ringe basiertoder Hohlräumen. Die Resonanzfrequenzen dieser Strukturen sind abhängig vom Brechungsindex des Materials in oder um den Resonator. Durch die Überwachung der Verschiebungen der Resonanzfrequenz der Brechungsindex einer Probe genau gemessen werden kann und diese wiederum kann verwendet werden, um ein Material zu identifizieren, zu überwachen Kontamination oder Verdünnung, etc. werden
Die Sensor-Design verwenden wir hier auf einem einfachen Parallel-Wellenleiter 6,7 basiert. Eine Rechtecknut maschinell in eine Fläche wirkt als Resonanzhohlraum (Abbildungen 1 und 2). Wenn Terahertz-Strahlung in den Wellenleiter und breitet sich in dem niedrigstwertigen transversalen-elektrischen (TE 1) Modus gekoppelt wird, ist das Ergebnis eine einzige starke Resonanzstruktur mit einem abstimmbaren Resonanzfrequenz aufweist, die abhängig von der Geometrie der Nut 6,8 ist. Diese Nut kann mit unpolaren Flüssigkeit mikrofluidischen Proben, die eine Verschiebung in der beobachteten Resonanzfrequenz, die von der Menge der liq hängt verursachen auszufüllenUID in der Nut und ihrem Brechungsindex 9.
Unsere Technik hat einen Vorteil gegenüber anderen Techniken Terahertz in seiner Einfachheit sowohl in der Herstellung und Durchführung, da das Verfahren kann mit handelsüblichen Laborgeräten ohne die Notwendigkeit für einen Reinraum oder irgendeine spezielle Herstellungsverfahren oder experimentelle Techniken erreicht werden. Es kann auch einfach an Mehrkanalbetrieb werden durch den Einbau mehrerer Nuten 10 erweitert. In diesem Video werden wir beschreiben unsere komplette experimentelle Vorgehensweise, von der Konstruktion des Sensors an der Datenanalyse und Bestimmung der Probe Brechungsindex.
Protocol
Discussion
Es sei darauf hingewiesen, dass der Brechungsindex der Flüssigkeit unter Test nur mit der Frequenz der Hohlraumresonanz bestimmt wird, nicht über eine große Bandbreite werden. Dies hat einige deutliche Vorteile. Erstens: Obwohl unsere Messungen Verwendung eines Breitband Terahertz-Quelle für die Charakterisierung Zwecke haben, könnte man auch einen entsprechenden Aufbau Erfassungssystem mit einer einzigen Frequenz THz-Quelle mit nur einem begrenzten Grad an Frequenzabstimmbarkeit, ein Ansatz, der wesentlich weniger…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dieses Projekt wurde zum Teil von der National Science Foundation und von der Air Force Research Laboratory über die KONTAKT-Programm unterstützt.
Materials
| Name of the reagent | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
| 10 μl syringe | Hamilton | 80314 | High precision syringe |
| Liquid alkanes | Acros Organics | Samples for calibration and testing | |
No specific equipment is required. Suitable test materials and solvents are left to the experimenter’s discretion. The high-precision syringes used in this procedure are listed in the table below, but the experimenter may wish to use syringes of a different volume or design, including digital syringes for improved accuracy. The test alkanes used in this experiment are also listed. |
References
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