تيراهيرتز الاستشعار ميكروفلويديك باستخدام الاستشعار الدليل الموجي الموازي لوحة

يستخدم هذا البروتوكول دليل موجات ذو لوحين متوازيين ومخددين لقياس معامل الانكسار لعينة مائعية دقيقة عند ترددات التيراهيرتز. أولاً، يتم تصميم وتصنيع دليل الموجات المخدد لإظهار رنين في نطاق التيراهيرتز. ثم باستخدام نظام مطيافية التيراهيرتز في النطاق الزمني، يتم قياس تردد الرنين لدليل الموجات. بعد ذلك، يُملأ دليل الموجات بحجم مقاس بدقة من السائل العينة.

تتمثل الخطوة النهائية في قياس تردد الرنين للدليل الموجي المملوء. وفي نهاية المطاف، يمكن استخدام الفرق بين ترددي الرنين للدليل الموجي الفارغ والمملوء لتحديد معامل الانكسار للعينة في نطاق تردد التيراهيرتز. وبشكل عام، قد يواجه المبتدئون في هذه الطريقة صعوبة بسبب الدقة العالية جداً المطلوبة للحصول على نتائج قابلة للتكرار.

أنا كيم ريل، طالبة دراسات عليا أخرى من مختبر دانيال ميدلمان، وسأقوم الآن بشرح الإجراء. قم بتصميم دليل موجي ذي لوحين متوازيين يحتوي على تجويف واحد أو أكثر أو أخاديد مدمجة. استند في تحديد الهندسة إلى المعايير المفصلة في المخطوطة المرفقة، وارجع أيضاً إلى منشوراتنا السابقة.

هذه بعض المبادئ التوجيهية العامة. ابدأ باختيار حجم لوحة يكون واسعاً بما يكفي بحيث يمكن اعتباره لا نهائياً مقارنة بالشعاع الداخل، وذلك للسماح بالوصول السهل إلى الأخدود. اجعل لوحة دليل الموجات السفلية أعرض بكثير من اللوحة العلوية بحيث يمتد الأخدود على كامل عرض اللوحة تقريباً.

اجعل طول الانتشار بحيث يكون الدليل الموجي ككل أطول بثلاث مرات على الأقل من مدى الأخدود، وتكون الثقوب الموجودة في اللوحة السفلية مسننة بينما الثقوب الموجودة في اللوحة العلوية غير مسننة. سيعتمد تصميم الأخدود على تردد الرنين المطلوب، وعرض الخط المطلوب، والمسافة المختارة بين اللوحتين، من بين عوامل أخرى. ومن المهم مراعاة قيود تقنيات التصنيع لديك بالنسبة للأخاديد الضيقة جداً أو الضحلة جداً لاستخدامها كمرجع.

قم أيضاً بتصنيع تصميم مطابق يفتقر إلى الأخدود. حافظ على تباعد الصفائح باستخدام فواصل عازلة كهربائياً مثل شظايا مجهر محطم. استخدم آلة التشكيل بالانزلاق (Slide Machine) لتصنيع الدليل الموجي.

من المهم عدم برد حواف الألواح، خاصة عند وجه الإدخال. تعد الحواف المستديرة ممارسة قياسية في العديد من الورش الميكانيكية لأسباب تتعلق بالسلامة، ولكن وجود حافة مستديرة على وجه الإدخال سيؤدي إلى تشويه الإشارة. ابدأ عملية التجميع بهيكل يحتوي على سطحين مستويين متعامدين على بعضهما البعض.

ضع اللوح السفلي على السطح الأفقي واضغط عليه. اجعله ملاصقاً للسطح الرأسي. أدخل الفواصل العازلة الكهربائية في أقرب نقطة ممكنة من فتحات البراغي.

اثنان لكل برغي، واحد على كل جانب. تحقق من أن البراغي لا تعيق المجرى أو تمتد خارج وجه الإدخال. بعناية، ضع اللوحة العلوية بحيث تكون بمحاذاة السطح الرأسي، ثم مررها للأسفل لتستقر على اللوحة السفلية والفواصل.

أمسك الآن كلا اللوحين بحيث يكونان بمحاذاة السطح الرأسي. أدخل البراغي، ثم أحكم ربطها تدريجيًا بنمط تبادلي. افحص الدليل الموجي النهائي للتأكد من أن وجه الإدخال مسطح تمامًا وأن المسافات بين الألواح موحدة.

ابدأ بتجهيز الجهاز. إذا لم تكن موجودة بالفعل، قم بوضع أربع عدسات في مسار حزمة rah hertz بتوجيه بؤري مشترك. ومن أجل توفير بؤرة دقيقة عند نقطة المنتصف من المسار، ضع فتحة بقطر 12 millimeters عند النقطة البؤرية.

يجب أن تكون الفتحة كبيرة بما يكفي لحجب جميع الإشعاعات من الانتشار باستثناء ما يمر عبر الدليل الموجي. وسيحدد حجم الفتحة حجم الحزمة المنتشرة في الدليل الموجي. استخدم حاملًا محكمًا لضمان وضع الدليل الموجي بشكل متكرر ودقيق.

بعد ذلك، ضع الدليل الموجي خلف الفتحة مباشرة بحيث يكون الوجه المدخل ملامساً للفتحة، مع محاذاة محور انتشار الدليل الموجي قدر الإمكان مع المحور البصري. تعد عملية المحاذاة هنا بالغة الأهمية، حيث قد تنشأ انعكاسات وتشتت وتغيرات في التردد القاطع والترددات الرنينية ومشكلات أخرى نتيجة عدم المحاذاة الصحيحة للدليل الموجي. الآن، ضع حامل المحقنة بحيث تكون طرف المحقنة محاذياً للمجرى.

للحصول على أفضل النتائج، استخدم محقنة مختلفة لكل مادة لمنع التلوث الخلطي. املأ المحقنة بالسائل المراد اختباره وتخلص من أي فقاعات. كرر ذلك أيضاً بين عمليات التشغيل.

اتبع إجراء تنظيف يتطلب أولاً تفكيك الدليل الموجي. بعد ذلك، اغسل كلا اللوحين جيداً في مذيب مناسب لإزالة أي بقايا من التجربة. جففهما باستخدام الهواء المضغوط، ثم أعد تجميع الدليل الموجي كما تم توضيحه سابقاً.

ابدأ بشكل موجي مرجعي للدليل الموجي من نوع grod. لا يلزم الحصول على شكل موجي مرجعي إلا مرة واحدة كل بضع ساعات خلال كل جلسة تجريبية، وذلك اعتماداً على الاستقرار طويل الأمد لإشارة مطياف المجال الزمني.

قم بإزالة الدليل الموجي غير المجمع. بعد ذلك، ضع الدليل الموجي المحزز النظيف في الجهاز. قم بأخذ شكل موجي للدليل الموجي المجمع الفارغ.

يمكن أن تؤدي عملية الإزالة والتفكيك إلى اختلافات طفيفة جداً في هندسة الدليل الموجي. ستؤثر هذه الاختلافات على تردد الرنين المطلق للأخاديد الفارغة والمملوءة، ولكنها لن تؤثر على الإزاحة الملحوظة. لذا، تتطلب كل عملية قياس كاملة مرجعاً فارغاً خاصاً بها.

لحساب الإزاحة دون تحريك الدليل الموجي، ضع الحقنة المعبأة في مكانها داخل الحامل. املأ المجرى ببطء مع المتابعة. تأكد من أن عملية الملء جيدة وخالية من الفقاعات أو الفيضان.

خذ شكل موجي آخر. إذا كان النظام يحتوي على أكثر من أخدود واحد، فاستمر في ملء الأخاديد وأخذ العينات حسب الرغبة. قم بإزالة دليل الموجات وتنظيفه قبل جمع مجموعة البيانات التالية.

في هذا المثال لدليل موجي مُصنع بشكل جيد، لاحظ أن المجرى لا يمتد على كامل طول أو عرض الدليل الموجي. بمجرد تجميع الصفيحة المتوازية، تصبح هندسة الدليل الموجي مناسبة لتنفيذ مستشعر لمعامل الانكسار لترددات التيراهيرتز. ويتطلب قياس معامل الانكسار حجماً صغيراً من السائل.

تظهر هذه البيانات أطياف تردد نموذجية، وقد تم الحصول عليها من تحليل رباعي ديكان. يظهر الطيف الذي تم الحصول عليه من الدليل الموجي المرجعي غير المحزز باللون الأسود، وتُشار قياسات الدليل الموجي المحزز بدون تعبئة سائلة باللون الأزرق، بينما يظهر الدليل الموجي المحزز مع عينة من رباعي ديكان باللون الأحمر. بعد ذلك، يتم تربيع أطياف السعة للأدلة الموجية المحززة الفارغة والممتلئة وقسمتها على الطيف الخاص بالدليل الموجي المرجعي للحصول على أطياف انتقال القدرة.

إن الفرق في التردد بين الميزات الرنينية للموجات الموجهة الفارغة والممتلئة هو الإزاحة الرنينية التي ترتبط بمعامل الانكسار. عند محاولة تنفيذ هذا الإجراء، من المهم تذكر الالتزام بأقصى قدر ممكن من الاتساق والحرص على تقليل التلوث الخلطي في الموجّه الموجي. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية الحصول على قياس لمعامل الانكسار لعينة مائعية دقيقة عن طريق قياس التردد الرنيني لموجّه موجي ذي لوحين متوازيين ومحززين باستخدام مطيافية تيرهرتز في النطاق الزمني.