חישת Terahertz Microfluidic באמצעות חיישן מוליך גל מקביל צלחת

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.