基于微流控技术的水的太赫兹吸收特性研究

摘要：

很多生物大分子的特征振动模式和转动模式都位于太赫兹波段范围内,且太赫兹波的低电子能特性使其在实验过程中不会对待测样品造成破坏,所以可以采用太赫兹技术来鉴别生物样品.在许多研究中,生物样品都是溶液状态,溶液中水和其他分子之间的相互作用涉及很多生物现象,所以研究水的太赫兹特性就显得至关重要.众所周知,水分子是十分常见的极性分子,分子间氢键会与太赫兹波发生强烈的相互作用,从而使得水对太赫兹波有很强的吸收作用,导致利用太赫兹技术研究水溶液中生物样品的动态特性变得相当困难.为了解决这一难题,可以引入微流控技术.微流控技术以能精确操控微尺度流体而著称,其沟道深度可以达到50μm甚至更小.由于微流控技术减小了太赫兹波在流体中的传播距离,从而极大地减小了水对太赫兹波的吸收.本研究采用对太赫兹波具有高透过率的Zeonor 1420R材料制成了夹心式微流控芯片,芯片上微沟道的长度、宽度和深度分别为3 cm,4 mm和50μm,太赫兹探测区的直径为3 mm.在制作微流控芯片时,利用厚度为50μm的强黏性双面胶代替传统夹心式微流控芯片中的聚二甲基硅氧烷(PDM S)薄膜,使微流控芯片在加热过程中不再有漏液现象.另外,设计了一个温控系统,它由加热片、温度传感器和温控仪构成,该温控系统能够以0.1℃的精度控制温度.利用该系统对微流控芯片中的去离子水进行加热,从20～90℃每隔5℃进行一次太赫兹透射测量,通过对实验数据的分析,发现随着温度升高,水的太赫兹透过率不断减小,说明水对太赫兹波的吸收随着温度的升高而变大.此结果为未来在不同环境温度下利用微流控技术研究液态样品的太赫兹吸收特性提供了先决条件,为未来太赫兹的应用与发展提供技术支持.

关键词：太赫兹、去离子水、微流控芯片、温度、吸收特性

所属期刊栏目：41

分类号：O433.1(光学)

资助基金：国家自然科学基金61575131

在线出版日期：2021-06-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共5页

页码：1678-1682