基于微流控芯片的钾盐溶液太赫兹光谱特性研究

摘要：

许多生物分子的振动及转动能级都在太赫兹波段,因此太赫兹时域光谱技术可以用来探测生物分子.并且由于太赫兹波的光子能量较低,仅为毫电子伏量级,在探测过程中不会破坏生物样品,所以太赫兹时域光谱技术在未来生化检测等研究领域具有非常广泛的应用前景.研究表明,大多数生物分子需要在液体环境中才能充分发挥其生物活性,然而水溶液中的氢键在太赫兹波段会产生强烈的吸收.另外,水分子是极性分子,太赫兹波对极性分子也有很强的共振吸收,这使得利用太赫兹时域光谱技术检测液体环境中的活性生物分子非常困难.因此,许多研究团队将太赫兹时域光谱技术与微流控技术相结合,以减少各种因素对生物分子检测的影响.微流控技术是通过减小微流控芯片中液体池的深度来减少液体样品与太赫兹波的作用距离,从而减少水溶液对太赫兹波的吸收.使用对太赫兹波的透过率高达95％的环烯烃共聚物(COC:Zeonor 1420R)为材料制作了双层微流控芯片,该微流控芯片内部液体池的长度和宽度均为4 cm,深度为50μm.此外,由于在电解质溶液中存在大量自由移动的阴阳离子,所以为了探究电解质溶液中自由移动的阴阳离子对太赫兹透射特性的影响,使用外加电场装置对注入液体样品的微流控芯片施加电压.该外加电场装置包括电源,一个封装在有机玻璃盒中的ZVS电路和一个输出电压为10000 V的直流高压包.在此基础上研究了五种相同浓度的钾盐溶液以及这五种钾盐溶液在外加不同时间的恒定电场中的太赫兹波的透射特性,为进一步加强THz技术在生物化学中的应用提供了依据.再者,电解质溶液中的大量阴阳离子在外加电场的作用下会发生运动,这为利用太赫兹时域光谱技术研究电解质溶液的动态特性提供了技术支持.

关键词：太赫兹、微流控芯片、COC、电场强度、吸收特性

所属期刊栏目：43

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：2023-03-06（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：363-367