3 0 marca 2011 r.

1. KWANTOWE NANOSTRUKTURY PÓŁPRZEWODNIKOWEDO ZASTOSOWAŃ W BIOLOGII I MEDYCYNIE - ROZWÓJ I KOMERCJALIZACJA NOWEJ GENERACJI URZĄDZEŃ DIAGNOSTYKI MOLEKULARNEJ OPARTYCH O NOWE POLSKIE PRZYRZĄDY PÓŁPRZEWODNIKOWE Projekt nr.: POIG 01.01.02-00-008/08 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

2. Ocena możliwości skonstruowania wagi kwarcowej dla układów mikrofluidycznych Piotr Garstecki, Paweł Jankowski, Jacek A. Michalski Adam Samborski, Tomek Szymborski Instytut Chemii Fizycznej PAN Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

3. Historia „ważenia” ma ponad 4000 lat. W tym czasie zmieniały się urządzenia i stosowane systemy miar i wag. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

4. W komercyjnie dostępnych wagach kwarcowych stosuje się dyskowe rezonatory o średnicach 12.5÷14 mm (0.49÷0.55”) zamontowane w dolnej części naczynia pomiarowego. Analizowana ciecz zwilża tylko jedną stronę rezonatora. W trakcie swojej pracy rezonator oscyluje, a przyrost masy substancji zaadsorbowanej na jego powierzchni powoduje proporcjonalne zmniejszenie częstotliwości oscylacji. Model Sauerbreya (1959) Model Kanazawy (1989) ZeitschriftfürPhysik, 155, 206-222 (1959) J. Appl. Phys., 68(5), 1993-2001 (1989) Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

5. Dostępne komercyjnie rezonatory kwarcowe, przeznaczone do montażu powierzchniowego (SMD) wykonują drgania mechaniczne w nieco innym modzie. Dla pracy w ośrodku gazowym lub w próżni ich elektroniczny schemat zastępczy jest taki sam jak rezonatorów stosowanych w konwencjonalnych wagach kwarcowych. Jednak w przypadku ośrodka ciekłego, oprócz sił lepkościowych, może pojawić się również siła bezwładności związana z drganiem fazy ciągłej. W efekcie można spodziewać się, że dyssypacja energii (w przeliczeniu na jednostkę powierzchni) będzie większa w przypadku tych rezonatorów. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

6. W konsekwencji dla spełnienia warunku amplitudowego koniecznym jest stosowanie generatorów z elementami czynnymi charakteryzującymi się stosunkowo dużym wzmocnieniem napięciowym. Jako element czynny zostały wybrane szybkie komparatory napięcia. Oprócz wzmocnienia napięciowego na poziomie 70dB, układy te pozwalają uzyskać na wyjściu przebiegi prostokątne spełniające wymagania układów cyfrowych. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

7. Doświadczenia polegające na sprawdzeniu oscylacji rezonatora zanurzonego w cieczy przeprowadzono dla następujących typów kwarców: Obudowa HC49S, zakres częstotliwości 10-20 MHz, płytka kwarcowa o wymiarach 8.5x2 [mm]. Brak oscylacji – zbyt duże tłumienie. Obudowa 12SMX, zakres częstotliwości 16-24.576 MHz, płytka kwarcowa o wymiarach 5x2.5 [mm], Wszystkie testowane rezonatory oscylują. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

8. Obudowa SMDXT324, częstotliwość 16 MHz, płytka kwarcowa o wymiarach 2.6x1.8 [mm], Brak oscylacji – za duże tłumienie. Obudowa SMDXT224, częstotliwość 16-25 MHz, płytka kwarcowa o wymiarach 2x1.5 [mm], Brak oscylacji dla częstotliwości mniejszych od 20 MHz. Dla wyższych częstotliwości rezonatory oscylują. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

9. Podsumowanie Wszystkie z badanych rezonatorów w obudowach 12SMX (16-24.576 MHz) oscylują w fazie ciekłej. Najmniejsze z testowanych rezonatorów w obudowach SMDXT224 oscylują w cieczach tylko gdy ich nominalna częstotliwość przekracza 20 MHz. Po zanurzeniu w cieczach „funkcje przejścia” wszystkich rezonatorów kwarcowych ulegają silnemu spłaszczeniu. Takie zachowanie może być przyczyną pojawiania się „szumu fazowego” zakłócającego użyteczny sygnał pomiarowy. Ponadto spłaszczenie „funkcji przejścia” wymusza stosowanie w generatorach elementów czynnych o stosunkowo wysokim wzmocnieniu napięciowym. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.

10. Dziękuję za uwagę. Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka. Kwantowe nanostruktury do zastosowań w biologii i medycynie – Seminarium w IChF 30 marca 2011 r.