Capteurs autour des ondes de Love - Freejmfriedt.free.fr/slides_sfa2006.pdf · Love Friedt & al....
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Capteurs autourdes ondes de
Love
Friedt & al.
Les ondes deLove
Influence deεr (solvant)
Microfluidique
Electroniqued’interrogation
Combinaisonsavec l’optique
Ligne a retard→resonateur
Conclusions etperspectives
Capteurs autour des ondes de Love
Jean-Michel Friedt 1, Lamia El Fissi 1,Laurent Robert 2, Gilles Martin 2, William Daniau 2, Sylvain
Ballandras 2
1 SENSeOR, Sophia Antipolis, email : [email protected] FEMTO-ST/LPMO, Besancon
transparents disponibles a http://jmfriedt.free.fr
26 avril 2006
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Capteurs autourdes ondes de
Love
Friedt & al.
Les ondes deLove
Influence deεr (solvant)
Microfluidique
Electroniqued’interrogation
Combinaisonsavec l’optique
Ligne a retard→resonateur
Conclusions etperspectives
Generalites sur les ondes de Love• Generation de l’onde acoustique par structures interdigitees sur
substrat piezoelectrique.
• Onde acoustique de surface guidee dont la celerite depend del’adsorption d’especes (bio)chimiques sur la couche guidante.
• Onde transverse compatible avec l’utilisation en milieu liquide.
• Cavite sensible entre les structures interdigitees vierge de touteelectrode.
V
SiO2
mµ
mµ
350
2,5
quartz AT
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Love
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Les ondes deLove
Influence deεr (solvant)
Microfluidique
Electroniqued’interrogation
Combinaisonsavec l’optique
Ligne a retard→resonateur
Conclusions etperspectives
Influence de la constantedielectrique du liquide sur
l’efficacite de l’onde acoustique
Necessite de proteger les peignes du liquide (constante dielectriqueelevee, conductivite elevee)
120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130
−60
−50
−40
−30
−20
freq. (MHz)
I.L. (
dB)
120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130−3
−2
−1
0
1
2
3
freq. (MHz)
φ. (r
ad)
isopropanolacetone choroforme
air toluene eau centre
eau partout
Solvant εr viscosite (cP)
air 1 0.02toluene C7H8 2.4 0.59
chloroforme CHCl3 4.8 0.58isopropanol C3H8O 18.3 2.26
acetone C3H6O 20.7 0.32eau deionisee H2O 79 1
quartz
solvant
εr(solvant)
σ (solvant)
εr(quartz)
Al
SiO2
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Les ondes deLove
Influence deεr (solvant)
Microfluidique
Electroniqued’interrogation
Combinaisonsavec l’optique
Ligne a retard→resonateur
Conclusions etperspectives
Microfluidique & solutionstechnologiques
• Ainsi, l’efficacite de la generation de l’onde acoustique depend duconfinement du champ electrique dans le substrat piezo⇒ necessite de limiter la diffusion des lignes de champ dans lemilieu environnant
• Murs isolant les structures interdigitees du fluide : etanche + faiblespertes acoustiques, reproductibles et si possible produits en masse(wafer scale)
Solutions : resine photosensible epaisse ou nickel electroforme.
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Electroniqued’interrogation
Combinaisonsavec l’optique
Ligne a retard→resonateur
Conclusions etperspectives
Electronique autonomed’interrogation
• Interrogation en boucle ouverte des lignes a retard : mesure de laphase et de la magnitude entre une ligne de reference et la ligne demesure.
• Dispositif portable et autonome, plus stable qu’un analyseur dereseau (mais plus specifique).
0
100
200
300
400
500
122 123 124 125 126 127
mag
ntiu
de, p
hase
(u.
a.)
freq. (MHz)
magnitude
phase
30MHzTTL
< 180 MHzDDS
processeurColdfire
demod.I/Q
SAWcapteur
4
ethernetphase φ
magnitude I.L.
+14 dB+14 dB
PC
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Combinaisonsavec l’optique
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Conclusions etperspectives
Combinaisons avec l’optique
• Le capteur a onde de Love remplace un echantillon passif en verre.
• Application aux films de proteines et de polymeres (ici pNIPAAM).
20 25 30 35 40 45−23
−22.5
−22
−21.5
−21
SAW
A(d
B)
20 25 30 35 40 45−30
−20
−10
0
SAW
Δφ
(◦)
20 25 30 35 40 45−200
0200400600800
10001200
Temperature (◦C)
SPR
Δθ
(m◦ )
Objectif : lever l’incertitude sur les pa-rametres physiques couples de la couche ad-sorbee (masse=ρ× h, viscosite).
����������������������������������������������������������������������������������������
����������������������������������������������������������������������������������������
x
Thermocouple
LASER670 nm
Input IDT Output IDT
Liquid cell
Guiding layers
Coupling prism
Piezoelectric substrate
z
20 25 30 35 40 45 50 55 601
1.5
2
2.5
3
3.5
4
Layer thickness (nm)
Vis
cosi
ty (
cP)
25 °C
35.1 °C ↑
34.9 °C ↓
30.8 °C ↓
L.A. Francis, J.-M. Friedt, C. Zhou, P. Bertrand., In Situ Evaluation of Density, Viscosity and Thickness of Adsorbed Soft Layers by
Combined Surface Acoustic Wave and Surface Plasmon Resonance, accepte pour publication Anal. Chem. (2006)
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Combinaisonsavec l’optique
Ligne a retard→resonateur
Conclusions etperspectives
Des lignes a retard aux resonateurs
Mesure en boucle fermee (oscillateur), avec eventuellement AGC pourmesurer les pertes.Questions :
• la sensibilite gravimetrique sera-t-elle la meme que pour une ligne aretard ?
• la precision de la mesure (frequence) sera-t-elle meilleure ?
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Electroniqued’interrogation
Combinaisonsavec l’optique
Ligne a retard→resonateur
Conclusions etperspectives
Conclusion• Developpement de capteurs acoustiques sensibles compatibles avec
le travail en milieu liquide ...• ... pour l’identification des proprietes physiques des films minces
(5-500 nm).• Combinaison avec d’autres methodes possible et souhaitable
(optique, microscopies a sonde locale).• Application a plusieurs domaines (biochimie, polymeres,
electrochimie).• Commercialisation du capteur pour palier aux difficultes de
fabrication en laboratoire (salle blanche, technologies specifiquesd’encapsulation).
Perspectives :• Developpement et validation du code de modelisation de la reponse
acoustique incluant tous les effets presentes ici• Fiabiliser la fluidique pour repondre aux demandes des biochimistes
(aujourd’hui : cuvette ouverte, liquide statique).• Determiner les limites de detection en fonction des systemes etudies
(ADN, gaz ?).8 / 8