عنوان پایان‌نامه
طراحی و بهینه¬سازی یک حسگر (زیستی) برای آشکارسازی مواد شیمیایی (زیستی)
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-مخابرات-میدان
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2430;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62966
- تاریخ دفاع
- ۰۹ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- سیدمحمدحسین نقوی
- استاد راهنما
- رضا فرجی دانا
- چکیده
- به منظور بررسی کیفیت مواد شیمیایی (زیستی) تولیدی یک کارخانه مثل قرص های دارویی و اندازه گیری غلظت DNAهای برچسب گذاری شده در داخل یک محلول، استفاده از ابزاری که قابلیت تفکیک و حساسیت بالایی داشته باشد ضروری است. زیست-حسگر های مایکروویو و موج میلیمتری ابزارهایی هستند که تغییرات در مرتبه در ثابت گذردهی الکتریکی و مغناطیسی مواد تحت آزمایش را آشکار می کنند. در طراحی زیست حسگرها، روش مبتنی بر ساختارهای تشدیدی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. این روش دارای حساسیت بسیار بالایی است و مشکل آن عرض باند پایین آن است. تشدیدهای مود ویسپرینگ گالری بواسطه ضریب کیفیت Q بالایی که دارند اگر در وضعیت تزویج بحرانی قرار گیرند، قدرت تفکیک و حساسیت زیادی نسبت به تغییرات محیط اطراف خود نشان می دهند. در این پایان نامه، چندین طرح برای زیست-حسگرها در فرکانس های مایکروویو و باند موج میلیمتری معرفی شده است. اصول طراحی زیست-حسگرهای طراحی شده مبتنی بر تشدید های مود ویسپرینگ گالری است و در سیر طراحی هر زیست-حسگر سعی شده که نواقص طرح قبلی اصلاح و مزایایی به طرح جدید اضافه شود. اندازه گیری ها روی طیف وسیعی از قرص های دارویی استامینوفن 325mg تولید داخل کشور صورت گرفته و نتایج آن برای کارخانه های مختلف داروسازی با یکدیگر مقایسه شده است. تحلیل جامع حساسیت، توانایی زیست-حسگر پیشنهادی برای آشکارسازی تغییرات کوچک در مرتبه در بخش حقیقی ثابت دی الکتریک و تانژانت تلفات را نشان می دهد. توانایی های گوناگون این حسگر را می توان در تشخیص میزان رطوبت قرص های دارویی، آشکارسازی داروهای تقلبی و اندازه گیری میزان همگنی قرص های تولیدی یک کارخانه نام برد. در پایان، حسگری برپایه تشدیدگر سلفی خازنی به منظور اندازه گیری غلظت نانوذرات درون محلول آب مقطر ارائه شده است. هدف از طراحی این زیست-حسگر، شناسایی غلظت DNAهای برچسب گذاری شده درون محلول آب مقطر به عنوان یک محلول با تلفات دی الکتریک بالا است.
- Abstract
- In order to investigate the quality of bio-chemicals like drug tablets, produced by pharmaceutical companies and to measure the labeled DNA concentration inside a biological solution, using a very sensitive and high-resolution instrument is necessary. The microwave and mm-wave biosensors are used to detect small deviations in the order of in relative permittivity and permeability of a sample. In the biosensor design, resonance-based structures draw a lot of attention because of high sensitivity; however they suffer from low bandwidth. Whispering gallery modes (WGM) with high quality factor (Q) when placed at critical coupling condition are extremely sensitive to any perturbation occurring around them. In this thesis, theorical models for axially layered dielectric resonators acting on WGM are presented, and analytical results are compared with the simulated and mesured data. Several methods for excitation of WGM through dielectric waveguide are proposed. Some of these methods excite quasi-TM modes (WGH) which is suitable for dielectric constant measurement of dielectric samples like drug tablets and one of them excites quasi-TE modes (WGE) which is used for the detection of magnetic nanoparticles such as inside a solution. Also several designs for microwave and mm-wave biosensors are proposed. The biosensors are designed based on whispering gallery mode resonators. The fabricated biosensors are improved based on experimental measurements until the final structure is acheived. The performance of the proposed biosensor is tested for sensing acetaminophen 325mg drug tablets from various companies. The results of various experiments carried out on drug tablets are reported to demonstrate the sensor multifunctional capabilities in moisture sensing, counterfeit drug detection and homogeneity of drug tablets manufactured by pharmaceutical companies. Finally, a biosensor based on LC resonator is proposed for detection of nanoparticles such as nanoparticles in an aqua droplet. The aim of the design of this biosensor is to detect the concentration of labeled DNA inside an aqua based solution which has a high dielectric loss. Key words: Whispering Gallery Mode (WGM), Biosensor, Critical coupling, Dielectric Resonator (DR), Resonance perturbation method, WGH mode, WGE mode
