HF-QCM Sensör Teknolojisi

Yüksek Frekans Kuartz Kristalli Mikrodenge Sensörleri

MS Tech Sensör AR-GE Merkezi, QCM teknolojisi, plazma baskılama, kimyasal kaplama ve bırakım teknolojileri, mikro-mekanik, elektronik, algoritma ve dijital data işlemeyim birleştiren çok disiplinli bir yaklaşıma dayalı geniş bir HF-QCM Sensörleri yelpazesi geliştirmiştir.

Bilimsel geliştirme süreci, HF-QCM Sensörlerinin aktif sathına uygulanabilen ince kimyasal kaplamaların (polimer, monolayer (tek kat) ve antibody (antikor)) geniş bir grubunu kapsar. Bu kaplamaların her birisinin değişik maddelere karşı spesifik birer yatkınlığı vardır ve bunlar, hedef moleküllerle selektif olarak etkileşime girebilecek şekilde dizayn edilmiştir. Sensörler, geniş bir molekül çeşidine karşı yüksek duyarlık ve seçicilik sunan patentli bir Sensör Matrisi yapısında oluşturulmuştur

Bir HF-QCM sensörünün duyarlığı, kuartz rezonatörünün frekansının karesiyle orantılıdır ve sensör frekansındaki değişimin emilen kütle miktarına aşağıdaki gibi bağlı olduğu bir ifadeyle tanımlanır:

Δf= (-2.3 x 10-6) f2 ΔM/A,
* Burada: Δf[Hz] – emilen kütle ΔM etkisindeki frekans değişimi;
F (Hz) – kuartz sensörün rezonans frekansı;
A (cm2) – emilen kütle ΔM’nin, üzerinde biriktiği kuartz sensörün elektrotlarının alanı (iki yanda);

HF-QCM Sensörleri, çok düşük konsantrasyonlarda olsalar bile, gaz, buhar ve sıvı halde olan malzemelerin izlerini algılayıp tespit edebilir. Sensörler, geniş bir ortam sıcaklığı aralığında (-10°C ile + 60°C arasında) ve %5 ile %95 RH aralığındaki yoğuşmasız nem oranında çalışabilir.

Bilimsel Çalışma Prensibi

HF-QCM Sensör Teknolojisi, çok sayıda bilimsel disiplini birleştirmek suretiyle memelilerin koku alma duyusu sürecini dijital olarak yeniden yaratmıştır. Bu, selektif kimyasal kaplamaların sathında emilen moleküllerin HF-QCM Sensörlerinin kütle ağırlığında değişimlere sebep olduğu piezoelektrik teorisine dayalıdır.

Bu proses, bunların rezonans frekansını etkiler ve hedefteki her bir madde için emsalsiz bir dijital imza ya da parmak izi verir. Değişimler, HF-QCM Sensörler ve güçlü model tanıma algoritmaların birleşimiyle saniyeler içinde doğru ve hassas bir biçimde ölçülür.

Tipik Tepki Eğrileri

HF-QCM Sensörlerinin rezonans frekansının dinamik aralığı tipik olarak bir çok MHz’ten çok az MHz’e kadar olan bir aralıktadır. Her bir örnek analizinde, tüm sensörlerin frekans tepkileri, önceden belirlenmiş zaman aralıklarında ölçülür.

Örnek tespit işlemi, model tanıma algoritmaları alınan dijital imzayı işleyip enstrümanda saklı bulunan mevcut bir maddeler veri tabanıyla bunu eşleştirdiği zaman yapılmış olur. HF-QCM Sensörlerinin tepkileri, HF-QCM Sensör Matrisinin analiz için konulan spesifik bir malzemeye olan reaksiyonunu karakterize eden dijital bir imza oluşturur.

Sensör Matrisinin verilen bir örneğe karşı olan tepkisi, veri tabanına daha önce konulmuş olan hedef moleküllerin ve tipik karışanların muhtemel aralıklarının bulunması ölçüsünde sistematik olarak ölçülür ve tutarlı olur. Sensör Matrsinin tepkilerinin analiz edilen örneklere dağılımı, histogramlar şeklinde çizilebilir. Bu teknolojik konsept, yanlış alarm oranlarını düşük tutarken yeni hedef maddelerin algılanmasını ve tespit edilmesini “öğrenmekte” hızlı bir uyarlama ve esneklik getirir.

Dizayna Genel Bakış

HF-QCM Sensör Matrisi, hiçbir radyoaktif kaynak veya tehlikeli malzeme kullanmayan bir “plug & play” (“tak & çalıştır”) çipi olarak dizayn edilmiştir (Şekil 5’e bakınız). Yüksek yükleme analizi sırasında duyarlık ve seçiciliğini korurken geniş bir sistemler yelpazesine entegre edilebilir.

Her bir HF-QCM Sensör Matrisi, kurulumundan itibaren alınan binlerce örneği kaydedip saklayabilir. Wi-Fi veya Bluetooth ile de birleştirilebilir ve böylece uzaktaki vekil sunuculara alarmların ve/veya test sonuçlarının gerçek zamanlı iletiminde kullanılabilir. Sonuç, kompakt, düşük güç sarfiyatlı ve neme karşı dayanıklı algılama ve tespit cihazlarıdır.