Capteurs acoustiques à ondes de surface guidées par cisaillement horizontal pour la détection chimique et biochimique dans les liquides

La conception et les performances des dispositifs à ondes de surface acoustiques (SH-SAW) à cisaillement horizontal guidé sur substrats LiTaO3 sont étudiées pour des capteurs chimiques et biochimiques à haute sensibilité dans les liquides. Malgré leur similitude structurelle avec les SAW Rayleigh, les SH-SAW se propagent souvent légèrement plus profondément dans le substrat, empêchant ainsi la mise en œuvre de détecteurs à haute sensibilité. La sensibilité du dispositif à la masse et au chargement viscoélastique est augmentée en utilisant une fine couche de guidage à la surface du dispositif. En raison de leur vitesse de propagation d'onde de cisaillement relativement basse, divers polymères y compris le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et la cellulose cyanoéthyle (durcie ou réticulée) sont étudiés comme couches de guidage pour piéger l'énergie acoustique près de la surface de détection. Les dispositifs ont été testés dans des expériences de biosurveillance et de détection chimique. Des principes de conception appropriés pour ces applications sont discutés en ce qui concerne le guidage des ondes, la passivation électrique des transducteurs interdigitalisés vis-à-vis des environnements liquides, les pertes acoustiques, et la distorsion du signal du capteur. Dans les expériences de biosurveillance, en utilisant une épaisseur de PMMA presque optimale d'environ 2 micromètres, une sensibilité de masse supérieure à 1500 Hz/(ng/mm²) est démontrée, entraînant une limite de détection minimale inférieure à 20 pg/mm². Pour les expériences de capteurs chimiques, il est constaté que l'épaisseur optimale du guide d'ondes doit être modifiée pour tenir compte de la couche chimiquement sensible qui agit également comme guide pour le SH-SAW. Une limite de détection de 780 (3 x bruit crête à crête) ou 180 ppb (3 x bruit rms) est estimée à partir des mesures actuelles pour certains composés organiques dans l'eau.