Includes a title page in Arabic

Thesis (Ph.D.)
Doctoral Egypt - Japan University of Science and Technology (E-JUST) - School of Innovative Design Engineering - Mechatronics and Robotics Engineering Department 2024

Includes bibliographical references

Quartz crystal microbalance (QCM) is a powerful sensing technique widely used in various applications, including biosensing, chemical analysis, and material science. This thesis presents a portable QCM system for liquid biosensing that uses a modified Hartley oscillator to drive 14 mm-diameter commercial QCM sensors. The system is designed to be low-cost, easy to use, and highly sensitive A new flow cell design to deliver samples to the surface of the sensor has been designed, fabricated, and tested For portability and miniaturization purposes, a micropump-based pumping system is used The system has a built-in temperature controller, allowing for accurate frequency measurements. In addition, the system can be used in benchtop mode The capability of the system to be used in liquid biosensing is demonstrated through experimental tests for sensitivity to changes in the viscosity of glycerol samples It was found to have a sensitivity of 263.51 Hz/mPas using a 10 MHz QCM sensor QCM measurements are susceptible to fluctuations in fluid flow rate, which can introduce unwanted noise, especially in portable mode Therefore, we present an approach to enhance the stability of measurements by utilizing a microfluidic flow stabilizer We employ a comprehensive methodology that combines computational fluid dynamics (CFD) simulations, microfabrication, and experimental testing to evaluate the effectiveness of the stabilizer in mitigating flow-induced fluctuations Two different designs have been presented and tested The experimental results demonstrated that the first and second designs effectively reduced the fluctuation amplitude in QCM measurements from 100% (input) to 23% and 19% (output)respectively

بعد التوازن الدقيق لبلورات الكوارتز (QCM) من تقنيات الاستشعار القوية المستخدمة على نطاق واسع في العديد من التطبيقات، بما في ذلك الاستشعار الحيوي والتحليل الكيميائي وعلوم المواد، تعرض الرسالة الحالية نظام QCM محمول للاستشعار الحيوي داخل السوائل و الذي يستخدم مذبذب هارتلي المعدل لتشغيل مستشعرات QCM التجارية المتاحة بقطر 14 مم، تمثلت الأهداف الأساسية أثناء تصميم النظام أن يكون منخفض التكلفة وسهل الاستخدام وحساس للغاية لأى تغيرات على سطح المستشعر، كما تم عرض تصميم جديد لخلية التدفق المستخدمة لتوصيل العينات إلى سطح المستشعر و تصنيعها و اختبارها، ولأغراض التنقل والتصغير، تم استخدام نظام ضخ يعتمد على مضخة دقيقة صغيرة الحجم، يحتوي النظام على متحكم مدمج لضبط درجة الحرارة، مما يسمح بإجراء قياسات دقيقة نظراً لحساسية المستشعر الكبيرة للتغير فى درجة الحرارة المحيطة، بالإضافة إلى الوضع المحمول الذي يُمكن استخدام الجهاز للقياسات الخارجية في المواقع، فقد تم تصميم الجهاز لاستخدامه في وضع الطاولة أيضاً، تم إثبات قدرة النظام على استخدامه في الاستشعار الحيوي داخل السوائل من خلال اختبار الحساسية التجريبي للتغيرات في لزوجة عينات من الجلسرين، أوضحت النتائج أن حساسية الجهاز تبلغ 263.51 هرتز/ مللي باسكال ثانية باستخدام مستشعر QCM بتردد 10 ميجاهرتز تتعرض مستشعرات QCM لتقلبات عديدة في معدل تدفق السوائل على سطح المستشعر بناءً على نوع المضخة، والتي تؤدي إلى ضوضاء غير مرغوب فيها أثناء عملية القياس، خاصة عند استخدام الجهاز في الوضع المحمول، ولذلك، تم عرض نهجأ لتعزيز استقرار القياسات عن طريق استخدام شريحة مواقع دقيقة لتثبت معدل تدفق السوائل، و تم استخدام منهجية شاملة تجمع بين محاكاة ديناميكيات الموائع الحسابية (CFD) والتصنيع الدقيق والاختبار التجريبي لتقييم فعالية الشريحة في تخفيف التقلبات الناجمة عن تدفق السوائل، و تم عرض تصميمين مختلفين و اختبارهما، وأظهرت النتائج التجريبية أن التصميمين الأول والثاني خفضا بشكل فعال سعة التذبذب في قياسات مستشعر QCM من 100% (عند المدخل) إلى 23% و 19% (عند المخرج)، على التوالي

Issued also as a digital file (for more information please check our Digital Repository)

AnD ACM