Síntese e Operação de Fluorescente-core microcavidades de Sensoriamento refractométricos

Sistemas de detecção químicos que requerem volumes de amostra apenas pequenas e que podem ser incorporadas em dispositivos portáteis ou campo-operável poderia levar ao desenvolvimento de uma ampla gama de novas tecnologias. Essas tecnologias podem incluir o diagnóstico no campo de doenças e patógenos, contaminantes ambientais ^{1, 2} e segurança alimentar. ³ Várias tecnologias estão sendo ativamente explorada para sensores químicos microfluídicos, com dispositivos baseados na física de ressonâncias de plasmons de superfície (SPR) entre os mais avançados. ⁴ Estes sensores são agora capazes de detectar várias biomoléculas específicas e obtiveram sucesso comercial, embora principalmente em larga escala equipamento de laboratório. ⁵

Em anos recentes, têm aumentado microcavidades ópticas para competir com os sistemas baseados em SPR. Microcavidades pode ser incrivelmente sensível, com a capacidade demonstrada para detectar vírus individuais ⁶ e talvez até biomoléculas individuais <saté> 7 (este último continua a ser objecto de algum debate, ⁸ porém, não há dúvida de que os limites de detecção em massa são ⁹ pequeno). Em microcavidades, o mecanismo de detecção baseia-se em alterações nas ressonâncias ópticos devido à presença de um analito no interior do perfil do campo eléctrico da ressonância. Tipicamente, para um dado analito irá causar a ressonância de mudar no em frequência central, a visibilidade, ou a largura de linha. Tal como acontece com os sistemas de SPR, de microcavidades podem actuar como não específicos refractométricos sensores, ou como biossensores funcionalizados para uma análise específica.

Microestruturas dielétricas com uma secção circular (por exemplo, microesferas, discos ou cilindros) são caracterizadas por ressonâncias eletromagnéticas conhecidas como os modos Galeria sussurrando, ou WGMS, um termo que remonta a investigações Senhor Rayleigh de efeitos acústicos análogos. ¹⁰ Essencialmente, um WGM óptica ocorre quando uma onda circumnavigates a circular sexão por reflexão total interna, e retorna para o seu ponto de partida na fase. Um exemplo de uma ressonância electromagnética, para uma microesfera de sílica encontra-se ilustrada na figura 1a. Esta ressonância é caracterizado por um máximo na direcção radial (n = 1), enquanto que um total de 53 comprimentos de onda se ajustar em torno do equador (l = 53), das quais apenas algumas são mostrados. A parte evanescente da intensidade de campo se estende para o meio do lado de fora do limite esfera, assim o WGM microsfera pode sentir o meio externo.

Capilares são um exemplo particularmente interessante de um sensor baseado em WGM. Em um capilar, WGMS cilíndricos podem formar em torno da secção transversal circular, semelhante ao caso de uma esfera. Se a parede do capilar é muito fina, a parte do campo electromagnético prolonga-se para dentro do canal capilar (Figura 1b). Assim, um tubo capilar pode ser um sensor de microfluidos para analitos injectados para dentro do canal. Esta é a basis de funcionamento do anel de núcleo líquido ressoador óptico (LCORR). LCORRs ¹¹ dependem do acoplamento evanescente de luz a partir de uma fonte de laser de alta precisão ajustável para sondar as WGMS. Um aspecto importante da LCORR é que as paredes capilares devem ser finos (~ 1 mm) para assegurar que as amostras de modo a meio do canal. Isto coloca algumas dificuldades no seu fabrico e faz com que sejam mecanicamente frágeis.

No nosso trabalho, nós desenvolvemos uma estrutura alternativa chamamos uma microcavidade núcleo fluorescente (FCM). ^12,13 Para formar uma FCM, que revestir as paredes do canal de um capilar com um fluoróforo elevado índice de refracção (especificamente, uma camada de óxido de silício incorporado pontos quânticos). O índice elevado da película é necessária para limitar a radiação emitida, construindo assim as WGMS (Figura 1c). Em contraste com a LCORR, num dos modos de FCM aparecem como maxima afiado em um espectro de fluorescência emitida. A espessura dapelícula é extremamente importante e, se ele for muito espesso a WGM não experimentar o meio do canal capilar, e se for muito fina o confinamento óptico é perdida e as WGMS tornam-se fracas. Assim, a fabricação de um FCM é um processo difícil, exigindo uma preparação cuidadosa. Este é o tema principal do trabalho atual.