Синтез и эксплуатация Флуоресцентные-ядерный Микрополости для Рефрактометрические зондирования

Химическая зондирования системы, которые требуют лишь небольших объемов образца и которые могут быть включены в ручной или поле открывающиеся устройства может привести к развитию широкого спектра новых технологий. Такие технологии могут включать в себя поле для диагностики заболеваний и патогенных микроорганизмов, ¹ загрязнителей окружающей среды, ² и безопасности пищевых продуктов. ³ Несколько технологий в настоящее время активно изучаются для микрофлюидных химические сенсоры, с устройствами на базе физики поверхностных плазмонных резонансов (SPR) одними из самых передовых. ⁴ Эти датчики теперь способен обнаруживать многие специфические биомолекулы и добились коммерческого успеха, хотя в основном как крупномасштабные лабораторного оборудования ^5.

В последние годы, оптических микрорезонаторов поднялись, чтобы конкурировать с SPR-систем. Микрополости может быть удивительно чувствительны, с продемонстрировал способность обнаруживать вирусы одного ⁶ и, возможно, даже одной биомолекулы <sдо> 7 (последняя остается предметом некоторых дебатов, ^8, однако нет никаких сомнений в том, что ограничения массы обнаружения малых ^9). В микрорезонаторах, механизм обнаружения зависит от изменений в оптических резонансов, вызванных наличием аналита в электрическом поле профиля резонанса. Как правило, данный аналита вызовет резонанс изменить в в центральной частоты, видимость, или ширина линии. Как и SPR систем, микрорезонаторах может выступать в качестве неспецифической рефрактометрического датчики, или в качестве биосенсоров функциональными для конкретного анализа.

Диэлектрических микроструктур с круглым поперечным сечением (например, микросферы, диски или цилиндры) характеризуются электромагнитного резонанса известны как шепчущей галереи, или гроссмейстеров, термин восходит к исследованиям лорда Рэлея аналогичных акустических эффектов ^10. Существу, оптические WGM происходит, когда волна circumnavigates круглого сечения сперегиба на полное внутреннее отражение, и возвращается к своей отправной точкой в ​​фазу. Например электромагнитного резонанса для микросфер диоксида кремния показана на рисунке 1а. Этот резонанс характеризуется одним максимумом в радиальном направлении (п = 1), а в общей сложности 53 длин волн соответствовать вокруг экватора (L = 53), лишь некоторые из которых показаны. Затухающих части поля распространяется в среде вне сферы границей, таким образом микросферы WGM чувствую внешней среды.

Капилляры являются особенно интересный пример WGM на основе датчика. В капилляр, цилиндрическая гроссмейстеров могут образовываться вокруг круглого сечения, как и в случае для сферы. Если стенки капилляра очень тонкая, часть электромагнитного поля распространяется в капиллярный канал (рис. 1б). Таким образом, капиллярный может быть микрофлюидных датчик для аналитов вводят в канал. Это бASIS работы жидкого ядра оптической кольцевой резонатор (LCORR) ^11. LCORRs полагаться на затухающих связи света с точностью перестраиваемый лазерный источник для исследования гроссмейстеров. Важным аспектом является то, что LCORR стенки капилляров должна быть тонкой (~ 1 мкм), чтобы гарантировать, что режим образцы канала среде. Это накладывает определенные трудности на их изготовление и заставляет их быть механически хрупкой.

В нашей работе, мы разработали альтернативную структуру мы называем флуоресцентные микрополости ядра (ТСМ). ^12,13 Для формирования ТСМ, мы пальто стенки канала капиллярного с высоким показателем преломления флуорофора (в частности, слой Оксид встраиваемый кремниевых квантовых точек). Высокий индекс пленки необходимо ограничить излучения, тем самым созданию гроссмейстеров (рис. 1в). В отличие от LCORR, в FCM режимы выглядят как резкие максимумы в испускаемого спектра флуоресценции. ТолщинаФильм является критически важным, если он слишком толстый WGM не попробовать среды в капиллярный канал, и если оно слишком тонкое оптическое ограничение теряется и гроссмейстеров становятся слабыми. Таким образом, изготовление FCM является сложным процессом, требующим тщательной подготовки. Это основной теме данной работы.