Síntesis y funcionamiento de los núcleos fluorescentes microcavidades de Percepción refractométrico

Químicos sistemas de detección que requieren volúmenes de muestra pequeños y que sólo se pueden incorporar en dispositivos de mano o campo operable-podría conducir al desarrollo de una amplia gama de nuevas tecnologías. Estas tecnologías podrían incluir diagnósticos sobre el terreno de las enfermedades y agentes patógenos, contaminantes ambientales ^{1, 2} y de seguridad alimentaria. ³ Varias tecnologías están siendo exploradas por sensores químicos de microfluidos, con dispositivos basados ​​en la física de las resonancias de plasmones superficiales (SPR), entre los más avanzados. ⁴ Estos sensores son ahora capaces de detectar muchas biomoléculas específicas y han logrado el éxito comercial, aunque principalmente como equipo de laboratorio a gran escala. ⁵

En los últimos años, han aumentado microcavidades ópticas para competir con los sistemas basados ​​en SPR. Microcavidades puede ser increíblemente sensible, con capacidad demostrada para detectar virus individuales ⁶ y tal vez incluso biomoléculas individuales <shasta> 7 (este último sigue siendo objeto de debate, ⁸ sin embargo no hay duda de que los límites de detección de masas son pequeños ^9). En microcavidades, el mecanismo de detección se basa en los cambios en las resonancias ópticos causados ​​por la presencia de un analito en el perfil de campo eléctrico de la resonancia. Típicamente, un analito dado causará la resonancia a cambios en la frecuencia central, la visibilidad, o ancho de línea. Como con los sistemas de SPR, microcavidades puede actuar como no específicos sensores refractometría, o funcionalizados como biosensores para un análisis específico.

Microestructuras dieléctrico con una sección transversal circular (por ejemplo, microesferas, discos o cilindros) se caracterizan por fenómenos de resonancia electromagnéticos conocidos como los modos de galería susurrante, o WGMS, un término que se remonta a Lord Rayleigh investigaciones de los efectos acústicos análogos. ¹⁰ Esencialmente, un WGM óptico ocurre cuando una onda circumnavigates la circular sección por reflexión interna total, y vuelve a su punto de partida en fase. Un ejemplo de una resonancia electromagnética para una microesfera de sílice se ilustra en la Figura 1a. Esta resonancia se caracteriza por un máximo en la dirección radial (n = 1), mientras que un total de 53 longitudes de onda se ajuste alrededor del ecuador (l = 53), sólo algunas de las cuales se muestran. La parte evanescente de la intensidad de campo se extiende en el medio fuera de los límites esfera, por lo que la WGM microesfera puede detectar el medio externo.

Los capilares son un ejemplo especialmente interesante de un sensor basado en WGM. En una WGM capilares cilíndricos, pueden formarse alrededor de la sección transversal circular, similar al caso de una esfera. Si la pared del capilar es muy delgada, parte del campo electromagnético se extiende en el canal capilar (Figura 1b). Por lo tanto, un capilar puede ser un sensor de microfluidos para analitos inyectados en el canal. Esta es la bAsís de funcionamiento del anillo de núcleo líquido resonador óptico (LCORR). ¹¹ LCORRs se basan en el acoplamiento evanescente de la luz de una fuente láser sintonizable precisión para sondear los WGM. Un aspecto importante de la LCORR es que las paredes de los capilares deben ser finas (~ 1 m) para asegurar que las muestras del modo del medio del canal. Esto coloca algunas dificultades en su fabricación y hace que sean mecánicamente frágiles.

En nuestro trabajo, hemos desarrollado una estructura alternativa que llamamos un microcavidad núcleo fluorescente (FCM). ^12,13 Para formar un FCM, que recubren las paredes de los canales de un capilar con un fluoróforo de alto índice de refracción (en concreto, una capa de óxido de silicio integrados puntos cuánticos). El alto índice de la película es necesario para confinar la radiación emitida, a fin de constituir los WGM (Figura 1c). En contraste con la LCORR, en un FCM los modos aparecen como máximos agudos en el espectro de fluorescencia emitida. El espesor de lapelícula es sumamente importante, y si es demasiado gruesa la WGM no muestrea el medio en el canal capilar, y si es demasiado delgada el confinamiento óptico se pierde y las WGM se debilitan. Por lo tanto, la fabricación de un FCM es un proceso difícil, que requiere una cuidadosa preparación. Este es el tema principal del documento actual.