Refraktometrik Algılama Floresan çekirdekli mikro kavitasyonlar sentezi ve İşletilmesi

Sadece küçük bir örnek hacmi gerektirir ve elle tutulan veya alan-operabl cihazlar dahil edilebilir Kimyasal algılama sistemleri yeni teknolojilerin geniş bir yelpazede gelişmesine yol açabilir. Bu tür teknolojiler hastalıklar ve patojenler, ¹ çevre kirleticiler, ² ve gıda güvenliği için alanda teşhis içerebilir. ^3. Çeşitli teknolojilerin aktif en gelişmiş arasındadır yüzey plazmon rezonans (SPR) ve fizik dayalı cihazlarla, mikroakışkan kimyasal sensörler için araştırılmaktadır. ⁴ Bu sensörler artık pek çok özel biyomoleküllerin tespit etme yeteneğine sahip ve ticari başarı elde ettik, ağırlıklı olarak büyük ölçekli laboratuar ekipmanları gibi olsa. ⁵

Son yıllarda, optik mikro kavitasyonlar SPR tabanlı sistemler ile rekabet artmıştır. Mikro kavitasyonlar hatta belki gösterdi tek virüsleri ⁶ tespit yeteneği ve tek biyomoleküllerle, inanılmaz hassas olabilirsiniz <s> 7 kadar (ikinci Ancak kitle tespit limitleri küçük ⁹ olduğundan şüphe yoktur, ⁸ bazı tartışma konusu olmaya devam etmektedir). Mikro kavitasyonlar olarak, algılama düzeneği rezonans elektrik alanı profili içindeki bir analit bulunmasından kaynaklanan optik rezonanslar değişiklikler üzerine dayanır. Genellikle, belirli bir analit rezonans merkez frekansı, görünürlüğü veya çizgi kalınlığı içinde değişime neden olacaktır. SPR sistemlerinde olduğu gibi, mikro non-spesifik Kırılma sensörü olarak hareket, ya da belirli bir analiz için fonksiyonalize biyosensörler gibi olabilir.

Bir dairesel kesitli (örn. mikroküreler, diskler veya silindirler) ile Dielektrik mikroyapılar fısıldayan galeri modları veya WGMs, benzer akustik efektler Lord Rayleigh araştırmalara uzanan bir terim olarak bilinen elektromanyetik rezonanslar ile karakterize edilir. ^10. Esasen, bir optik WGM Bir dalga dairesel çapraz s çevrelemiyor oluşurtoplam iç yansıma, ve faz, başlangıç ​​noktasına geri döner tarafından ection. Bir mikrosfer, silika, bir elektromanyetik rezonans bir örneği Şekil 1a 'de gösterilmiştir. 53 dalga boylarında bir toplam ekvator (l = 53) etrafında uygun iken bu rezonans, radyal bir yönde bir maksimum (n = 1) ile karakterize edilir, ancak bunların bazıları gösterilmiştir. Alan şiddetinin fani kısmen küre sınır dış ortam içine doğru uzanır, böylece mikrosfer WGM dış ortam hissedebilir.

Kılcal bir WGM tabanlı bir sensör özellikle ilginç bir örnektir. Bir kılcal, silindirik WGMs bir küre için durum benzer, dairesel kesitli etrafında oluşabilir. Kılcal duvar çok ince ise, elektromanyetik alan parçası kılcal kanal (Şekil 1b) içine doğru uzanır. Bu nedenle, bir kılcal kanal içine enjekte edilen analit için bir microfluidic algılayıcı olabilir. Bu, brezonatör sıvı çekirdek optik halka (LCORR) işletilmesi asis. ^11. LCORRs WGMs araştırmak üzere bir hassas tuneable lazer kaynağından ışık yiten kaplin güveniyor. LCORR önemli bir yönü, kılcal duvarlar modu örnekleri kanalın orta sağlamak için (yaklaşık 1 um) ince olmasıdır. Bu onların fabrikasyon bazı zorluklar yerleştirir ve bunların mekanik kırılgan olmasına neden olur.

Çalışmamızda, biz bir floresan çekirdek microcavity (FCM) aramak alternatif bir yapı geliştirmiştir. ^12,13 Bir FCM oluşturmak için, biz kat yüksek refraktif indeksi fluorofor (özellikle, bir tabaka olan bir kılcal kanal duvarları oksit-gömülü silikon kuantum noktaları). Filmin yüksek indeks böylece WGMs (Şekil 1c) oluşturma, yayılan radyasyon sınırlandırmak için gereklidir. LCORR aksine, bir FCM olarak yayılan flüoresans modlarının bir spektrum içinde keskin maksimum olarak görünür. Kalınlığıçok kalın ise WGM kılcal kanal orta örnek değildir ve çok ince ise optik doğumdan kaybetti ve WGMs zayıf olmasıdır; filmin büyük önem taşımaktadır. Böylece, bir FCM imalat dikkatli bir hazırlık gerektiren, zor bir süreçtir. Bu, geçerli kağıt ana konusunu oluşturmaktadır.