A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
חיישני microcavity פלורסנט ליבות להעסיק גבוה ציפוי מדד קוונטים-dot בערוץ של סיליקה microcapillaries. שינויים במקדם השביר של נוזלים נשאבים לתוך סיבת ערוץ נימי המשמרות בספקטרום פלואורסצנטי microcavity שניתן להשתמש בו כדי לנתח את מדיום הערוץ.
נייר זה דן בחיישני ליבת ניאון microcavity מבוסס שיכול לפעול בהתקנת ניתוח microfluidic. מבנים אלה מבוססים על היווצרות קוונטים-dot ציפוי ניאון (QD) על פני השטח של ערוץ microcapillary הקונבנציונלי. QDs הסיליקון הם אטרקטיבי במיוחד ליישום זה, בשל בחלקו לרעילות הזניחה בהשוואה לII-VI וQDs המתחם II-VI, אשר נשלטים חומרי תחיקה במדינות רבות. בעוד ספקטרום פליטת ההרכב הוא רחב וחסר ייחוד, סרט Si-QD על קיר הערוץ של תכונות נימי סט של פסגות חדות, צרות בספקטרום הקרינה, המקבילה לתהודות אלקטרומגנטיים לאור הלכוד בתוך הסרט. גל השיא של תהודות אלה רגיש למדיום החיצוני, ובכך מאפשר למכשיר לתפקד כחיישן refractometric בי QDs לא בא במגע פיזי עם את אנליטי. הניסויישיטות הקשורות לייצור של microcapillaries ניאון הליבות הם דנו בפירוט, כמו גם את שיטות הניתוח. לבסוף, השוואה נעשית בין המבנים הללו ואת תהודת הטבעת האופטית חקר נרחבת יותר נוזלי הליבה, במונחים של יכולות חישת microfluidic.
מערכות חישה כימית הדורשות נפחי מדגם קטנים בלבד, וכי ניתן לשלב את התקני כף יד או שדה מפורמטים יכולות להוביל לפיתוח של מגוון רחב של טכנולוגיות חדשות. טכנולוגיות מסוג זה יכול לכלול אבחון שדה למחלות ומזיקים, 1, 2 מזהמים סביבתיים ובטיחות מזון. 3 מספר טכנולוגיות נבדקות באופן פעיל לחיישנים כימיים microfluidic, עם מכשירים הבוסס על הפיזיקה של תהודות plasmon שטח (SPR) מהמתקדמים ביותר. 4 חיישנים אלה נמצאים כעת מסוגלים לאתר ביומולקולות ספציפית רבה וזכו להצלחה מסחרית, אם כי בעיקר כציוד מעבדה בקנה מידה גדול. 5
בשנים האחרונות, microcavities האופטי עלה להתחרות עם מערכות SPR מבוססים. Microcavities יכול להיות רגיש להפליא, עם יכולת מוכחת לגילוי וירוסים בודדים 6 ואולי אפילו היחידה ביומולקולות 7 (אשר נותר שנוי במחלוקת כלשהי, 8 אך אין ספק שמגבלות זיהוי ההמוניות הן 9 קטנים). בmicrocavities, מנגנון זיהוי מסתמך על שינויים בתהודות האופטיות הנגרמות על ידי הנוכחות של אנליטי במסגרת פרופיל השדה החשמלי של התהודה. בדרך כלל, אנליטי נתון יגרום לשינוי בתהודה בתדר מרכזי, ראות, או linewidth. כמו במערכות SPR, microcavities יכול לשמש כחיישני refractometric אינם ספציפיים, או כbiosensors פונקציונלי לניתוח ספציפי.
microstructures דיאלקטרי עם חתך עגול (למשל microspheres, דיסקים, או צילינדרים) מתאפיין בתהודות אלקטרומגנטיים המכונות מצבים לוחשים הגלריה, או WGMs, מונח שראשיתה בחקירות של הלורד Rayleigh של אפקטים אקוסטיים מקבילים. 10 בעיקרון, WGM אופטי מתרחש כאשר גל circumnavigates צלב של מעגליection ידי השתקפות מוחלטת פנימית, וחוזר לנקודת ההתחלה שלו בשלב זה. דוגמה לתהודה אלקטרומגנטית לmicrosphere סיליקה מודגמת באיור 1 א. תהודה זו מאופיינת במקסימום אחד בכיוון רדיאלי (n = 1), ואילו סך של 53 אורכי גל שיתאים סביב הקו המשווה (l = 53), רק שחלקם הראה. חלק החלוף של עוצמת השדה משתרע לתוך המדיום מחוץ לגבולות התחום, ולכן WGM microsphere יכול לחוש את המדיום החיצוני.
נימים הן דוגמה מעניינת במיוחד של חיישן WGM מבוסס. בעוד WGMs נימים, גלילי יכול להיוצר סביב החתך העגול, דומה למקרה לכדור. אם קיר הנימים דק מאוד, חלק מהשדה האלקטרומגנטי משתרע לתוך ערוץ הנימים (האיור 1b). לפיכך, נימים יכולות להיות חיישן microfluidic לanalytes הוזרק לתוך הערוץ. זה באס של מבצע של טבעת נוזלי ליבה האופטית מהוד (LCORR) 11. LCORRs להסתמך על הצימוד החולף של אור ממקור ליזר דיוק tuneable לחקור את WGMs. היבט חשוב של LCORR הוא שקירות הנימים חייבים להיות רזים (~ 1 מיקרומטר) כדי להבטיח שאת הדגימות במצב בינונית הערוץ. זה מציב כמה קשיים בייצורם וגורם להם להיות שביר מכאני.
בעבודה שלנו, פתחו מבנה חלופי שאנו מכנים microcavity ליבת ניאון (FCM). 12,13 כדי ליצור FCM, אנו מעייל קירות הערוץ של נימים עם fluorophore גבוה שבירת מדד (במיוחד, שכבה נקודתי התחמוצת סיליקון משובץ קוונטים). המדד הגבוה של הסרט נדרש להגביל את הקרינה הנפלטת, ובכך לבנות את WGMs (האיור 1 ג). בניגוד לLCORR, בFCM המצבים להופיע כmaxima חד בספקטרום נפלט פלואורסצנטי. העובי שלסרט הוא חשוב וקריטי, ואם הוא סמיך מדי WGM לא לטעום את המדיום בערוץ הנימים, ואם הוא דק מדי כליאה האופטית אבד וWGMs להיות חלש. לפיכך, הייצור של FCM הוא תהליך קשה, שדורש הכנה מדוקדקת. זה הנושא המרכזי של המאמר הנוכחי.
1. הכנה של חומרים
2. המצאה של נימים מצופות
3. אפיון
4. ניתוח נתונים
חזור על שלבים 1-7 לכל ניתוח. בעוד הליך זה נשמע מסובך, לאחר היישום לראשונה ההליך הוא פשוט לאוטומציה, כך שערכות נתונים גדולות יכולות להיות מעובד תצווינה למצוא את המשמרות. אנו משתמשים בקוד שנכתב Mathematica fo במיוחדr זה הליך, כך שערכות נתונים מלאות יכולות להיות מעובד יצווה "בלחיצת כפתור". בעיקרון, את משמרות רפאים יכולות אפילו חשבו "חיות", אף שלא עשו זאת עדיין.
סטיות קטנות בהליך ייצור הנימים יכולות להוביל לשינויים משמעותיים בשיעור הצלחת המדגם. באיור 5 (מודעה), אנו מציגים דוגמאות מייצגות של נימים נכשלו, כמו גם מוצלחת. ככלל, האינדיקציה ויזואלית של מדגם מוצלח היא פלואורסצנטי אדום בשילוב עם עצמה גבוהה בקירות הנימים ופנ...
microcavities פלורסנט ליבות יכול לשמש כחיישני refractometric. אמנם יש דוגמאות בודדות של microtubes "מגולגל" שיכול לשמש כחיישני microfluidic, 22 בהשוואה לmicrotubes, נימים תהיינה קלות יותר להשתלב setups microfluidic ויש יתרונות מעשיים רבים, שכן הם טפלו בקלות ופשוטה לממשק עם ניתוח התקנה. שימוש בשי...
אין לנו מה למסור.
מחקר זה מומן על ידי NSERC, קנדה.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
טבלה של חומרים | חברה | קטלוג # | תגובות |
סיליקה microcapillaries | |||
צינור גמיש microbore | פוליאתילן, tygon, וכו ' | ||
דביק | קמע, נועה ארצות הצפון | ||
HSQ מומס בMIBK | למשל., FOX-15 | ||
מתנול | |||
אתנול | |||
מים מזוקקים |
טבלת 1. רשימה של חומרים המשמשים.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved