Bu araştırma NSERC, Kanada tarafından finanse edildi.

1. Malzemelerinin Hazırlanması <ol><li> Mikrokapillerler ticari bir tedarikçiden silika kapiller edinin. Biz Polymicro Teknolojileri bizim kılcal satın. Daha yaygın olarak ayrılmış spektral rezonanslar için (yani daha büyük bir serbest spektral aralığı) veya daha yüksek kalite faktörleri ile daha yakından aralıklı rezonanslar için büyük bir iç çapı (~ 100 mikron) - küçük bir iç çapı (30 mikron ~ 25) seçin. Büyük bir dış çapı FCM&#39;ler dayanıklı olan ve kolayca manipüle sağlar. <ol><li> Kılcal İlk çıkarılması gerekir renkli bir Polyimide ceket ile birlikte gelir. Elmas lif cleaver kullanarak, rulodan kılcal yaklaşık 10 cm parçaları kesin. Her bir parça, tek bir örnek teşkil etmektedir. Kaplama yakmak için oksijen bir saat boyunca 650 ° C&#39;de tüp fırında bu ısıtın. Bu işlem, silis kılcal boru içine açığa kılıf malzemesi kaldırır. Oda sıcaklığına soğutulduktan sonra, capillari çıkarmakısıtma tekneyle es. </li></ol></li><li> Hidrojen silsesquioxane çözümler hidrojen silsesquioxane (HSQ) bir kafes benzeri bir yapı ile H 12 Si 8 O 12 moleküllerden meydana geldiği bildirilmektedir. 14. Bu malzeme, Dow Corning firmasından ticari olarak mevcuttur. Böyle FOx-15 olarak FOx-serisi (Akıcı oksit) çözümleri, birinde HSQ satın alın. Bu çözümler pahalı ve sınırlı bir raf ömrü var, bu yüzden dikkatli bir planlama gereklidir. MIBK çözücü buharlaştırılması ağırlığına göre yaklaşık% 18 oranında bir konsantrasyon HSQ içerir. HSQ konsantrasyonu çok düşük olduğunda, kuantum noktaları film oluşmayabilir. Bu çok yüksek ise, film kılcal kanal yüzeyinden çok kalın ve delamine olabilir. Bizim tecrübelerimize göre, 25-30 mikron iç çapı ~ 25 wt.% HSQ içeren FOx çözeltisi ile kapiler için en iyisidir. Bu nedenle, ayarlamak için daha HSQ çözücü (kuru olduğundan emin olun) buharlaşması ya da eklemek gerekli olabilirkonsantrasyon. Seyreltme veya konsantrasyon gerekli olup olmadığı deneme yanılma olmadan belirlemek zordur; aşağıda da anlatıldığı gibi yani, bazı örnekler yapmak ve sonuçlarını incelemek. </li></ol> 2. Kaplı kılcal Fabrikasyon <ol><li> Kılcal adım 1.1 hazırlanmış kılcal parçalar kopartıp FOx çözüm içine batırın Dolum. Solüsyonu kılcal (Şekil 2a) içine çekilir gibi bir kılcal solüsyona daldırılır olduğunda, görsel kanal menisküs takip etmek gerekir. <ol><li> Menisküs üst ulaştığında, kılcal çıkarın ve bir bardak tavlama pota yerleştirin. Şimdi tamamen FOx çözeltisi ile doldurulur. Başarı şansını artırmak için, mümkün olduğunca çok sayıda örnekler için bu işlemi tekrarlayın. Biz genellikle 20-30 toplu çalıştırın ve ağırlığa göre HSQ çözüm iki farklı konsantrasyonda kullanın. Biz havada kılcal doldurun, ama tutmak tMümkünse o bir glovebox soğutulmuş FOx çözüm oksijen ve su buharı çözüm maruziyeti en aza indirmek için, tavsiye edilir. Hatta küçük maruz çözeltisi jelleşme neden olabilir. </li></ol></li><li> Iki aşamalı bir süreç içinde kılcal Tavlama Tavlama. Tavlama çözücü buharlaşır ve kanal duvarlarına yapışan bir SiO x film oluşturarak, HSQ kafes yapısı çöker. Yüksek sıcaklıklarda Tavlama Si kuantum noktaları içine SiO x filmin bir matris içinde dağılmış silis disproportionates. Tavlama adımlar 30 dakika oda sıcaklığı ile 300 rampa ° C arasında, bir çözücü buharlaştırmak için 3 saat boyunca yaşamak, daha sonra 1.100, bir rampa 45 ° dak ve bir QDS çökeltmek için bir saat için aynı yerde kalma C içerir. <ol><li> Oda sıcaklığına geri (~ 12 saat) kılcal yavaş soğumasını bekleyin. Bu kılcal duvar üzerinde biriken film strese bağlı çatlama aza indirilmesine yardımcı olur. Diğer tavlama protokoller olabilirmuhtemelen takip edilmesi ve daha güvenilir olabilir, fakat yüksek bir sıcaklıkta 1.000-1.100 evre tavlama ° C sürekli QDS oluşturulması zorunlu olmaktadır. Bu adımın sonunda, bir (umutla) bir silis kaplama matris içine gömülü kanal duvarları floresan QDS bir tabaka ile 20-30 kılcal sahip olmalıdır. </li></ol></li></ol> 3. Tanımlama <ol><li> Kılcal 700-900 nm dalga boyu aralığında görüntüleme ve spektroskopi hem gerçekleştirmelisiniz monte edildiği floresan mikroskop kontrol tadabilirsiniz. Epifloresans veya konfokal kurulumları bu amaç için uygundur. Çabuk görsel analiz (Şekil 2b) için aralarında taşımak kolaydır böylece sahnede aday kılcal bir sıra yerleştirin. Ya mikroskop sahne boş bir alana veya doğrudan bir dikroik filtre kullanarak objektif lens ile mavi veya UV radyasyonu ile kılcal heyecanlandırmak ve göz mercekleri kullanarak floresan görüntü gözlemleyebilirsinizya da bir renkli kamera. <ol><li> Kılcal floresans gözlemleyin. Fabrikasyon başarılı olursa, kılcal parlak kırmızı floresan sergileyecek. Bu olumlu bir numunenin ilk belirtisidir. Genel olarak turuncu-sarı floresan (yerine QDS ilişkili kırmızı renk) sergileyen kılcal istediğiniz optik özelliklere sahip değiliz. Bu örnekler aynı zamanda, bir düşük HSQ konsantrasyon ile solüsyonlarda daha sık sık oluşturma eğilimindedir. Bazı kılcal hiç floresans gösterebilir, bu durumda QD film oluşturmak vermedi ve kılcal (cam kavuz) atılabilir. Bu çözüm, tüpün içine çizilmiş olabilir veya HSQ eksik olabilir bir göstergesidir. Son olarak, bazı örneklerde bir çatlak ya da dokulu filmi gösterebilir; bunlar da atılabilir. </li><li> Silikon QDS ve parlak kırmızı floresans özelliği göstermesi dışında bir önceki adımda belirtilen tüm örnekleri atın. </li></ol></li><li> Spektrumlar içinde WGMs varlığı spektrometrenin bir giriş açıklığının üzerine istenildiği gibi görüntü hizalanmış olduğundan emin olun ve flöresanlı bir spektrum toplamak için kontrol edin. Kabul edilebilir bir sinyal-gürültü oranı üretmek amacıyla toplama zamanı ayarlayın. Gerektiği gibi dalgaboyu ve yoğunluğunu kalibrasyonları gerçekleştirin. QD spektrumları 700 ila 900 nm dalga boyu aralığında yoğun olmalıdır. Kılcal iç duvara karşılık gelen bölgesinden alınan Spectra silindirik fısıldaşıyorsunuz galeri modları (WGMs) varlığı yüzünden güçlü osilasyonlar göstermesi gerekir, bu başarılı bir Kırılma sensör ikinci-to-geçen bir gerekliliktir. <ol><li> Bazı örnekler spektrumda parlak kırmızı QD floresans ancak eksikliği WGM salınımlar olabilir. Bu bir gösterge QD filmin optik rezonanslar yok kapiller duvarına gelen çatlak veya incelmiş olduğunu. WGMs olmadan kılcal atın. Bu noktada, sadece (tipik olarak smasensör gereksinimlerini karşılamak numunelerin ll) fraksiyonu kalır. Yapılması gereken son bir test yoktur. </li></ol></li><li> Kırılma analiz Tygon, teflon, ya da iç çap olan kılcal dış çapından biraz daha büyük olmalıdır hedeflenen analiz çözeltiler ile kimyasal olarak uyumlu başka tüp, polietilen için aday kılcal takın. Kılcal içine pompalanması için çözümler ile reaksiyona olarak değil tüp çok tercih yapılmalıdır. <ol><li> Boru kılcal cam takmak için iyi bir yapıştırıcı kullanın, aksi takdirde kılcal boru arayüzü sızdırıyor. Biz Norland NOA-76 veya Maskot anlık yapıştırıcı jel kullanılarak oldukça iyi bir başarı var. Tutkal tercih kılcal cam ve boru ve kanal sıvıları ile reaksiyon eksikliği olan yapışma bağlıdır. Kılcal kanal içine sızan ve engelleme yapışkan önlemek için dikkatli olun. </li><li> Boru ArabirimBir micropumping sistemi için bir şırınga aracılığıyla. Örneğin metanol, etanol ve su gibi iyi bilinen kırılma indisleri ile Bileşikler cihazın Kırılma duyarlılığını tespit etmek amacıyla kullanılabilir. Bu, başarılı bir sensör nihai testidir. (Şekil 2c) kılcal damar ve tüp arasındaki yapışkan mühür patlamaya dikkat ederek, kılcal içine her bir akışkan, bir defada tek bir pompalayın. </li><li> Kapiller içindeki her sıvı ile spektrumları toplayın. TE polarize WGMs (eksen kapiler analizörü paralel) ve TM-polarize WGMs (eksen kapiler analizörü dik) arasında ayrım ışık yolu bir çözümleyici kullanın. Kılcal her konuda farklı bir çözümle, WGM rezonanslar, TE veya TM birinin dalgaboyu bir değişim olmalı. Gözlenebilir bir değişim söz konusu ise, kuantum-nokta film, çok kalın ve WGMs yeterince kanal orta örnek yoktur. Başarılı örneklerde biz genellikle 5 ila 15 nm hassasiyetleri dikkatebaşına çözüm kırılma indisi ünitesi (RIU). Neredeyse gösterisi WGMs yapılacak tüm örnekleri ölçülebilir bir hassasiyet göstermek, ancak hazırlanan kılcal küçük bir kısmını genellikle yalnızca WGMs gösterecektir. </li></ol></li></ol> 4. Veri Analizi <ol><li> Floresans spektrumları da numunenin floresans spektrumu atın alma. Biosensörleme uygulamalar için, kanal spesifik yüzey analitler için fonksiyonalize edilmesi için ilk olarak bulunur. QD filmin yüzey esasen silis, pek çok yüzey modifikasyonu yapılmamış tarifleri bu yüzden. Ne olursa olsun uygulama, son adım veri işleme ve analiz olduğunu. <ol><li> Düşük tespit limitleri Sağlanması &quot;shift çözünürlük&quot; nominal spektrometre çözünürlük veya pitch daha küçük olmalıdır küçük spektral kaymalar-ideal ölçüm gerektirir. Care bu dolayı spektral işlem içinde icra edilmesi gerekmektedir. Özellikle, bir çok görüntüleme spektrometresindes spektrum CCD üzerine yatay olarak mükemmel bir şekilde tahmin olabilir; analizi arasında, örnek görüntü yarık üzerinde dikey olarak sürüklenir, böylece, eğer sahte spektral değişimler elde edilebilir. Bu olmaz sağlamak için gerekli her türlü araç kullanın, örneğin öngörülen spektrum açısını belirlemek ve düzeltmek için standart bir kalibrasyon kullanın, örnek sapma en aza indirmek ve aynı CCD piksel tüm spektrumu elde etmek için kullanılmasını sağlamak . Bir örnek spektral görüntü modları kanal duvarları karşılık gelen konumlarda güçlü osilasyonlar olarak görünür Şekil 3 &#39;de gösterilmiştir. Hayali görüntülere, çıkış 1D spektral verileri ve aşağıda açıklandığı gibi WGM vardiya eğri uydurma ve Fourier analizi gerçekleştirmek almak için bir Mathematica bilgisayar kodu (ya da grup tercih ne) kullanın. </li></ol></li><li> Eğri uydurma analitler nedeniyle küçük spektral vardiya ölçmek için WGM pik dalgaboyu belirleyin in FCM kanalı. Spektral şeklini tanımlayan bir işlev için tek bir ekran modu Fit - Bu tepe konumunu elde etmek için yaygın bir yoldur. İdeal durumda, bu bir Lorentz fonksiyonu (via dalgaboyundan sıklık birimlerinin uygun dönüşüm δλ = │-cδf / f 2 │ Burada c ışık hızıdır) olacaktır: <img src="/files/ftp_upload/50256/50256eq1.jpg" alt="Denklem 1" fo:content-width="2in" fo:src="/files/ftp_upload/50256/50256eq1highres.jpg" /> Denk. 1, A ölçekleme parametresi ve f 0 merkez frekanstır. Ne yazık ki, FCM&#39;ler ideal bir durum değildir. <ol><li> Silindirik boşluklarında WGMs yüksek frekanslarda, helezonik rezonanslarının gelişimi olasılığı nedeniyle (wavevector bir sıfır olmayan eksenel bileşeni ile WGMs) doğru eğik. 15. Lorentz nedenle tepe noktasını belirlemek için çok kötü gerçekleştirmek uyuyor. Ne yazık ki, fonksiyon inci yokturde spiral WGMs gelen örtüşen Lorentzians bir dağıtım uyacaktır. Önceki çalışmaları 16 biz çarpık Lorentz 17 daha iyi bir uyum vereceğini ileri sürdü: <img src="/files/ftp_upload/50256/50256eq2.jpg" alt="Denklem 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50256/50256eq2highres.jpg" /> Burada, a ve B parametreleri kıvrılıyor. Şekil 4, Denk görülebileceği gibi. 2 eşd göre veri için daha iyi bir uyum sağlar yapar. 1, ama ne yazık ki WGMs teorisi Fiziksel temeli yoktur. </li></ol></li><li> Fourier kayma analizi Alternatif olarak, verilerin bir ayrık Fourier dönüşümü kullanılarak işlenebilir, ve karşılık gelen faz Fourier spektrum ölçülen değişir. Tek bir keyfi WGM kullanmanın aksine olarak bu yöntem, bütün spektrum periyodu yararlanır. Bu pik dalgaboyu konumunu ölçmek, ancak bunun yerine genel bir değişim ölçer yokrasgele bir referans spektrum göre belirli bir WGM spektrum. <ol><li> Tayf kayması elde etmek için ana WGM spektral salınım için karşılık gelen yüksek güç Fourier bileşeni için faz farkı Δφ kullanın. Bu gerçek bir WGM frekans kayması karşılık gelir: hızındaki = Δφ (f max - f dak) / (2πk), burada f dak ve f max spektrumları minimum ve maksimum frekans vardır. Ancak ana bileşen kullanılırsa Bununla birlikte, çok fazla bilgi iptal edilebilir, buna ek olarak, kesme sorunları zor bir ana bileşen olduğunu belirlemek için yapabilir. Genellikle, en iyi sonuçları Fourier bileşenleri seçmek için hangi olarak biraz deneme yanılma gerektirir. </li><li> Kayması teorem yerine Fourier bileşenlerinin tüm kullanır. Buna göre, saf bir vardiya için, her bir bileşen (k orantılı kaydırılır k) bileşeni numara olmak. Diğer bir deyişle, δφ k = mk, orantı m gerçek bir kayma bir ölçüsü olduğu. Toplam frekans kayması dolayısıyla tarafından verilir: hızındaki = m (f max - f dak) / (2π). Bu Fourier bileşenlerinin bir kısmını veya tamamını için ΔΦ k faz farkı ile bir doğrusal bir uyum elde edilmesi m gerektirir. </li><li> Gerçek veriler için doğrusal bir ilişki ΔΦ k = mk düşük güç Fourier bileşenleri önemli bir etkiye sahip olabilir gürültü ve arka sinyal nedeniyle belirsizlik olacaktır. Böylece, ΔΦ k vs eğimi elde etmek için, her bir bileşen için ağırlık, gücü ile orantılı olduğu, bir ağırlıklı doğrusal uygun tavsiye k grafik. Spektrumlu ve yüksek frekansları (ikisini de kaldırmak için, önce bağlantı için ana bileşen etrafında filtre edilebilir noise) ve düşük frekanslarda (Kuplajsız floresan arka plan). Frekans Denk vardiya. 4 sonra dalgaboyu birimleri dönüştürülür. </li><li> Eğri uydurma için durum farklı olarak, bir WGM &quot;dalga boyu&quot; asla elde edilir, ancak bunun yerine bir dalga boyuna kayma rasgele bir referans spektrum göre bütün spektrum üzerinde ölçülür. Her bir spektrum analiz edilmesi için prosedür tekrar edilir. Bu prosedür için adımlar aşağıdaki gibidir: <ol><li> Sabit ücretsiz spektral aralıkta sağlamak için sıklık birimlerinin içine spektrumları dönüştürün. </li><li> Tüm vardiya ölçülecektir hangi başvuru dataset (yani ilk WGM floresans spektrumu) seçin. </li><li> Interpolate spektrumu düzgün frekans aralığı elde etmek için. 18 </li><li> Her yelpazenin güç ve faz bileşenleri elde etmek için ayrık Fourier dönüşümü gerçekleştirin. </li><li> Belirli bir WGM tüm k bileşenleri için bir faz farkı bulunspektrum için olan kayma değeri referans spektrum ile ilgili olarak tercih edilir. </li><li> Ya sadece ana Fourier bileşeni veya seçili bileşenleri için ağırlıklı lineer uyum faz farkı ile faz kayması bulun. Bu WGM spektrum ve referans spektrumu arasındaki faz farkı hızındaki veya δλ verecektir. </li><li> Spektral kaymalar (tespit limiti) içinde hataları aynı analit için tekrarlanan spektrumu toplama ile ölçülebilir. Duyarlılığında bir belirsizlik birden fazla bileşeni kullanılması durumunda, ağırlıklı doğrusal uyan içinde hata elde edilebilir. </li></ol></li></ol></li></ol> Tekrar her analiz için 1-7 adımları. Bu yordamı karmaşık görünse de, ilk uygulama sonrasında prosedürü büyük veri setleri vardiya bulmak işlenmiş toplu olabilir, böylece otomatikleştirmek için basittir. Biz özellikle fo yazılmış Mathematica kodu kullanıntam veri kümeleri &quot;bir düğmeye basarak&quot; toplu işlenmiş olabilir böylece r bu yordamı. Biz henüz bunu yapmadıysanız rağmen Prensip olarak, spektral vardiya bile, &quot;canlı&quot; hesaplanmış olabilir.

<ol>
	<li>Mairhofer, J., Roppert, K., Ertl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Systems+for+Pathogen+Sensing.">Microfluidic Systems for Pathogen Sensing.</a> A Review. Sensors. 9, 4804-4823 (2009).</li><li>Jokerst, J. J., Emory, J. M., Henry, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+microfluidics+for+environmental+analysis.">Advances in microfluidics for environmental analysis.</a> Analyst. 137, 24-34 (2012).</li><li>Neethirajan, N., Kobayashi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+for+food,+agriculture+and+biosystems+industries.">Microfluidics for food, agriculture and biosystems industries.</a> Lab on a Chip. 11, 1574-1586 (2011).</li><li>Amarie, D., Alileche, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidic+Devices+Integrating+Microcavity+Surface-Plasmon-Resonance+Sensors:+Glucose+Oxidase+Binding-Activity+Detection.">Microfluidic Devices Integrating Microcavity Surface-Plasmon-Resonance Sensors: Glucose Oxidase Binding-Activity Detection.</a> Analytical Chemistry. 82, 343-352 (2010).</li><li>Vollmer, F., Arnold, S., Keng, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+virus+detection+from+the+reactive+shift+of+a+whispering-gallery+mode.">Single virus detection from the reactive shift of a whispering-gallery mode.</a> PNAS. 105, 20701-20704 (2008).</li><li>Armani, A. M., Kulkarni, R. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-Molecule+Detection+with+Optical+Microcavities.">Single-Molecule Detection with Optical Microcavities.</a> Science. 317, 783-787 (2007).</li><li>Arnold, S., Shopova, I., Holler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering+gallery+mode+bio-sensor+for+label-free+detection+of+single+molecules:+thermo-optic+vs.+reactive+mechanism.">Whispering gallery mode bio-sensor for label-free detection of single molecules: thermo-optic vs. reactive mechanism.</a> Optics Express. 18, 281-287 (2009).</li><li>Vollmer, F., Braun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity.">Protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Applied Physics Letters. 80, 4057-4059 (2002).</li><li>Rayleigh, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+problem+of+the+whispering+gallery.">The problem of the whispering gallery.</a> Philosophical Magazine. 20, 115-120 (1910).</li><li>White, I. M., Oveys, H., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Liquid-core+optical+ring-resonator+sensors.">Liquid-core optical ring-resonator sensors.</a> Optics Letters. 9, 1319-1321 (2006).</li><li>Rodriguez, J. R., Bianucci, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering+gallery+modes+in+hollow+cylindrical+microcavities+containing+silicon+nanocrystals.">Whispering gallery modes in hollow cylindrical microcavities containing silicon nanocrystals.</a> Applied Physics Letters. 92, 131119 (2008).</li><li>Bianucci, P., Rodriguez, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering+gallery+modes+in+silicon+nanocrystal+coated+microcavities.">Whispering gallery modes in silicon nanocrystal coated microcavities.</a> Physica Status Solidi A. 206, 965 (2009).</li><li>Hessel, C. M., Henderson, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+Silsesquioxane:+A+Molecular+Precursor+for+Nanocrystalline+Si-SiO2+Composites+and+Freestanding+Hydride-Surface-Terminated+Silicon+Nanoparticles.">Hydrogen Silsesquioxane: A Molecular Precursor for Nanocrystalline Si-SiO2 Composites and Freestanding Hydride-Surface-Terminated Silicon Nanoparticles.</a> Chemistry of Materials. 18, 6139-6146 (2006).</li><li>Poon, A. W., Chang, R. K., Lock, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spiral+morphology-dependent+resonances+in+an+optical+fiber:+effects+of+fiber+tilt+and+focused+Gaussian+beam+illumination.">Spiral morphology-dependent resonances in an optical fiber: effects of fiber tilt and focused Gaussian beam illumination.</a> Opt. Lett. 23, 1105-1107 (1998).</li><li>Silverstone, J. W., McFarlane, S., Manchee, C. P. K., Meldrum, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultimate+resolution+for+sensing+with+microcavities.">Ultimate resolution for sensing with microcavities.</a> Optics Express. 20, 8284-8295 (2012).</li><li>Stancik, A. L., Brauns, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+simple+asymmetric+lineshape+for+fitting+infrared+absorption+spectra.">A simple asymmetric lineshape for fitting infrared absorption spectra.</a> Vibrational Spectroscopy. 47, 66-69 (2008).</li><li>Lomb, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Least-squares+frequency+analysis+of+unequally+spaced+data.">Least-squares frequency analysis of unequally spaced data.</a> Astrophysics and Space Science. 39, 447-462 (1976).</li><li>Scott, R. P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+thermodynamic+properties+of+methanol-water+association+and+its+effect+on+solute+retention+in+liquid+chromatography.">The thermodynamic properties of methanol-water association and its effect on solute retention in liquid chromatography.</a> Analyst. 125, 1543-1547 (2000).</li><li>Manchee, C. P. K., Zamora, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refractometric+sensing+with+fluorescent-core+microcavities.">Refractometric sensing with fluorescent-core microcavities.</a> Optics Express. 19, 21540-21551 (2011).</li><li>Teraoka, I., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+Sensitivity+of+a+Whispering+Gallery+Mode+Microsphere+Sensor+by+a+High-Refractive+Index+Surface.">Enhancing Sensitivity of a Whispering Gallery Mode Microsphere Sensor by a High-Refractive Index Surface.</a> Layer. J. Opt. Soc. Am. B. 23, 1434-1441 (2006).</li><li>Huang, G., Bolanos Quinones, V. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rolled-up+optical+microcavities+with+subwavelength+wall+thicknesses+for+enhanced+liquid+sensing+applications.">Rolled-up optical microcavities with subwavelength wall thicknesses for enhanced liquid sensing applications.</a> ACS Nano. 4, 3123-3130 (2010).</li><li>Fan, X. D., White, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Overview+of+novel+integrated+optical+ring+resonator+bio/chemical+sensors.">Overview of novel integrated optical ring resonator bio/chemical sensors.</a> Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 6452, M4520-M4520 (2007).</li><li>White, I. M., Zhu, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refractometric+sensors+for+lab-on-a-chip+based+on+optical+ring+resonators.">Refractometric sensors for lab-on-a-chip based on optical ring resonators.</a> IEEE Sensors J. 7, 28-35 (2007).</li><li>Li, H., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+sensing+capability+of+optofluidic+ring+resonator+biosensors.">Characterization of sensing capability of optofluidic ring resonator biosensors.</a> Applied Physics Letters. 97, 011105 (2010).</li><li>Zamora, V., D&#237;ez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Refractometric+sensor+based+on+whispering+gallery+modes+of+thin+capillaries.">Refractometric sensor based on whispering gallery modes of thin capillaries.</a> Optics Express. 15, 12011-12016 (2007).</li><li>Suter, J. D., White, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+quantitative+DNA+detection+using+the+liquid+core+optical+ring+resonator.">Label-free quantitative DNA detection using the liquid core optical ring resonator.</a> Biosensors and Bioelectronics. 23, 1003-1009 (2008).</li><li>White, I. M., Oveys, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+multiplexed+biosensors+based+on+liquid+core+optical+ring+resonators+and+antiresonant+reflecting+optical+waveguides.">Integrated multiplexed biosensors based on liquid core optical ring resonators and antiresonant reflecting optical waveguides.</a> Applied Physics Letters. 89, 191106 (2006).</li><li>Yang, G., White, I. M., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+opto-fluidic+ring+resonator+biosensor+for+the+detection+of+organophosphorus+pesticides.">An opto-fluidic ring resonator biosensor for the detection of organophosphorus pesticides.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 133, 105-112 (2008).</li><li>Zhu, H., Dale, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+and+Label-Free+Detection+of+Breast+Cancer+Biomarker+CA15-3+in+Clinical+Human+Serum+Samples+with+Optofluidic+Ring+Resonator+Sensors.">Rapid and Label-Free Detection of Breast Cancer Biomarker CA15-3 in Clinical Human Serum Samples with Optofluidic Ring Resonator Sensors.</a> Anal. Chem. 81, 9858-9865 (2009).</li><li>Redding, B., Marchena, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+raised-microdisk+whispering-gallery-mode+characterization+techniques.">Comparison of raised-microdisk whispering-gallery-mode characterization techniques.</a> Optics Letters. 35, 998-1000 (2010).</li></ol>

Biz ifşa etmek başka bir şey var.

Floresan-çekirdek mikro kavitasyonlar Kırılma sensörler olarak kullanılabilir. Mikroakışkan sensörleri, mikrotüpler kıyasla 22 olarak hareket olabilir &quot;sıvamış&quot; mikrotüpler izole örnekler varken onlar kolayca bir analizi ile ele ve arayüzü basit olduğundan, kılcal, mikroakışkan kurulumları entegre ve önemli pratik avantajlara sahip daha kolay olacak Kur. Fourier analizi geleneksel yöntemleri kullanarak, spektroskopi sistemin adım büyüklük sırası daha küçük, en az bir...

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&gt; 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 &#39;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.

<table border="1"><tbody><tr><td> Malzeme Tablo </td><td> Şirket </td><td> # Katalog </td><td> Yorumlar </td></tr><tr><td> silika mikrokapilerler </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Esnek microbore boru </td><td></td><td></td><td> polietilen, Tygon, vs </td></tr><tr><td> yapıştırıcı </td><td> Maskot, Norland NOA </td><td></td><td></td></tr><tr><td> HSQ MIBK içinde çözülmüş </td><td></td><td></td><td> örn., FOx-15 </td></tr><tr><td> metanol </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> etanol </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> distile su </td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table> Kullanılan malzeme Tablo 1. Listesi.

synthesis and operation of fluorescent-core microcavities for refractometric sensing

Bu kağıt bir mikroakışkan analiz setup çalışabilir floresan çekirdek microcavity tabanlı sensörler anlatılır. Bu yapılar, bir geleneksel microcapillary bir kanal yüzeyi üzerinde bir floresan kuantum-nokta (QD) kaplama oluşumu dayanmaktadır. Silikon QDS nedeniyle bunların göz ardı edilebilir toksisitesi ile kısmen yasal bir çok ülkede madde kontrol edilir II-VI ve II-VI bileşiği QDS ile karşılaştırıldığında, bu uygulama için özellikle ilgi çekicidir. Topluluk emisyon spektrumunu, bir kılcal ® film içinde sıkışmış ışık için rezonanslar karşılık gelen elektromanyetik spektrum floresan, keskin, dar zirveleri bir dizi kanal duvarı üzerinde bir Si-QD filmin geniş ve şekilsiz iken. Bu rezonanslarının zirve dalga boyu ve böylece QDS analit ile fiziksel temas içinde olan hiç bir Kırılma sensörü olarak işlev cihaz müsait olduğunda, dış ortam duyarlıdır. Deneyselfloresan çekirdekli mikrokapilerler üretim ile ilişkili yöntemleri de analiz yöntemleri olarak, ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Son olarak, bir karşılaştırma mikroakışkan algılama yetenekleri açısından, bu yapılar ve daha yoğun araştırma konusu sıvı çekirdek optik halka rezonatörü arasında yapılır.

Kılcal imalat prosedürü Küçük sapmalar örnek başarı oranı önemli değişikliklere yol açabilir. Şekil 5, (AD), başarız kılcal temsili örnekleri hem de başarılı bir göstermektedir. Genellikle, başarılı bir örnek görsel gösterge kapiller duvarları bir yüksek yoğunluklu ve özelliksiz bir iç ile birlikte kırmızı floresans olduğunu. Floresans spektrumu da açıkça başarı ve başarısızlık (Şekil 5e) arasındaki farkı gösterir. İyi bir örnek spekt...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing at JoVE.com

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

Floresan çekirdekli microcavity sensörler silika mikrokapilerler kanal yüksek indeks kuantum nokta kaplama kullanır. Kılcal kanal neden içine pompalanan akışkan kırılma indisi değişiklikler kanal orta analiz etmek için de kullanılabilir microcavity floresan spektrum içinde kayar.

Refraktometrik Algılama Floresan çekirdekli mikro kavitasyonlar sentezi ve İşletilmesi

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

synthesis-operation-fluorescent-core-microcavities-for-refractometric

Research

JoVE Journal

Engineering

12.8K Görüntüleme.  University of Alberta. Floresan çekirdekli microcavity sensörler silika mikrokapilerler kanal yüksek indeks kuantum nokta kaplama kullanır. Kılcal kanal neden içine pompalanan akışkan kırılma indisi değişiklikler kanal orta analiz etmek için de kullanılabilir microcavity floresan spektrum içinde kayar.

Video: Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

Terahertz Microfluidic Sensing Using a Parallel-plate Waveguide Sensor

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic samples with a wide range of possible sensor designs such as interferometers and resonators 1,2. Most of the existing RI sensing applications focus on biological materials in aqueous solutions in visible and IR frequencies, such as DNA hybridization and genome sequencing. At terahertz frequencies, applications include quality control, monitoring of industrial processes and sensing and detection applications involving nonpolar materials.
Several potential designs for refractive index sensors in the terahertz regime exist, including photonic crystal waveguides 3, asymmetric split-ring resonators 4, and photonic band gap structures integrated into parallel-plate waveguides 5. Many of these designs are based on optical resonators such as rings or cavities. The resonant frequencies of these structures are dependent on the refractive index of the material in or around the resonator. By monitoring the shifts in resonant frequency the refractive index of a sample can be accurately measured and this in turn can be used to identify a material, monitor contamination or dilution, etc.
The sensor design we use here is based on a simple parallel-plate waveguide 6,7. A rectangular groove machined into one face acts as a resonant cavity (Figures 1 and 2). When terahertz radiation is coupled into the waveguide and propagates in the lowest-order transverse-electric (TE1) mode, the result is a single strong resonant feature with a tunable resonant frequency that is dependent on the geometry of the groove 6,8. This groove can be filled with nonpolar liquid microfluidic samples which cause a shift in the observed resonant frequency that depends on the amount of liquid in the groove and its refractive index 9.
Our technique has an advantage over other terahertz techniques in its simplicity, both in fabrication and implementation, since the procedure can be accomplished with standard laboratory equipment without the need for a clean room or any special fabrication or experimental techniques. It can also be easily expanded to multichannel operation by the incorporation of multiple grooves 10. In this video we will describe our complete experimental procedure, from the design of the sensor to the data analysis and determination of the sample refractive index.

The procedure for implementing a refractive index sensor for terahertz frequencies based on a grooved parallel-plate waveguide geometry is described here. The method yields a measurement of the refractive index of a small volume of liquid through monitoring of the shift in the resonant frequency of the waveguide structure

Paralel plaka Waveguide Sensor Kullanımı Terahertz Mikroakışkan Algılama

Refractive index (RI) sensing is a powerful noninvasive and label-free sensing technique for the identification, detection and monitoring of microfluidic ...

Mühendislik

Fabrication, Operation and Flow Visualization in Surface-acoustic-wave-driven Acoustic-counterflow Microfluidics

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we present the fabrication protocol for a multilayered SAW acoustic counterflow device. The device is fabricated starting from a lithium niobate (LN) substrate onto which two interdigital transducers (IDTs) and appropriate markers are patterned. A polydimethylsiloxane (PDMS) channel cast on an SU8 master mold is finally bonded on the patterned substrate. Following the fabrication procedure, we show the techniques that allow the characterization and operation of the acoustic counterflow device in order to pump fluids through the PDMS channel grid. We finally present the procedure to visualize liquid flow in the channels. The protocol is used to show on-chip fluid pumping under different flow regimes such as laminar flow and more complicated dynamics characterized by vortices and particle accumulation domains.

In this video we first describe fabrication and operation procedures of a surface acoustic wave (SAW) acoustic counterflow device. We then demonstrate an experimental setup that allows for both qualitative flow visualization and quantitative analysis of complex flows within the SAW pumping device.

Yüzey-akustik dalga odaklı Akustik-ters akışlı Mikroakiskan Fabrikasyon, İşletme ve Akış Görselleştirme

Surface acoustic waves (SAWs) can be used to drive liquids in portable microfluidic chips via the acoustic counterflow phenomenon. In this video we ...

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Bir Nano-Optik Konveyör Bant imalatı ve İşletilmesi

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Fabrication and Operation of Acoustofluidic Devices Supporting Bulk Acoustic Standing Waves for Sheathless Focusing of Particles

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must be smaller than the incident wavelength of sound and the width of the fluidic channels are typically tens to hundreds of micrometers across, acoustofluidic devices typically use ultrasonic waves generated from a piezoelectric transducer pulsating at high frequencies (in the megahertz range). At characteristic frequencies that depend on the geometry of the device, it is possible to induce the formation of standing waves that can focus particles along desired fluidic streamlines within a bulk flow. Here, we describe a method for the fabrication of acoustophoretic devices from common materials and clean room equipment. We show representative results for the focusing of particles with positive or negative acoustic contrast factors, which move towards the pressure nodes or antinodes of the standing waves, respectively. These devices offer enormous practical utility for precisely positioning large numbers of microscopic entities (e.g., cells) in stationary or flowing fluids for applications ranging from cytometry to assembly.

Acoustofluidic devices use ultrasonic waves within microfluidic channels to manipulate, concentrate and isolate suspended micro and nanoscopic entities. This protocol describes the fabrication and operation of such a device supporting bulk acoustic standing waves to focus particles in a central streamline without the aid of sheath fluids.

Fabrikasyon ve Acoustofluidic Cihazlarının Çalışma Parçacıkların yoğunlaşırken Sheathless için Toplu Akustik Daimi Dalgalar desteklenmesi

Acoustophoresis refers to the displacement of suspended objects in response to directional forces from sound energy. Given that the suspended objects must ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

Plazmonik ve Nanofotonik for Applications Nanopatch Antenlerin Kolloidal Sentezi

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode scanners. In classical optics, the intensity that can be brought to bear on a remote target is limited by the spot size of the laser at the distance of the target. This spot size has a lower bound determined by the diffraction limit of classical optics. However, amplified femtosecond laser pulses generate intensity sufficient to modify the refractive index of the ambient air and undergo self-focusing. This self-focusing effect leads to the generation of highly intense laser filaments which maintain their intensity and small sub-millimeter diameter size at distances well beyond the classical Rayleigh length. Such intensity provides the capability of remote scanning, imaging, sensing, and spectroscopy with enhanced spatial resolution. We describe a technique for generating filaments with a femtosecond regenerative chirped-pulse amplifier, and for using the resulting filament to conduct imaging and spectroscopic measurements at remote distances of at least several meters.

High-intensity femtosecond pulses of laser light can undergo cycles of Kerr self-focusing and plasma defocusing, propagating an intense sub-millimeter-diameter beam over long distances. We describe a technique for generating and using these filaments to perform remote imaging and sensing beyond the classical diffraction limits of linear optics.

Femtosecond lazer filamentler alt Diffraction sınırlı görüntüleme ve Uzaktan algılama kullanmak için

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

Infrared Degenerate Four-wave Mixing with Upconversion Detection for Quantitative Gas Sensing

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species in the ppm-to-single-percent range. The main purpose of the method is the spatially resolved detection of low-concentration species, which have no transitions in the visible or near-IR spectral range that could be used for detection. IR-DFWM is a nonintrusive method, which is a great advantage in combustion research, as inserting a probe into a flame can change it drastically. The IR-DFWM is combined with upconversion detection. This detection scheme uses sum-frequency generation to move the IR-DFWM signal from the mid-IR to the near-IR region, to take advantage of the superior noise characteristics of silicon-based detectors. This process also rejects most of the thermal background radiation. The focus of the protocol presented here is on the proper alignment of the IR-DFWM optics and on how to align an intracavity upconversion detection system.

Here, we present a protocol to perform sensitive, spatially resolved gas spectroscopy in the mid-infrared region, using degenerate four-wave mixing combined with upconversion detection.

Kızılötesi dejenere dört-dalga ile kantitatif gaz algılama için Upconversion algılama karıştırma

We present a protocol for performing gas spectroscopy using infrared degenerated four-wave mixing (IR-DFWM), for the quantitative detection of gas species ...

Synthesis, Functionalization, and Characterization of Fusogenic Porous Silicon Nanoparticles for Oligonucleotide Delivery

With the advent of gene therapy, the development of an effective in vivo nucleotide-payload delivery system has become of parallel import. Fusogenic porous silicon nanoparticles (F-pSiNPs) have recently demonstrated high in vivo gene silencing efficacy due to its high oligonucleotide loading capacity and unique cellular uptake pathway that avoids endocytosis. The synthesis of F-pSiNPs is a multi-step process that includes: (1) loading and sealing of oligonucleotide payloads in the silicon pores; (2) simultaneous coating and sizing of fusogenic lipids around the porous silicon cores; and (3) conjugation of targeting peptides and washing to remove excess oligonucleotide, silicon debris, and peptide. The particle&#8217;s size uniformity is characterized by dynamic light scattering, and its core-shell structure may be verified by transmission electron microscopy. The fusogenic uptake is validated by loading a lipophilic dye, 1,1&#39;-dioctadecyl-3,3,3&#39;,3&#39;-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DiI), into the fusogenic lipid bilayer and treating it to cells in vitro to observe for plasma membrane staining versus endocytic localizations. The targeting and in vivo gene silencing efficacies were previously quantified in a mouse model of Staphylococcus aureus pneumonia, in which the targeting peptide is expected to help the F-pSiNPs to home to the site of infection. Beyond its application in S. aureus infection, the F-pSiNP system may be used to deliver any oligonucleotide for gene therapy of a wide range of diseases, including viral infections, cancer, and autoimmune diseases.

We demonstrate the synthesis of fusogenic porous silicon nanoparticles for effective in vitro and in vivo oligonucleotide delivery. Porous silicon nanoparticles are loaded with siRNA to form the core, which is coated by fusogenic lipids through extrusion to form the shell. Targeting moiety functionalization and particle characterization are included.

Functionalization, malzemelerin ve Fusogenic gözenekli Silisyum nano tanecikleri'Oligonükleotid dır

With the advent of gene therapy, the development of an effective in vivo nucleotide-payload delivery system has become of parallel import. Fusogenic ...

Robotic Sensing and Stimuli Provision for Guided Plant Growth

Robot systems are actively researched for manipulation of natural plants, typically restricted to agricultural automation activities such as harvest, irrigation, and mechanical weed control. Extending this research, we introduce here a novel methodology to manipulate the directional growth of plants via their natural mechanisms for signaling and hormone distribution. An effective methodology of robotic stimuli provision can open up possibilities for new experimentation with later developmental phases in plants, or for new biotechnology applications such as shaping plants for green walls. Interaction with plants presents several robotic challenges, including short-range sensing of small and variable plant organs, and the controlled actuation of plant responses that are impacted by the environment in addition to the provided stimuli. In order to steer plant growth, we develop a group of immobile robots with sensors to detect the proximity of growing tips, and with diodes to provide light stimuli that actuate phototropism. The robots are tested with the climbing common bean, Phaseolus vulgaris, in experiments having durations up to five weeks in a controlled environment. With robots sequentially emitting blue light-peak emission at wavelength 465 nm-plant growth is successfully steered through successive binary decisions along mechanical supports to reach target positions. Growth patterns are tested in a setup up to 180 cm in height, with plant stems grown up to roughly 250 cm in cumulative length over a period of approximately seven weeks. The robots coordinate themselves and operate fully autonomously. They detect approaching plant tips by infrared proximity sensors and communicate via radio to switch between blue light stimuli and dormant status, as required. Overall, the obtained results support the effectiveness of combining robot and plant experiment methodologies, for the study of potentially complex interactions between natural and engineered autonomous systems.

Distributed robot nodes provide sequences of blue light stimuli to steer the growth trajectories of climbing plants. By activating natural phototropism, the robots guide the plants through binary left-right decisions, growing them into predefined patterns that by contrast are not possible when the robots are dormant.

Güdümlü bitki büyümesi için robotik algılama ve stimuli hükmü

Robot systems are actively researched for manipulation of natural plants, typically restricted to agricultural automation activities such as harvest, ...

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing (CCM) System

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of workers than the traditional manual fiber placement does. Thus, the production accuracy, repeatability and efficiency of composite manufacturing are significantly improved. However, the current AFP systems can only produce the composite components with large open surface or simple revolution parts, which cannot meet the growing interest in small complex or closed structures from industry.
In this research, by employing a 1-degree of freedom (DoF) rotational stage, a 6-RSS parallel robot, and a 6-DoF serial robot, the dexterity of the AFP system can be significantly improved for manufacturing complex composite parts. The rotational stage mounted on the parallel robot is utilized to hold the mandrel and the serial robot carries the placement head to mimic two human hands that have enough dexterity to lay the fiber to the mandrel with complex contour.
Although the CCM system increases the flexibility of composite manufacturing, it is quite time-consuming or even impossible to generate the feasible off-line path, which ensures uniform lay-up of subsequent fibers considering the constraints like singularities, collisions between the fiber placement head and mandrel, smooth fiber direction change and keeping the fiber placement head along the norm of the part&#39;s surface, etc. Moreover, due to the existing positioning error of the robots, the on-line path correction is needed. Therefore, the on-line pose correction algorithm is proposed to correct the paths of both parallel and serial robots, and to keep the relative path between the two robots unchanged through the visual feedback when the constraint or singularity problems in the off-line path planning occur. The experimental results demonstrate the designed CCM system can fulfill the movement needed for manufacturing a composite structure with Y-shape.

Operation of the Collaborative Composite Manufacturing CCM System

A collaborative composite manufacturing system is developed for robotic lay-up of composite laminates using the prepreg tape. The proposed system allows the production of composite laminates with high levels of geometrical complexity. The issues in the path planning, coordination of the robots and control are addressed in the proposed method.

İşbirlikçi Kompozit Üretim (CCM) Sisteminin İşleyişi

The automated tape placement and the automated fiber placement (AFP) machines provide a safer working environment and reduce the labor intensity of ...