Refraktometrik Algılama Floresan çekirdekli mikro kavitasyonlar sentezi ve İşletilmesi
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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.
Protocol
Representative Results
Discussion
Floresan-çekirdek mikro kavitasyonlar Kırılma sensörler olarak kullanılabilir. Mikroakışkan sensörleri, mikrotüpler kıyasla 22 olarak hareket olabilir "sıvamış" 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…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Bu araştırma NSERC, Kanada tarafından finanse edildi.
Materials
| Table of Materials | Company | Catalog # | Comments |
| silica microcapillaries | |||
| flexible microbore tubing | polyethylene, tygon, etc | ||
| adhesive | Mascot, Norland NOA | ||
| HSQ dissolved in MIBK | e.g., FOx-15 | ||
| methanol | |||
| ethanol | |||
| distilled water |
Table 1. List of materials used.
References
- Mairhofer, J., Roppert, K., Ertl, P. Microfluidic Systems for Pathogen Sensing. A Review. Sensors. 9, 4804-4823 (2009).
- Jokerst, J. J., Emory, J. M., Henry, C. S. Advances in microfluidics for environmental analysis. Analyst. 137, 24-34 (2012).
- Neethirajan, N., Kobayashi, K., et al. Microfluidics for food, agriculture and biosystems industries. Lab on a Chip. 11, 1574-1586 (2011).
- Amarie, D., Alileche, A., et al. Microfluidic Devices Integrating Microcavity Surface-Plasmon-Resonance Sensors: Glucose Oxidase Binding-Activity Detection. Analytical Chemistry. 82, 343-352 (2010).
- Vollmer, F., Arnold, S., Keng, D. Single virus detection from the reactive shift of a whispering-gallery mode. PNAS. 105, 20701-20704 (2008).
- Armani, A. M., Kulkarni, R. P., et al. Single-Molecule Detection with Optical Microcavities. Science. 317, 783-787 (2007).
- Arnold, S., Shopova, I., Holler, S. Whispering gallery mode bio-sensor for label-free detection of single molecules: thermo-optic vs. reactive mechanism. Optics Express. 18, 281-287 (2009).
- Vollmer, F., Braun, D., et al. Protein detection by optical shift of a resonant microcavity. Applied Physics Letters. 80, 4057-4059 (2002).
- Rayleigh, L. The problem of the whispering gallery. Philosophical Magazine. 20, 115-120 (1910).
- White, I. M., Oveys, H., Fan, X. Liquid-core optical ring-resonator sensors. Optics Letters. 9, 1319-1321 (2006).
- Rodriguez, J. R., Bianucci, P., et al. Whispering gallery modes in hollow cylindrical microcavities containing silicon nanocrystals. Applied Physics Letters. 92, 131119 (2008).
- Bianucci, P., Rodriguez, J. R., et al. Whispering gallery modes in silicon nanocrystal coated microcavities. Physica Status Solidi A. 206, 965 (2009).
- Hessel, C. M., Henderson, E. J., et al. Hydrogen Silsesquioxane: A Molecular Precursor for Nanocrystalline Si-SiO2 Composites and Freestanding Hydride-Surface-Terminated Silicon Nanoparticles. Chemistry of Materials. 18, 6139-6146 (2006).
- Poon, A. W., Chang, R. K., Lock, J. A. Spiral morphology-dependent resonances in an optical fiber: effects of fiber tilt and focused Gaussian beam illumination. Opt. Lett. 23, 1105-1107 (1998).
- Silverstone, J. W., McFarlane, S., Manchee, C. P. K., Meldrum, A. Ultimate resolution for sensing with microcavities. Optics Express. 20, 8284-8295 (2012).
- Stancik, A. L., Brauns, E. B. A simple asymmetric lineshape for fitting infrared absorption spectra. Vibrational Spectroscopy. 47, 66-69 (2008).
- Lomb, N. R. Least-squares frequency analysis of unequally spaced data. Astrophysics and Space Science. 39, 447-462 (1976).
- Scott, R. P. W. The thermodynamic properties of methanol-water association and its effect on solute retention in liquid chromatography. Analyst. 125, 1543-1547 (2000).
- Manchee, C. P. K., Zamora, V., et al. Refractometric sensing with fluorescent-core microcavities. Optics Express. 19, 21540-21551 (2011).
- Teraoka, I., Arnold, S. Enhancing Sensitivity of a Whispering Gallery Mode Microsphere Sensor by a High-Refractive Index Surface. Layer. J. Opt. Soc. Am. B. 23, 1434-1441 (2006).
- Huang, G., Bolanos Quinones, V. A., et al. Rolled-up optical microcavities with subwavelength wall thicknesses for enhanced liquid sensing applications. ACS Nano. 4, 3123-3130 (2010).
- Fan, X. D., White, I. M., et al. Overview of novel integrated optical ring resonator bio/chemical sensors. Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 6452, M4520-M4520 (2007).
- White, I. M., Zhu, , et al. Refractometric sensors for lab-on-a-chip based on optical ring resonators. IEEE Sensors J. 7, 28-35 (2007).
- Li, H., Fan, X. Characterization of sensing capability of optofluidic ring resonator biosensors. Applied Physics Letters. 97, 011105 (2010).
- Zamora, V., Díez, A., et al. Refractometric sensor based on whispering gallery modes of thin capillaries. Optics Express. 15, 12011-12016 (2007).
- Suter, J. D., White, I. M., et al. Label-free quantitative DNA detection using the liquid core optical ring resonator. Biosensors and Bioelectronics. 23, 1003-1009 (2008).
- White, I. M., Oveys, H., et al. Integrated multiplexed biosensors based on liquid core optical ring resonators and antiresonant reflecting optical waveguides. Applied Physics Letters. 89, 191106 (2006).
- Yang, G., White, I. M., Fan, X. An opto-fluidic ring resonator biosensor for the detection of organophosphorus pesticides. Sensors and Actuators B: Chemical. 133, 105-112 (2008).
- Zhu, H., Dale, P. S. Rapid and Label-Free Detection of Breast Cancer Biomarker CA15-3 in Clinical Human Serum Samples with Optofluidic Ring Resonator Sensors. Anal. Chem. 81, 9858-9865 (2009).
- Redding, B., Marchena, E., et al. Comparison of raised-microdisk whispering-gallery-mode characterization techniques. Optics Letters. 35, 998-1000 (2010).
