Synthese und Betrieb von Leuchtstofflampen-core Mikrokavitäten für Refraktometrische Sensing
Summary
Fluoreszenzlichtbild-Kern Mikrokavität Sensoren verwenden eine hochbrechende Quantenpunkt-Beschichtung in dem Kanal von Siliciumdioxid Mikrokapillaren. Änderungen im Brechungsindex der Flüssigkeit in den kapillaren Kanal gepumpt verschiebt Ursache in der Mikrokavität Fluoreszenzspektrum, mit dem der Kanal Medium analysiert werden können.
Abstract
Dieses Papier diskutiert fluoreszierenden Kern Mikroresonator-basierte Sensoren, die in einem mikrofluidischen Analyse Setup bedienen können. Diese Strukturen werden auf der Bildung eines fluoreszierenden Quantenpunkt-(QD) Beschichtung auf der Kanaloberfläche eines herkömmlichen Mikrokapillare basiert. Silicon QDs sind besonders attraktiv für diese Anwendung, was zum Teil auf ihre vernachlässigbare Toxizität der II-VI-und II-VI-Verbindung QDs, die legislativ Substanzen sind in vielen Ländern kontrolliert verglichen. Während das Ensemble Emissionsspektrum ist breit und konturlose, einem Si-QD Film auf der Wand eines Kanals Kapillare besitzt eine Reihe von scharfen, schmalen Peaks im Fluoreszenzspektrum, entsprechend den elektromagnetischen Signale für Licht innerhalb des Films eingeschlossen ist. Die Peakwellenlänge dieser Resonanzen ist empfindlich gegenüber äußeren Mediums, wodurch eine das Gerät als refraktometrische Sensor, bei dem die Quantenpunkte nie in physischen Kontakt mit dem Analyten kommen funktionieren. Die experimentelleMethoden mit der Herstellung der Fluoreszenz-Core Mikrokapillaren assoziiert werden ausführlich diskutiert, sowie die Analysemethoden. Schließlich wird ein Vergleich zwischen diesen Strukturen und den weiter verbreiteten untersuchten flüssigen Kern-optischen Ringresonatoren hergestellt, ausgedrückt als mikrofluidische Sensing-Funktionen.
Introduction
Chemische sensing-Systeme, die nur kleine Probenvolumina erfordern und kann in der Hand gehalten oder Feld betätigbaren Vorrichtungen eingebaut werden könnte, um die Entwicklung einer Vielzahl von neuen Technologien. Solche Technologien könnte Feldes Diagnose für Krankheiten und Schädlinge, 1 Umweltschadstoffe, 2 und Lebensmittelsicherheit gehören. 3 Mehrere Technologien werden aktiv für mikrofluidische chemische Sensoren erforscht, mit Geräten zur Physik der Oberflächen-Plasmon-Resonanzen (SPR) zu den modernsten basiert. 4 Diese Sensoren sind jetzt zum Aufspüren von vielen Biomolekülen und erreicht haben, kommerziellen Erfolg, obwohl vor allem in größerem Maßstab Laborgeräte. 5
In den letzten Jahren sind optische Mikroresonatoren gestiegen, um mit SPR-basierten Systemen konkurrieren. Mikrokavitäten können erstaunlich sensibel, mit nachgewiesener Fähigkeit zur Erkennung einzelner Viren 6 und vielleicht sogar einzelne Biomoleküle <sup> 7 (letzteres bleibt das Thema von einigen Debatte, 8 aber es gibt keinen Zweifel, dass die Masse Nachweisgrenzen kleinen 9 sind). In Mikrokavitäten stützt sich der Erfassungsmechanismus auf Änderungen der optischen Resonanzen durch die Anwesenheit eines Analyten innerhalb des elektrischen Feldes Profil der Resonanz verursacht. Typischerweise wird ein gegebenen Analyten bewirken, dass die Resonanz in der zentralen Frequenz, Sichtbarkeit oder Linienbreite zu verändern. Wie bei SPR-Systemen können Mikrohohlräume als unspezifische refraktometrische Sensoren handeln, oder als Biosensoren für eine bestimmte Analyse funktionalisiert.
Dielektrische Mikrostrukturen mit einem kreisförmigen Querschnitt (z. B. Mikrosphären, Scheiben oder Zylinder) durch elektromagnetische Resonanzen, wie die Flüstergangmoden Modi oder WGMs, ein Begriff aus dem Rayleigh-Untersuchungen von analogen akustischen Wirkung bekannt ist. 10 Wesentlichen eine optische WGM tritt auf, wenn eine Welle umrundet den kreisförmigen Querschnitt sbschnitt durch Totalreflexion, und kehrt zu seinem Ausgangspunkt in Phase. Ein Beispiel für eine elektromagnetische Resonanz für eine Silica-Mikrokugel ist in 1a veranschaulicht. Diese Resonanz von einer maximalen in radialer Richtung (n = 1) ist dadurch gekennzeichnet, während insgesamt 53 Wellenlängen um den Äquator (l = 53) passen, werden von denen nur einige dargestellt. Die evaneszenten Teil des Feldintensität erstreckt sich in dem Medium außerhalb der Kugel Grenze; somit die Mikrokugel WGM enthaltene externen Medium zu erfassen.
Kapillaren sind ein besonders interessantes Beispiel für eine WGM-basierten Sensor. In einer Kapillare, zylindrischen WGMs kann um den kreisförmigen Querschnitt zu bilden, ähnlich zu dem Fall für eine Kugel. Wenn der Kapillarwand ist sehr dünn, erstreckt Teil des elektromagnetischen Feldes in den Kapillarkanal (Abb. 1b). Somit kann eine Kapillare eine mikrofluidische Sensor zum Analyten in den Kanal injiziert werden. Dies ist der basis Arbeitsweise des flüssigen Kern optischen Ringresonator (LCORR). LCORRs 11 setzen auf der evaneszenten Kopplung von Licht von einer Präzision abstimmbare Laserquelle, die WGMs sondieren. Ein wichtiger Aspekt der LCORR ist, dass die Kapillarwände muss dünn (ca. 1 um), um sicherzustellen, dass die Proben-Modus der Kanal Medium. Dies stellt einige Schwierigkeiten auf ihrer Herstellung und bewirkt, dass sie mechanisch empfindlich.
In unserer Arbeit haben wir einen alternativen Aufbau einer so genannten fluoreszierenden Kern Mikrokavität (FCM) entwickelt. 12,13 Um ein FCM bilden, beschichten wir die Kanalwände einer Kapillare mit einem hohen Brechungsindex Fluorophor (speziell eine Schicht aus Oxid-Embedded Silizium-Quantenpunkten). Die hohen Index des Films ist erforderlich, um die emittierte Strahlung zu beschränken, damit den Aufbau der WGMs (Abbildung 1c). Im Gegensatz zu der LCORR in einem FCM die Modi als scharfe Maxima in einer emittierten Fluoreszenzspektrum. Die Dicke derFilm ist von entscheidender Bedeutung, wenn sie zu dick ist die WGM nicht Abtasten des Mediums in den Kapillarkanal, und wenn sie zu dünn ist die optische Begrenzung verloren geht und die WGMs schwach werden. Somit ist die Herstellung eines FCM ein schwieriger Prozess, erfordern eine sorgfältige Vorbereitung. Dies ist das zentrale Thema der aktuellen Papier.
Protocol
Representative Results
Discussion
Fluorescent-core Mikrokavitäten können als refraktometrische Sensoren verwendet werden. Während es vereinzelte Beispiele von "gerollt", die als Reaktionsgefässe mikrofluidische Sensoren, 22 im Vergleich zum Mikrogefäß wirken könnten, werden Kapillaren leichter in mikrofluidische Setups integrieren und erhebliche praktische Vorteile, da sie leicht und einfach zu handhaben Schnittstelle mit einer Analyse Setup. Verwendung herkömmlicher Fourieranalyse Methoden kann Wellenlängenverschiebungen, …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von NSERC, Kanada finanziert.
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
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