折光传感荧光芯微腔的合成和操作

Summary

荧光核微腔传感器采用了高折射率的量子点的涂层，在通道中的二氧化硅microcapillaries。进入毛细通道事业泵送的流体的折射率变化中的微腔的荧光光谱，可用于分析的信道介质，转移。

Abstract

本文讨论了荧光核心微腔为基础的传感器，可以工作在微流控分析设置。这些结构的基础上形成的荧光量子点（QD）的以往的微细管的沟道表面上涂层。硅量子点对于这种应用，特别是有吸引力的部分原因是他们可以忽略不计的毒性相比，II-VI和II-VI族化合物量子点，这是许多国家的立法控制物质。虽然合奏发射光谱是广阔的，无特色，Si的QD的薄膜上的通道壁的毛细管功能锋利的一组中的荧光光谱，对应于电磁被困在薄膜内的光的共振，窄峰。这些共振的峰值波长是敏感的外部介质，因此，允许的移动设备以作为折射计的传感器，其中的量子点从来没有物理接触来与分析物的作用。实验与制造荧光核心microcapillaries的相关联的方法进行了详细讨论，以及分析方法。最后，比较这些结构之间的和更广泛的调查的液芯光环形谐振器，微流体传感功能方面。

Introduction

化学传感系统，只需要小的样品体积，手持式或场可操作设备可以被纳入可能导致广泛的新技术的发展。这些技术可能包括现场诊断疾病和病原体， ^环境污染物^，2和食品安全。微化学传感器的^一些技术正在积极探索，与世界上最先进的物理特性，表面等离子体共振（SPR）的设备。现在^，4这些传感器能够探测许多特定的生物分子，并取得了商业上的成功，但主要表现为较大规模的实验室设备。

近年来，光学微腔已经上涨竞争与基于SPR-系统。微腔可令人惊讶的敏感，表现出来的能力，检测单个病毒^6，甚至单个生物分子<s升7（后者仍然是一些辩论的主题，然而，这是毫无疑问的质量检测限为小^9）。在微腔中，检测机构的依赖变化的分析物的存在所造成的谐振电场的档案内的光学共振。通常情况下，一个给定的分析会引起共振，从而改变在中心频率，提高知名度，或线宽。正如SPR系统，微腔可以作为非特异性的折射计传感器，或作为生物传感器的一个具体的分析官能。

介质微观结构与一个圆形的交叉部分（ 例如，微球，磁盘，或气缸），其特征在于由电磁共振称为回音壁模式，或WGMS，期追溯到主瑞利的调查类似于声学效果¹⁰从本质上讲，一个光学WGM发生时，波沿凸圆截面ection通过全内反射，并返回到其起点的相位。在图1a中示出的一个例子的电磁的二氧化硅微球的共振。其特征在于，在径向方向上的一个最大值（n = 1时），而此谐振共53波长适合赤道附近的（ 升 = 53），其中只有部分被示出。瞬逝的电场强度的部分延伸到培养基中，领域边界之外，因此，的微球WGM可以感测的外部介质中。

毛细血管是一个特别有趣的一个的WGM基于传感器的例子。毛细管内，圆柱WGMS周围可以形成圆形的横截面，一个球体的情况下相似。如果毛细管壁是非常薄的，电磁场的一部分延伸进入毛细通道（ 图1b）。因此，毛细管可以是微流体传感器，用于分析物注入到沟道。这是b阿齐兹¹¹的液芯光环形谐振器（LCORR）的操作。LCORRs依靠从精密可调谐激光源的光的探测WGMS上的渐逝波耦合。的LCORR的一个重要方面是，毛细管壁必须是薄的（约1微米），以确保信道的模式样本介质。其制造一些困难，使他们成为机械脆弱。

在我们的工作中，我们已经开发了一种替代的结构，我们称之为荧光芯微腔^{（FCM），12,13}为了形成的FCM，涂层具有高折射率的荧光基团（具体地，层的毛细管通道壁嵌入式氧化硅量子点）。膜的高折射率需要字串，所发射的辐射，从而建立WGMS（ 图1c）。在对比度的LCORR，在FCM模式尖锐最大值出现在发射的荧光光谱。的厚度的膜是极为重要的，如果它太厚，在WGM不采样介质中的毛细通道，而且，如果它太薄，光学限制丢失和WGMS变弱。因此，制造的FCM是一个艰难的过程，需要精心准备。这是当前纸张的主要议题。

Protocol

1。材料制备中的 Microcapillaries石英毛细管从商业供应商。我们购买我们的毛细血管，从Polymicro技术。选择一个小的内径（〜25 – 30微米）为更广泛的分离光谱共振（ 即较大的自由光谱范围）或更大范围内的内直径（〜100微米），用于更紧密地间隔开的共振具有更高的质量因素。大外径保证了期货公司是耐用，易于控制。 毛细管配备的着色聚酰亚胺的外套，它必须?…

Representative Results

在毛细管制造过程中的小偏差可以导致样品的成功率显着变化。在图5（广告），显示出有代表性失败的毛细血管，以及作为一个成功的例子。一般来说，一个成功的样品的视觉指示是在毛细血管壁和特征的内部具有高强度组合的红色荧光。荧光光谱也清楚地表明成功和失败之间的差异（ 图5e）。一个很好的样本定义（能见度≈0.5）的WGM振荡频谱。 作…

Discussion

折射计传感器可以用作荧光核心的微腔。虽然有个别的例子，“卷”起来，可以作为微流体传感器^，22相比，微管微管，毛细血管会更容易地集成到微流控的设置，并具有相当的实用的优点，因为它们很容易处理和分析简单的接口与设置。利用传统的傅立叶分析方法，是在至少一个数量级小于光谱系统的间距的波长偏移，可以被检测。这种方法也可以分为传感型测量系统的集成。

<p clas…

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.