Синтез и эксплуатация Флуоресцентные-ядерный Микрополости для Рефрактометрические зондирования
Summary
Флуоресцентные-ядерный датчики МР используют высоким индексом квантовых точек покрытия в канале кремнезема микрокапиллярах. Изменение показателя преломления жидкости закачивают в капиллярной причиной канала смещается в спектре флуоресценции микрополости, которые могут быть использованы для анализа канала среде.
Abstract
В настоящем документе рассматриваются основные флуоресцентные микрополости на основе датчиков, которые могут работать в микрофлюидных настройки анализа. Эти структуры на основе формирования флуоресцентных квантовых точек (КТ) покрытия на поверхности канала от обычного микрокапиллярной. Кремний КТ являются особенно привлекательными для данного приложения, отчасти из-за их незначительной токсичностью по сравнению с II-VI и II-VI КТ соединение, которое законодательно регулируемых веществ во многих странах. В то время как спектр излучения ансамбля широк и безликие, Si-QD пленки на стенке канала капиллярного особенности набора острые, узкие пики в спектре флуоресценции, соответствующие электромагнитные резонансы на свет в ловушке в фильме. Пик волны эти резонансы чувствительны к внешней среде, что позволяет устройству работать в качестве датчика рефрактометрического, в которых КТ никогда не вступать в физический контакт с анализируемым веществом. Экспериментальныеметоды, связанные с изготовлением флуоресцентных основных микрокапиллярах обсуждается в деталях, а также методы анализа. Наконец, сравнение между этими структурами и более широко исследуемой жидкости ядра оптических резонаторов кольца, с точки зрения микрофлюидных зондирования.
Introduction
Химическая зондирования системы, которые требуют лишь небольших объемов образца и которые могут быть включены в ручной или поле открывающиеся устройства может привести к развитию широкого спектра новых технологий. Такие технологии могут включать в себя поле для диагностики заболеваний и патогенных микроорганизмов, 1 загрязнителей окружающей среды, 2 и безопасности пищевых продуктов. 3 Несколько технологий в настоящее время активно изучаются для микрофлюидных химические сенсоры, с устройствами на базе физики поверхностных плазмонных резонансов (SPR) одними из самых передовых. 4 Эти датчики теперь способен обнаруживать многие специфические биомолекулы и добились коммерческого успеха, хотя в основном как крупномасштабные лабораторного оборудования 5.
В последние годы, оптических микрорезонаторов поднялись, чтобы конкурировать с SPR-систем. Микрополости может быть удивительно чувствительны, с продемонстрировал способность обнаруживать вирусы одного 6 и, возможно, даже одной биомолекулы <sдо> 7 (последняя остается предметом некоторых дебатов, 8, однако нет никаких сомнений в том, что ограничения массы обнаружения малых 9). В микрорезонаторах, механизм обнаружения зависит от изменений в оптических резонансов, вызванных наличием аналита в электрическом поле профиля резонанса. Как правило, данный аналита вызовет резонанс изменить в в центральной частоты, видимость, или ширина линии. Как и SPR систем, микрорезонаторах может выступать в качестве неспецифической рефрактометрического датчики, или в качестве биосенсоров функциональными для конкретного анализа.
Диэлектрических микроструктур с круглым поперечным сечением (например, микросферы, диски или цилиндры) характеризуются электромагнитного резонанса известны как шепчущей галереи, или гроссмейстеров, термин восходит к исследованиям лорда Рэлея аналогичных акустических эффектов 10. Существу, оптические WGM происходит, когда волна circumnavigates круглого сечения сперегиба на полное внутреннее отражение, и возвращается к своей отправной точкой в фазу. Например электромагнитного резонанса для микросфер диоксида кремния показана на рисунке 1а. Этот резонанс характеризуется одним максимумом в радиальном направлении (п = 1), а в общей сложности 53 длин волн соответствовать вокруг экватора (L = 53), лишь некоторые из которых показаны. Затухающих части поля распространяется в среде вне сферы границей, таким образом микросферы WGM чувствую внешней среды.
Капилляры являются особенно интересный пример WGM на основе датчика. В капилляр, цилиндрическая гроссмейстеров могут образовываться вокруг круглого сечения, как и в случае для сферы. Если стенки капилляра очень тонкая, часть электромагнитного поля распространяется в капиллярный канал (рис. 1б). Таким образом, капиллярный может быть микрофлюидных датчик для аналитов вводят в канал. Это бASIS работы жидкого ядра оптической кольцевой резонатор (LCORR) 11. LCORRs полагаться на затухающих связи света с точностью перестраиваемый лазерный источник для исследования гроссмейстеров. Важным аспектом является то, что LCORR стенки капилляров должна быть тонкой (~ 1 мкм), чтобы гарантировать, что режим образцы канала среде. Это накладывает определенные трудности на их изготовление и заставляет их быть механически хрупкой.
В нашей работе, мы разработали альтернативную структуру мы называем флуоресцентные микрополости ядра (ТСМ). 12,13 Для формирования ТСМ, мы пальто стенки канала капиллярного с высоким показателем преломления флуорофора (в частности, слой Оксид встраиваемый кремниевых квантовых точек). Высокий индекс пленки необходимо ограничить излучения, тем самым созданию гроссмейстеров (рис. 1в). В отличие от LCORR, в FCM режимы выглядят как резкие максимумы в испускаемого спектра флуоресценции. ТолщинаФильм является критически важным, если он слишком толстый WGM не попробовать среды в капиллярный канал, и если оно слишком тонкое оптическое ограничение теряется и гроссмейстеров становятся слабыми. Таким образом, изготовление FCM является сложным процессом, требующим тщательной подготовки. Это основной теме данной работы.
Protocol
Representative Results
Discussion
Флуоресцентные-ядерный микрорезонаторов может быть использован как рефрактометрического датчиков. Хотя есть единичные примеры "закатал" микропробирок, которые могли бы выступать в качестве микрофлюидных датчиков, 22 по сравнению с микропробирок, капилляры будет легче инт?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Это исследование было профинансировано NSERC, Канада.
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).
