Name: Synthese und Betrieb von Leuchtstofflampen-core Mikrokavitäten für Refraktometrische Sensing (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 12 s
Description: Erfahren Sie die Herstellung fluoreszierender Mikrokavitäten-Sensoren mit Silizium-Quantenpunkten zur refraktometrischen Analyse von Fluiden. Diese Methode ermöglicht präzise Messungen in mikrofluidischen Systemen.

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Diese Arbeit wurde von NSERC, Kanada finanziert.

Ein. Herstellung von Materialien <ol><li> Mikrokapillaren Erhalten Kapillaren von einem kommerziellen Anbieter. Wir beziehen unsere Kapillaren aus Polymicro Technologies. Wähle eine kleine Innendurchmesser (~ 25 - 30 um) zum weiter getrennt spektralen Resonanzen (dh ein größerer freier Spektralbereich), oder einen größeren Innendurchmesser (~ 100 um) zum enger beabstandeten Resonanzen mit höherer Qualität Faktoren. Ein großer Außendurchmesser sorgt die FCMs sind langlebig und leicht zu manipulieren. <ol><li> Die Kapillaren mit einem farbigen Polyimid Jacke, die erste entfernt werden müssen kommen. Geschnitten etwa 10 cm Stücke Kapillare von der Rolle, mit Diamant Trenngerät. Jedes Stück ist eine einzige Probe. Heizen diese in einem Rohrofen bei 650 ° C eine Stunde lang in Sauerstoff zu verbrennen die Beschichtung. Dieser Vorgang entfernt die Jacke Material, Aussetzen der Kieselsäure im Inneren Kapillare. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur, entfernen Sie die capillaries von der Heizung Boot. </li></ol></li><li> Hydrogensilsesquioxan Lösungen Hydrogensilsesquioxan (HSQ) wird berichtet, daß aus H 12 O 12 Si 8-Moleküle mit einer käfigartigen Struktur bestehen. 14 Dieses Material ist im Handel erhältlich von Dow Corning. Erwerben der HSQ in einer seiner FOx-Serie (Fließvehikeloxid) Lösungen wie FOx-15. Diese Lösungen sind teuer und haben eine begrenzte Haltbarkeit, so sorgfältige Planung erforderlich ist. Verdampfen des Lösungsmittels MIBK stellt eine HSQ-Konzentration von etwa 18 Gew.%. Wenn der HSQ-Konzentration zu niedrig ist, kann kein Quantenpunkten in dem Film zu bilden. Wenn sie zu hoch ist, können die Folien zu dick und delaminieren aus dem Kapillarkanal Oberfläche. In unserer Erfahrung, für eine Kapillare mit einer 25-30 um Innendurchmesser, ein Fuchs Lösung mit ~ 25 Gew.% HSQ am besten ist. So kann es notwendig sein, verdampfen oder fügen Sie mehr HSQ Lösungsmittel (darauf achten, dass es trocken ist), um die EinstellungKonzentration. Ob eine Verdünnung oder Konzentration notwendig ist, ist schwierig, ohne Versuch und Irrtum bestimmen, dh um einige Proben und untersuchen die Ergebnisse, wie nachstehend erläutert. </li></ol> 2. Herstellung von beschichteten Kapillaren <ol><li> Befüllen der Kapillare Nehmen Sie die Teile der Kapillare in Schritt 1,1 vorbereitet und tauchen sie in der FOX-Lösung. Wenn eine Kapillare in die Lösung getaucht wird, sollten Sie in der Lage sein, um visuell folgen den Meniskus bis der Kanal, wie die Lösung in die Kapillare (Abbildung 2a) gezogen wird. <ol><li> Wenn der Meniskus die Spitze erreicht, entfernen Sie die Kapillare und legen Sie sie in einem Glas Glüh-Tiegel. Es sollte jetzt vollständig mit Fuchs-Lösung gefüllt werden. Wiederholen Sie diesen Vorgang für so viele Proben wie möglich, um die Chancen auf Erfolg erhöhen. Wir typischerweise ausgeführt Chargen von 20-30 und mit zwei verschiedenen Konzentrationen von HSQ Lösungen Gewichtsprozent. Wir füllen die Kapillaren in der Luft, aber halten ter FOx Lösung in einem Handschuhfach gekühlt wird empfohlen, wenn möglich, um die Exposition der Lösung Sauerstoff und Wasserdampf zu minimieren. Selbst kleine Engagements in Gelierung der Lösung führen. </li></ol></li><li> Glühen Glühen die Kapillaren in einem zweistufigen Verfahren. Tempern verdampft das Lösungsmittel und kollabiert die HSQ Käfigstruktur, Bilden einer SiO x-Film anhaftende den Kanalwänden. Glühen bei höheren Temperaturen disproportioniert die SiO x-Film in Si Quantenpunkte dispergiert in einer Silica-Matrix. Die Annealing-Schritte umfassen einen 30-Minuten-Rampe von Zimmertemperatur auf 300 ° C, eine 3 h Verweilzeit, um das Lösungsmittel zu verdampfen, dann eine Rampe zu 1.100 ° C in 45 min und einem für eine Stunde verweilen, die gebildeten QDs. <ol><li> Lassen Sie die Kapillaren langsam abkühlen (~ 12 Stunden) wieder auf Raumtemperatur. Dies trägt dazu bei stressbedingten Aufbrechen des Films abgeschieden auf der Kapillarwand minimieren. Andere Glühen Protokolle könntenWahrscheinlich verfolgt und kann mehr zuverlässig, aber ein Hochtemperatur-Glühen Bühne 1.000-1.100 ° C ist immer notwendig, um die QDs bilden. Am Ende dieses Schritts sollte eine (hoffentlich) 20-30 Kapillaren mit einer Schicht aus fluoreszierendem QDs in einer Silica-Matrix Beschichten der Kanalwände eingebettet. </li></ol></li></ol> 3. Charakterisierung <ol><li> Stichprobenkontrolle der Fluoreszenz-Mikroskop auf die Kapillaren montiert werden, müssen sowohl Bildgebung und Spektroskopie in der 700-900 nm Wellenlängenbereich durchzuführen sind. Epifluoreszenz oder konfokalen Setups sind für diesen Zweck geeignet. Legen Sie eine Reihe von Kandidaten Kapillaren auf der Bühne, so dass es einfach ist, zwischen ihnen für die schnelle visuelle Analyse (Abb. 2b) bewegen. Erregen die Kapillare mit blauen oder UV-Strahlung entweder in freier Raum auf dem Mikroskoptisch oder direkt durch die Objektivlinse unter Verwendung eines dichroitischen Filter, und beobachten des Fluoreszenzbilds mit den Okularenoder eine Farbkamera. <ol><li> Beachten Sie die Kapillare Fluoreszenz. Wenn die Herstellung erfolgreich war, wird die Kapillaren weisen eine leuchtend rote Fluoreszenz. Dies ist der erste Hinweis auf eine positive Probe. Kapillaren ausstellenden orange-gelbe Fluoreszenz (statt der roten Farbe mit den QDs verbunden sind) in der Regel nicht die gewünschten optischen Eigenschaften. Diese Proben neigen auch dazu, öfter bilden in Lösungen mit einem niedrigen HSQ Konzentration. Einige Kapillaren kann keine Fluoreszenz überhaupt zeigen, in diesem Fall der QD Film nicht zu bilden, und die Kapillare kann verworfen (Glas Kleie) werden. Dies ist ein Hinweis, dass die Lösung nicht in die Kapillare kann gezeichnet wurden, oder es kann in HSQ defizienten haben. Schließlich können einige Proben zeigen eine gerissene oder strukturierten Folie, diese können auch verworfen werden. </li><li> Verwerfen aller Proben in dem vorhergehenden Schritt mit Ausnahme derjenigen, die die hellrote Fluoreszenz charakteristisch Silicium QDs zeigen erwähnt. </li></ol></li><li> Prüfen auf die Anwesenheit von WGMs im Fluoreszenzspektren sicher, dass das Bild ausgerichtet ist, wie auf dem Eintrittsspalt des Spektrometers gewünschten und sammeln ein Fluoreszenzspektrum. Einstellen der Sammelzeit, um einen akzeptablen Signal-zu-Rausch-Verhältnis zu erzeugen. Führen Wellenlänge und Intensität Kalibrierungen wie erforderlich. Die QD Spektren sollten in dem Wellenlängenbereich von 700 bis 900 nm intensiv. Spectra aus dem entsprechenden Bereich der Kapillare Innenwand getroffen werden sollten zeigen starke Schwankungen aufgrund der Anwesenheit der zylindrischen Whispering Gallery Modi (WGMs), das ist die second-to-last Erfordernis einer erfolgreichen refraktometrische Sensor. <ol><li> Einige Proben dürfen einen leuchtend roten QD-Fluoreszenz aber Mangel WGM Oszillationen im Spektrum. Dies ist ein Indiz der QD Film gerissen oder von der Kapillarwand, die die optischen Resonanzen zerstört delaminiert. Entsorgen Kapillaren ohne WGMs. An dieser Stelle wird nur der (typischerweise small)-Fraktion von Proben, die die Anforderungen erfüllen Sensor verbleiben. Es gibt eine letzte Test durchgeführt werden. </li></ol></li><li> Refraktometrische Bestimmung Befestigen des Kandidaten Kapillaren an Polyethylen, Tygon, Teflon oder anderen Schläuchen chemisch kompatibel mit der beabsichtigten Analytlösungen dessen Innendurchmesser sollte geringfügig größer als der kapillare Außendurchmesser. Die Wahl der Schlauch sollte so beschaffen sein, da nicht mit den Lösungen in die Kapillare gepumpt werden reagieren. <ol><li> Verwenden Sie eine gute Klebstoff auf die Glaskapillare auf das Rohr legen, da sonst die Kapillar-Schlauch-Schnittstelle wird undicht. Wir haben recht gute Erfolge mit Norland NOA-76 oder Mascot Sekundenkleber Gel. Die Wahl des Klebers hängt von seiner Haftung an der Glaskapillare und dem Schlauch, und ein Fehlen einer Reaktion mit den Kanal-Fluiden. Darauf achten, dass der Klebstoff eindringt in den Kapillarkanal und Blockieren zu verhindern. </li><li> Schnittstelle den Schlauchüber eine Spritze zu einer micropumping System. Verbindungen mit bekannten Brechungsindizes, wie Methanol, Ethanol, und Wasser kann das refraktometrische Empfindlichkeit der Vorrichtung zu bestimmen. Dies ist der letzte Test für eine erfolgreiche Sensor. Jedes Fluid zu pumpen, eine nach der anderen, in die Kapillare, so dass nicht das Klebedichtung zwischen der Kapillare und dem Rohrstrang (2c) platzen. </li><li> Sammle Spektren mit jeder Flüssigkeit in der Kapillare. Verwenden eines Analysators in den Strahlengang zwischen TE-polarisierte WGMs (Analysator parallel zur Achse Kapillare) und TM-polarisierte WGMs (Analysator senkrecht zur Achse Kapillare) zu unterscheiden. Es sollte eine Verschiebung der Wellenlänge der WGM Resonanzen, entweder TE oder TM werden, wobei jede andere Lösung in die Kapillare. Wenn es keinen beobachtbaren Verschiebung ist der Quantenpunkt-Schicht zu dick und die WGMs nicht ausreichend Abtasten des Kanals Medium. In erfolgreichen Proben beobachten wir Empfindlichkeiten in der Regel zwischen 5 und 15 nmpro Lösung Brechungsindex Einheit (RIU). Fast alle Proben, die anzeigen WGMs tun zeigen messbare Empfindlichkeit, jedoch typischerweise nur ein kleiner Bruchteil der vorbereiteten Kapillaren WGMs zeigen. </li></ol></li></ol> 4. Data Analysis <ol><li> Beziehen die Fluoreszenzspektren Nehmen Sie ein Spektrum der Fluoreszenz von Ihrer Probe. Biosensor für Anwendungen weist die erste Kanaloberfläche, um nach bestimmten Analyten funktionalisiert werden. Die Oberfläche der Folie ist im wesentlichen QD Kieselsäure, so viele Oberflächenmodifizierung Rezepturen bestehen. Unabhängig von der Anwendung, ist der letzte Schritt der Datenverarbeitung und-analyse. <ol><li> Erreichen niedrige Nachweisgrenzen erfordert die Messung von kleinen spektralen Verschiebungen im Idealfall die &quot;shift Auflösung&quot; sollte deutlich kleiner als der nominelle Spektrometerauflösung oder Pech. Es muss in der spektralen Verarbeitung durch diese ausgeübt werden. Insbesondere bei vielen Bildgebungsspektrometers das Spektrum nicht perfekt horizontal auf die CCD projiziert werden, so wenn zwischen Analysen, driftet das Musterbild vertikal auf den Schlitz, falsche Spektralverschiebungen erhalten werden. Verwenden Sie, was Mittel sind notwendig, um sicherzustellen, dass dies nicht geschieht, z. B. die Verwendung eines Kalibrierstandards, um den Winkel des projizierten Spektrums zu bestimmen und zu korrigieren ist, minimieren Probe Drift, und sicherzustellen, dass die gleichen CCD-Pixel verwendet werden, um alle Spektren zu erhalten . Ein Beispiel Spektralbild ist in 3, wo die Modi werden als starke Schwingungen an Stellen entsprechend den Kanalwänden gezeigt. Verwenden eines Mathematica Computercode (oder was Ihre Gruppe), um die spektrale Bilder, die Ausgabe 1D Spektraldaten und führen Kurvenanpassung und Fourier-Analyse der WGM Verschiebungen, wie unten beschrieben, zu importieren. </li></ol></li><li> Kurvenanpassung Bestimmen Sie die WGM Peakwellenlänge zu kleinen spektralen Verschiebungen aufgrund von Analyten zu messen in der FCM-Kanal. Setzen Sie einen Single-Mode auf eine Funktion, die spektrale Form beschreibt - dies ist ein üblicher Weg, um die Spitzenposition zu erhalten. Im Idealfall wird dies eine Lorentz-Funktion sein (mit der korrekten Konvertierung von Wellenlänge in Frequenz-Einheiten über δλ = │-cδf / f 2 │ wobei c die Lichtgeschwindigkeit): <img src="/files/ftp_upload/50256/50256eq1.jpg" alt="Gleichung 1" fo:content-width="2in" fo:src="/files/ftp_upload/50256/50256eq1highres.jpg" /> In Gl. 1 ist, A ein Skalierungsparameter und f 0 die Mittenfrequenz. Leider sind FCMs keine ideale Fall. <ol><li> In die zylindrische Hohlräume sind WGMs zu höheren Frequenzen, wahrscheinlich infolge der Entwicklung von spiralförmigen Resonanzen (WGMs mit einem von Null verschiedenen axialen Komponente des Wellenvektors) verzerrt. Lorentz 15 passt daher eine schlechte Leistung zur Bestimmung der Peak-Position. Leider gibt es keine Funktion thbei wird eine Verteilung von überlappenden Lorentzians von den spiralförmigen WGMs passen. In einer früheren Arbeit 16 haben wir vorgeschlagen, dass eine schiefe Lorentz 17 würde eine bessere Passform zu geben: <img src="/files/ftp_upload/50256/50256eq2.jpg" alt="Gleichung 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/50256/50256eq2highres.jpg" /> Dabei sind a und b Parameter Schräglauf. Wie in Abbildung 4, Gl gesehen werden. 2 nicht geben eine bessere Anpassung an die Daten als Gl. 1, aber leider hat es keine physikalische Grundlage für die Theorie der WGMs. </li></ol></li><li> Fourier Shift-Analyse Alternativ können die Daten verarbeitet unter Verwendung einer diskreten Fourier-Transformation, und die entsprechenden Phasenverschiebungen aus dem Fourier-Spektrum gemessen. Diese Methode nutzt die Periodizität des gesamten Spektrums, um mit einer einzigen beliebigen WGM entgegen. Es misst nicht die Peakwellenlänge Position, sondern misst insgesamt eine Verschiebungeiner gegebenen WGM Spektrums in Bezug auf eine beliebige Referenz-Spektrum. <ol><li> Verwenden Sie die Phasendifferenz Δφ für die High-Power-Fourier-Komponente, die auf die wichtigsten WGM spektrale Schwingung entspricht die spektrale Verschiebung zu erhalten. Dies entspricht einer realen WGM Frequenzverschiebung: Af = Δφ (f max - f min) / (2πk) wobei f min und f max sind die minimale und maximale Frequenz in dem Spektrum. Allerdings können viele Informationen verworfen werden, wenn nur die Hauptkomponente verwendet wird, zusätzlich Trunkierung Probleme kann es schwierig zu bestimmen, welche Komponente das wichtigste ist. Oftmals erfordern die besten Ergebnisse einige trial and error zu denen Fourier-Komponenten zu wählen. </li><li> Die Verschiebung Theorem verwendet stattdessen alle der Fourier-Komponenten. Dementsprechend wird für eine reine Verschiebung wird jedes einzelne Bauteil verschoben proportional k (mit kwobei die Komponente Nummer). Mit anderen Worten, δφ k = mk, wobei die Proportionalität m ist ein Maß für die wirkliche Verschiebung. Die Gesamtmenge Frequenzverschiebung ist somit gegeben durch: Af = m (f max - f min) / (2π). Dies erfordert m, von einer linearen Anpassung an die Phasendifferenzen ΔΦ k für einige oder alle der Fourier-Komponenten erhalten werden. </li><li> Für echte Daten, die lineare Beziehung ΔΦ k = mk wird die Unsicherheit durch Lärm und Hintergrund-Signal, das einen signifikanten Effekt in den Low-Power-Fourier-Komponenten haben kann. So empfiehlt sich eine gewichtete lineare Anpassung, bei denen das Gewicht für jede Komponente proportional zu seiner Leistung ist, um die Steigung der ΔΦ k vs zu erhalten k Graphen. Das Spektrum kann rund um die Hauptkomponente vor der Montage gefiltert werden, um sowohl hohe Frequenzen (entfernen noise) und niedrigen Frequenzen (entkoppelt Fluoreszenz-Hintergrund). Die Frequenzverschiebungen aus Gl. 4 werden dann in Wellenlängen umgerechnet. </li><li> Anders als im Fall für die Kurvenanpassung wird ein WGM &quot;Wellenlänge&quot; nie erhalten, sondern eine Verschiebung der Wellenlänge ist auf dem gesamten Spektrum bezüglich einer willkürlichen Referenzspektrum gemessen. Das Verfahren wird dann wiederholt für jedes Spektrum analysiert werden. Die Schritte dieses Verfahrens sind wie folgt: <ol><li> Konvertieren Sie die Spektren in Frequenz-Einheiten, um eine konstante freie Spektralbereich zu gewährleisten. </li><li> Wählen Referenzdatensatz (dh die erste WGM Fluoreszenzspektrum), aus dem alle Schichten gemessen werden. </li><li> Interpolieren die Spektren einheitliche Frequenzabstand zu erhalten. 18 </li><li> Führen Sie eine diskrete Fourier-Transformation, um die Leistung und Phase Komponenten jedes Spektrum zu erhalten. </li><li> Finde die Phasendifferenzen für alle k Komponenten eines gegebenen WGMSpektrums, für die die Verschiebungswert gewünscht wird, in Bezug auf das Referenzspektrum. </li><li> Finden die Phasenverschiebung unter Verwendung der Phasendifferenz von im Haupt Fourierkomponente einzige oder eine gewichtete lineare Anpassung an die ausgewählten Komponenten. Dies wird die Phasenverschiebung öf oder δλ zwischen der WGM-Spektrum und dem Referenzspektrum. </li><li> Die Fehler in den Spektralverschiebungen (Nachweisgrenze) kann durch Sammeln wiederholte Spektren für den gleichen Analyten gemessen werden. Eine Unsicherheit in der Empfindlichkeit von dem Fehler in den gewichteten linearen Anpassungen erhalten werden, wenn mehrere Komponenten verwendet werden. </li></ol></li></ol></li></ol> Wiederholen Sie die Schritte 1-7 für jede Analyse. Während dieses Verfahren klingt kompliziert, nach der ersten Implementierung des Verfahrens ist einfach zu automatisieren, so dass große Datenmengen können Batch verarbeitet, um die Verschiebungen zu finden. Wir verwenden eine Mathematica-Code speziell fo geschriebenr dieses Verfahren, so dass komplette Datensätze können Batch-Verarbeitung &quot;mit dem Drücken einer Taste&quot;. Im Prinzip können die spektralen Verschiebungen sogar errechnet, &quot;live&quot;, obwohl wir dies noch nicht getan.

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<li>White, I. M., Oveys, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Integrated+multiplexed+biosensors+based+on+liquid+core+optical+ring+resonators+and+antiresonant+reflecting+optical+waveguides%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((An+opto-fluidic+ring+resonator+biosensor+for+the+detection+of+organophosphorus+pesticides%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors+and+Actuators+B%3A+Chemical%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Rapid+and+Label-Free+Detection+of+Breast+Cancer+Biomarker+CA15-3+in+Clinical+Human+Serum+Samples+with+Optofluidic+Ring+Resonator+Sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Anal.+Chem%22%5BJournal%5D)">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/pubmed?term=((Comparison+of+raised-microdisk+whispering-gallery-mode+characterization+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Comparison of raised-microdisk whispering-gallery-mode characterization techniques.</a> Optics Letters. 35, 998-1000 (2010).</li>
</ol>

Wir haben nichts zu offenbaren.

Fluorescent-core Mikrokavitäten können als refraktometrische Sensoren verwendet werden. Während es vereinzelte Beispiele von &quot;gerollt&quot;, 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, die minde...

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&gt; 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.

<table border="1"><tbody><tr><td> Tabelle der Materialien </td><td> Firma </td><td> Katalog # </td><td> Kommentare </td></tr><tr><td> Kieselsäure Mikrokapillaren </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> flexible microbore Schlauch </td><td></td><td></td><td> Polyethylen, Tygon usw. </td></tr><tr><td> Klebstoff </td><td> Mascot, Norland NOA </td><td></td><td></td></tr><tr><td> HSQ in MIBK gelöst </td><td></td><td></td><td> zB., Fox-15 </td></tr><tr><td> Methanol </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> Ethanol </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> destilliertem Wasser </td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table> Tabelle 1. Liste der verwendeten Materialien.

synthese und betrieb von leuchtstofflampen-core mikrokavitäten für refraktometrische sensing

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

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.

Kleine Abweichungen in der Kapillare Herstellung Prozedur kann zu erheblichen Veränderungen in der Probe Erfolgsquote führen. In Abbildung 5 (ad) zeigen wir repräsentative Beispiele von gescheiterten Kapillaren sowie ein erfolgreiches Jahr. Im Allgemeinen ist die visuelle Anzeige einer erfolgreichen Probe eine rote Fluoreszenz mit einer hohen Intensität an den Wänden und einer Kapillare featureless Innenraum kombiniert. Das Fluoreszenzspektrum auch deutlich zeigt den Unterschied zwischen Erfolg und Miss...

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.

Synthese und Betrieb von Leuchtstofflampen-core Mikrokavitäten für Refraktometrische Sensing

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

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine mikrofluidische Sensortechnologie zu entwickeln. Dies wird zunächst erreicht, indem potenzielle Vorrichtungen hergestellt werden, bei denen Kapillaren mit einer Silizium-Quantenpunkt-Schicht codiert werden. Der zweite Schritt besteht darin, zu bestimmen, welche der Proben die grundlegenden Anforderungen für die Verwendung als Sensor erfüllen.Anschließend wird ein Sensorgestalt mit einem mikrofluidischen Pumpsysten verbunden, um Analyten zuzuführen. Der letzte Schritt besteht darin, Fluoreszenzspektren aufzunehmen und die Ergebnisse zu analysieren. Abschließend wird die Fluoreszenzmikroskopie verwendet, um die refraktometrische Detektion von Flüssigkeiten in einem kapillaren Kanal zu demonstrieren.Die wichtigsten Vorteile dieses Geräts sind seine geringe Größe, die Kompatibilität mit mikrofluidischen Systemen und die Tatsache, dass man sich leicht ein vollständiges Gerät vorstellen kann, das aus einer Reihe relativ kostengünstiger Komponenten aufgebaut ist. Aufgrund des mikrofluidischen Kanals kann jede Flüssigkeit in die Kapillare gepumpt werden. Der schwierigste Schritt besteht darin, die Oberfläche zu funktionalisieren,

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

Research

Forschung

JoVE Journal

Engineering

Ingenieurwesen

Wir diskutieren den Bau und Betrieb einer komplexen nichtlinearen optischen System, das ultraschnelle all-optische Schaltelemente verwendet zu isolieren Raman von Fluoreszenz-Signalen. Mit diesem System sind wir in der Lage, erfolgreich getrennt Raman-und Fluoreszenz-Signale nutzen Pulsenergien und mittleren Leistungen, die biologisch unbedenklich bleiben.

Ablehnung des Fluorescence Resonance Hintergrund in und Spontane Raman Mikrospektroskopie

A ohne Linsen auskommt, On-Chip-Fluoreszenz-Mikroskopie-Plattform wird gezeigt, dass kann image fluoreszierende Objekte über einen ultra-wide field-of-view von z. B.&gt; 0,6-8 cm2 mit &lt;4 &amp;mgr; m Auflösung mit einem Druck-Sampling-Basis Decodieralgorithmus. Eine solche kompakte und wide-field fluoreszierenden On-Chip-Bildgebungsverfahren könnte wertvoll für High-Throughput-Zytometrie, seltene Zellen Forschungs-und Microarray-Analyse.

Ohne Linsen auskommt, Fluoreszenz-Mikroskopie auf einem Chip

Droplet-based mikrofluidischen Plattformen sind vielversprechende Kandidaten für einen hohen Durchsatz Experimente, da sie in der Lage, Picoliter, Selbst-compartmentalized Schiffe kostengünstig erzeugen bei kHz Preise sind. Durch die Integration mit schnellen, empfindlichen und hoch aufgelöste Fluoreszenz-spektroskopischen Methoden kann die große Mengen von Informationen in diesen Systemen erzeugt effizient extrahiert werden können, genutzt und verwertet werden.

Fluoreszenz-Nachweisverfahren für Mikrofluidik-Tropfen-Plattformen

Biosensoren Verbindung mit komplexen, biologischen Umgebungen und führen gezielte Erkennung durch die Kombination von hochempfindlichen Sensoren mit sehr spezifischen Sonden, die an dem Sensor über Oberflächenmodifizierung. Hier zeigen wir die Funktionalisierung der Oberfläche von Silica optische Sensoren mit Biotin mit Silankupplungsmittel, um den Sensor und die biologische Umwelt zu überbrücken.

Anbringen biologischen Sonden zur Silica Optische Biosensoren Mit Silane Coupling Agents

Eine Referenz-Interferometer-Technik, die ausgelegt ist, um unerwünschte Laser Jitterrauschen für nanodetection entfernen, wird für die Sondierung eine ultra-hohe Güte Microcavity genutzt. Anleitungen für die Montage, Einrichtung und Datenerfassung vorgesehen, neben der Messung für die Angabe der Hohlraum Qualitätsfaktor.

Implementierung eines Referenz-Interferometer für Nanodetection

Mehrfarbige Fluoreszenzdetektion in der Tröpfchenmikrofluidik beinhaltet typischerweise sperrige und komplexe Epifluoreszenzmikroskop-basierte Detektionssysteme. Hier beschreiben wir ein kompaktes und modulares mehrfarbiges Detektionsschema, das ein Array von optischen Fasern verwendet, um mehrfarbige Daten, die von einem einzigen Photodetektor gesammelt wurden, zeitlich zu kodieren.

Mehrfarbenfluoreszenzdetektion für Droplet Mikrofluidik Verwendung von Optical Fibers

Es werden Protokolle zur Synthese von Mikrokugeln aus Polymeren, die Manipulation von Mikrokügelchen und Mikro-Photolumineszenzmessungen vorgestellt.

Herstellung von Polymer-Mikrosphären für optische Resonator- und Laseranwendungen

Resonante Anregung von einem einzigen selbstgebaute Quantenpunkt kann eine Anregung Modus orthogonal zu den Fluoreszenz-Sammlung-Modus erreicht werden. Wir zeigen eine Methode mit dem Hohlleiter und Fabry-Perot-Modi von einem planaren Mikrokavität rund um die Quantenpunkte. Die Methode ermöglicht völlige Freiheit in der Erkennung Polarisierung.

Resonanz-Fluoreszenz ein InGaAs Quantum Dot in einem planaren Hohlraum mit orthogonalen Erregung und Erkennung

Spektrale Bildgebung hat sich zu einer zuverlässigen Lösung für die Identifizierung und Trennung mehrerer Fluoreszenzsignale in einer einzigen Probe und kann Signale von Interesse leicht von Hintergrund- oder Autofluoreszenz unterscheiden. Die hyperspektrale Bildgebung beim Erregungsscannen verbessert diese Technik, indem die erforderliche Bildaufnahmezeit verringert und gleichzeitig das Signal-Rausch-Verhältnis erhöht wird.

Excitation-Scanning Hyperspektrale Bildgebungsmikroskopie zur effizienten Unterscheidung von Fluoreszenzsignalen

Die chipbasierte optische Superauflösungsmikroskopie ist ein neuartiger Ansatz in der Fluoreszenzmikroskopie und bietet Vorteile in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Durchsatz. Hier werden die Protokolle für die Chipvorbereitung und -bildgebung gezeigt für die TIRF-Mikroskopie und die lokalisierungsbasierte Superauflösungsmikroskopie.

Hochdurchsatz totale interne Reflexionfluoreszenz und direkte stochastische optische Rekonstruktionsmikroskopie mit einem Photonischen Chip

Erfahren Sie die Herstellung fluoreszierender Mikrokavitäten-Sensoren mit Silizium-Quantenpunkten zur refraktometrischen Analyse von Fluiden. Diese Methode ermöglicht präzise Messungen in mikrofluidischen Systemen.

Synthese und Betrieb von Leuchtstofflampen-core Mikrokavitäten für Refraktometrische Sensing

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