Implementierung eines Referenz-Interferometer für Nanodetection

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, ein Referenzinterferometer zu entwickeln, das die Whispering Gallery-Modus-Sensorik verwendet, um Partikel mit Durchmessern in der Größenordnung von mehreren zehn Nanometern für einen extrem hohen Qualitätsfaktor zu detektieren. Im Flüstergaleriemodus zirkulieren Hunderttausende Male, Mikroresonatoren und Resonanzphotonen. Dies führt dazu, dass sich die optischen Eigenschaften merklich verändern, wenn ein Partikel auf dem Mikroresonator landet.

Wenn die Rückstreuung stark genug und der Kavitätenverlust ausreichend gering ist, treten experimentell Para-Split-Moden auf. Dies führt zu einem Effekt der Frequenzspaltung und es kommt zu einer Partikelabsorption. Dann findet die Frequenzverschiebung statt.

Der Hauptvorteil dieser referenzierenden Interferometertechnik gegenüber dem bestehenden System, wie z. B. solchen, die die Resonanzfrequenz des Resonators durch Betrachtung der Abtastspannung verfolgen, besteht darin, dass dies in der Lage ist, das Laserrauschen zu unterdrücken und somit das Signal um die gesamte Größenordnung zu verstärken. Abgesehen davon, dass diese Methode einfach zu konstruieren und kostengünstig ist, eignet sie sich besonders für die Untersuchung oder Ausnutzung der Eigenschaften einer Vielzahl von Flächenmotor-Captive und für den Rippennachweis einzelner Moleküle wie z.B. Influenza, ein Virus. Um mit der Montage des Referenzinterferometers zu beginnen, richten Sie eine 600 bis 800 Nanometer große Singlemode-Glasfaser auf den Eingang eines Drei-DB-Richtkopplers.

Eine der Ausgangsfasern dieses Kopplers sollte eine 16 Fuß lange Reihe von Schleifen bilden, um eine optische Verzögerung hinzuzufügen. Die verbleibende Ausgangsfaser sollte an einen Polarisationsregler geklemmt werden, der später zur Abstimmung der optischen Übertragung verwendet wird. Nach dem Anschließen dieser Fasern an die Eingangsanschlüsse eines zweiten Drei-DB-Richtkopplers dienen die fotogemischten Ausgangssignale als Eingänge für einen symmetrischen Fotodetektor.

Dieses Netzwerk optischer Komponenten kann auf einem dreistufigen Regal untergebracht werden, das in einem in Styropor geschlossenen Acrylbecken liegt, das mit 50 % Eis gemischt mit 50 % flüssigem Wasser gefüllt wird. Beide müssen jedoch sorgfältig im Gehäuse platziert werden, um eine Beschädigung der optischen Fasern zu vermeiden. Es ist dann möglich, dies in eine bestehende Konfiguration zu integrieren, die in der Lage ist, einen Mikrokavität im Flüstergaleriemodus zu sondieren.

Stellen Sie zunächst sicher, dass der Sondenblazer-Ausgang am anfänglichen Drei-DB-Richtkoppler empfangen wird, um den Laservorschub linear mit einem Spitze-zu-Spitze-Rampensignal von 100 Herz/1 Volt abzutasten. Der Ausgang des Balance-Photodetektors sollte dann sinusförmig werden. Der nächste Schritt besteht darin, den Polarisationsregler entsprechend abzustimmen, um die Spitzenspannung der sinusförmigen Wellenform zu optimieren.

Um den Laser für die Dauerstrichausgabe zu konfigurieren, stellen Sie den Wellenformgenerator auf den Gleichstrommodus ein und stimmen Sie ihn so ab, dass das vorherige Signal um Null schwankt. Durch die Überwachung des Signals mit einem elektrischen Spektrumanalysator kann schließlich der freie Spektralbereich bestimmt werden. Dies kann erreicht werden, indem der Frequenzabstand zwischen dem Maximum bei Null und der ersten Null gefunden wird.

Befestigen Sie den Faserhalter an der motorisierten Verschiebungsstufe. Nachdem Sie FC A PC-Steckverbinder an einem Ende von zwei optischen Fasern angebracht haben, entfernen Sie die Pufferbeschichtung von den freiliegenden Enden mit einem Faserstripper. Reinigen Sie diese mit Aceton, gefolgt von Isopropanol.

Dann leichen Sie die letzten Facetten. Achten Sie darauf, die überschüssigen Fasern sicher zu entsorgen. Der nächste Schritt ist die Diffusion.

Spleißen Sie diese Fasern beim Spleißen zusammen. Klemmen Sie die rechte und linke Begrenzung des neuen Fasersegments an einen Faserhalter, so dass es sich in der Nähe eines Wasserstoffgasauslasses befindet und durch ein optisches Mikroskopobjektiv gesehen werden kann. Wenn Wasserstoffgas freigesetzt wird, stabilisiert sich der Kanaldruck und die Durchflussrate beträgt 110 Milliliter pro Minute.

Zünden Sie den Wasserstoff bei gleichzeitiger Überwachung der optischen Übertragung, indem Sie das Photodetektorsignal auf einem Oszilloskop linear betrachten. Ziehen Sie die Faser mit einer benutzerdefinierten Laborsoftware. Sie sollten feststellen, dass die Faserbreite allmählich abnimmt und dass die übertragene Intensität aufgrund von Multimode-Interferenzen zu oszillieren beginnt.

Sobald die übertragene Intensität nicht mehr schwankt, hören Sie auf, an der Faser zu ziehen. Dies markiert den Punkt, an dem die Verjüngung dünn genug ist, um einen einzelnen Hüllmodus zu unterstützen. Lösen Sie den Faserhalter vom Translationstisch und befestigen Sie ihn in der Nähe der PAs und des elektrischen Tisches, die Ihre Mikrokavität stützen.

Während dieses Teils des Verfahrens muss ein Reinraumanzug getragen werden, um eine Kontamination der Proben mit Fremdpartikeln zu vermeiden. Dazu gehören Schuhüberzieher, eine Gesichtsmaske, eine Schutzbrille, ein Haarnetz und ein Paar Latexhandschuhe. Nachdem Sie Ihre Workstation eingerichtet haben, holen Sie sich die monodispersen heiligen Stern-Mikrosphären mit einem Radius von 50 Nanometern, die bei Nichtgebrauch bei vier Grad Celsius hätten gelagert werden sollen.

Sobald eine 10 Pikomolare Lösung von Mikrosphären in ECCOs phosphatgepufferter Kochsalzlösung oder DPBS hergestellt wurde, stellen Sie mit einer Mikropipette eine reine DPBS-Lösung in einem Ein-Milliliter-Zentrifugenröhrchen her. Injizieren Sie anschließend 900 Mikroliter DPBS in zwei weitere Röhrchen. Denken Sie daran, dass für verschiedene Mischungen separate Pipettenspitzen verwendet werden sollten.

Um die verdünnten molaren und 100 Femto molaren Lösungen von Mikrosphären in DPBS herzustellen, extrahieren Sie 100 Mikroliter aus Ihrer ursprünglichen 10 Pico-molaren Lösung und geben Sie diese in eines der Röhrchen mit 900 Mikrolitern DPBS. Kurz vortexen, den Inhalt mischen, dann 100 Mikroliter aus der einen Picomollösung entfernen und den vorherigen Schritt für die restlichen zwei wiederholen. Öffnen Sie anschließend die Deckel der Zentrifuge.

Platzieren Sie die Lösungen darin und stellen Sie sicher, dass die Positionen zu Gleichgewichtszwecken gestaffelt sind. Schließen Sie die Deckel Und starten Sie einen 30-minütigen Schleuderzyklus Öffnen Sie nach Abschluss der Ausführung die Deckel und entfernen Sie vorsichtig die Lösungen. Befestigen Sie die Röhrchen in einer Trockenkammer.

Schrauben Sie die Verschlüsse leicht ab und evakuieren Sie die Kammer, um die Mischungen zu entgasen, tauchen Sie das Trockenmittel teilweise in das Bad eines Ultraschallats und beschießen Sie die Lösungen 30 Minuten lang mit Ultraschallwellen. Nehmen Sie anschließend die Kammer aus der Badewanne. Entfernen, entfernen, entfernen, wieder mit Luft füllen und die Lösungen auffangen.

Denken Sie daran, die Verschlüsse an den Zentrifugenröhrchen zuzuschrauben. Die nächsten Schritte konzentrieren sich auf den Bau eines Flüssigkeitszufuhrsystems. Sobald ein Ständer gebaut ist, schneiden Sie ein Segment des mikrofluidischen Tubulus ab, das etwas länger als einen Fuß ist.

Stecken Sie eine Spritzenspitze in ein Ende und verbinden Sie sie mit dem Lur-Lock-Anschluss einer Fassplünderbaugruppe. Schrauben Sie dann zwei Spritzenspitzen an beide Enden eines Wilden. Führen Sie eine dieser Spritzenspitzen in das freiliegende Ende des mikrofluidischen Tubulus ein und befestigen Sie sie an der Stativstütze.

Das mikrofluidische System direkt hinter der Probe muss das Verschütten minimieren. Fokussieren Sie das vertikale Mikroskopobjektiv neu, um ein scharfes Bild der Faserverjüngung zu erhalten. Wiederholen Sie diesen Vorgang für das horizontale Mikroskopobjektiv.

Sie können dann Ihre Probe auf den Nanopositionierer montieren und sie in Richtung der Mitte des Faserkegels verschieben. In diesem Fall wird die Mikrosphäre Kieselsäure O verwendet. Als nächstes scannen Sie die Wellenlänge des Lasers, um einen geeigneten Resonanzabfall auf dem Oszilloskop zu erhalten.

Wenn Sie den Qualitätsfaktor des Mikrokavators beurteilt haben, bewegen Sie den Faserkegel vorsichtig von der Struktur weg. Wenn sich der Faserkegel nahe genug an der Mikrokavität befindet, ziehen die Kräfte von Vander Wall sie zusammen, so dass sie sich berühren. Dies führt wahrscheinlich zu einer Überkopplung, die Sie durch Trennen der Strukturen korrigieren können. Befüllen Sie erneut eine Pastellpipette mit Wasser und fügen Sie Tropfen hinter den Mikrohohlraum hinzu, so dass das umgebende dielektrische Medium zu dieser Flüssigkeit wird.

Sie sind nun bereit, Lösungen zur Probe zu leiten. Nachdem das Referenzinterferometrie-System eingerichtet ist, konfigurieren Sie die Trigger-Einstellungen des Oszilloskops und führen Sie eine hausgemachte Software aus, um Spuren zu sammeln. Sie können dann Resonanzkurven für die Pufferlösung erhalten, die höchstens eine Frequenzaufteilung aufweisen sollten, Reanimationskurven für die Nanopartikellösungen von der niedrigsten zur höchsten Konzentration.

Hier sollten Sie mit Verschiebungen der durchschnittlichen und geteilten Häufigkeit rechnen, die Bindungsereignissen entsprechen. Die Trace-Daten können mit Hilfe von MATLAB-Skripten verarbeitet werden, und in diesem speziellen Beispiel kann der Qualitätsfaktor durch den Vergleich der Resonanzstruktur im oberen Subplot mit dem Interferometersignal abgerufen werden. Im unteren Teildiagramm liegt der Qualitätsfaktor dieses speziellen Laufs bei etwa 200 Millionen für das Eintauchen in die Pufferlösung.

Des Weiteren können Spektrogramme vor der Kalibrierung, Spektrogramme nach der Kalibrierung und Grundrauschwellenformen erzeugt werden, nachdem die Referenzinformanten durch dieses Verfahren konstruiert wurden. Inzwischen sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie diese Funktionsvielfalt der Bewohnerhilfe funktioniert und wie Sie sie in Ihr eigenes System einbinden können. Außerdem sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie Selbstreferenzerkennungen durch die Hohlräume des Flüsterfehlermodus durchführen können.