Synthèse et exploitation des Fluorescent-core Microcavités de détection réfractométrique

L’objectif global de cette procédure est de développer une technologie de capteur microfluidique. Ceci est accompli en fabriquant d’abord des dispositifs potentiels en codant des capillaires avec la couche de points quantiques de silicium. La deuxième étape consiste à déterminer quels échantillons répondent aux exigences de base pour une utilisation en tant que capteur.

Ensuite, un dispositif de capteur est connecté à un système de micro-pompage pour permettre l’introduction d’analytes. La dernière étape consiste à collecter des spectres fluorescents et à analyser les résultats. En fin de compte, la microscopie à fluorescence est utilisée pour montrer la détection métrique réfractaire des fluides dans un canal capillaire.

Les principaux avantages de ce dispositif comprenaient sa petite taille, sa compatibilité microfluidique et le fait que l’on peut facilement imaginer qu’un dispositif complet soit construit à partir d’un ensemble de composants assez peu coûteux. Grâce au canal microfluidique, tout fluide peut être pompé à l’intérieur du capillaire. La partie la plus difficile est de fonctionnaliser la surface afin de se lier à des analytes spécifiques.

Cet appareil a un large éventail d’applications potentielles, telles que la sécurité alimentaire, l’analyse des eaux souterraines ou même les soins de santé. La partie la plus difficile de cet appareil est que la préparation de la fabrication des échantillons est très délicate et qu’il y a un taux de réussite très faible car la plus petite chose peut entraîner un échec dans la préparation de l’échantillon. Une démonstration visuelle de cette technique permet d’augmenter le taux de réussite.

Commencez par la préparation des micro-capillaires. Procurez-vous des capillaires de silice auprès d’un fournisseur commercial. Choisissez un diamètre intérieur d’environ 25 à 30 micromètres pour des résonances spectrales plus éloignées, ou un diamètre intérieur d’environ 100 micromètres.

Pour des résonances plus rapprochées avec des facteurs de qualité plus élevés, de grands diamètres extérieurs garantiront des micro-cavités plus durables et plus faciles à manipuler. Ensuite, utilisez un couperet en fibre de diamant pour couper des morceaux de capillaire d’environ 10 centimètres du rouleau. Chaque pièce constitue un échantillon unique.

Chauffez les échantillons dans un four tubulaire à 650 degrés Celsius pendant une heure dans de l’oxygène. Ce processus permet d’enlever la gaine en polyamide coloré pour exposer le capillaire de silice à l’intérieur. Attendez que les échantillons reviennent à température ambiante avant de continuer.

Obtenez de l’hydrogène YLS OX ou HSQ dans l’une de ses solutions d’oxydes fluides et ajustez sa concentration à une plage appropriée pour la formation de points quantiques. Cela nécessitera quelques essais et erreurs pour un capillaire. Avec un rayon de 25 à 30 micromètres, une solution d’environ 25 % en poids est une bonne cible.

Une fois les étapes préparatoires terminées, produisez un capillaire enrobé en trempant les capillaires préparés dans le HSQ et la solution d’oxyde fluide. Le ménisque doit être visible lorsque la solution est aspirée dans le canal. Lorsque le ménisque atteint le haut, retirez le capillaire et placez-le dans un verre, un creuset à genoux.

Répétez cette opération pour 20 à 30 capillaires en utilisant deux concentrations différentes de solutions HSQ. En poids, pendant que les capillaires sont remplis dans l’air, la solution d’oxyde fluide est maintenue réfrigérée dans une boîte à gants de possible pour minimiser l’exposition de la solution à l’oxygène et à la vapeur d’eau. Les points quantiques sont formés dans la matrice de silice.

Pendant le processus de recuit, placez les capillaires dans un four réglé pour augmenter la température de la température ambiante à 300 degrés Celsius pendant 30 minutes. Restez à cette température pendant trois heures, puis augmentez à 1100 degrés Celsius en 45 minutes et restez à cette température pendant une heure. Laissez le capillaire refroidir lentement à température ambiante pendant environ 12 heures.

Ce processus aboutit à 20 à 30 capillaires dont les parois sont recouvertes d’une couche de points quantiques fluorescents intégrés dans une matrice de silice. Pour caractériser les échantillons, utilisez un microscope à fluorescence capable d’effectuer à la fois l’imagerie et la spectroscopie dans la gamme de longueurs d’onde de 700 à 900 nanomètres. Placez une rangée de capillaires candidats sur la scène de manière à ce qu’il soit facile de passer de l’un à l’autre.

Pour une analyse visuelle rapide, excitez chaque capillaire avec un rayonnement bleu ou ultraviolet, soit dans l’espace libre sur la platine du microscope, soit directement à travers la lentille de l’objectif. À l’aide d’un filtre dichroïque, observez la fluorescence des capillaires à l’aide de l’oculaire ou d’une caméra couleur. Si la fabrication a réussi, les capillaires présenteront une fluorescence rouge vif Les capillaires présentant une fluorescence jaune-orange, ou aucune fluorescence, indiquent une faible concentration de HSQ pendant la fabrication.

Ceux-ci doivent être jetés avec ceux avec un film fissuré ou texturé. Les spectres de points quantiques devraient être intenses dans la gamme de 700 à 900 nanomètres. Les spectres prélevés sur la paroi capillaire interne doivent montrer de fortes oscillations dues à la présence d’un mode de galerie de chuchotement, écartez tous les échantillons qui ne montrent pas de signes de ce mode.

Ensuite, préparez des échantillons pour l’analyse métrique réfractaire. Utilisez un adhésif approprié pour fixer chaque extrémité d’un capillaire candidat à un tube en polyéthylène ou similaire pour transporter les fluides dans et loin du capillaire. Après avoir collé le premier tube, attendez qu’il durcisse avant d’essayer de coller l’autre côté.

Le diamètre intérieur des tubes doit être légèrement supérieur au diamètre extérieur du capillaire. Faites attention à ce que l’adhésif ne s’infiltre pas dans le canal capillaire et ne le bloque. Ensuite, connectez le tube avec la seringue à un système de micro-pompage.

Soyez prêt à pomper des composés avec des indices de réfraction bien connus tels que le méthanol, l’éthanol et l’eau. Pompez chaque fluide un par un dans le capillaire pour déterminer la sensibilité métrique réfractive de l’appareil. Collectez des spectres avec chaque liquide à l’intérieur du capillaire.

Utilisez un analyseur dans le trajet de la lumière pour mesurer les décalages dans les modes de la galerie de chuchotements avec chaque solution différente dans le capillaire. S’il n’y a pas de décalage observable, le film quantique est trop épais et le capillaire doit être jeté. Les échantillons réussis ont généralement une sensibilité de cinq à 15 nanomètres par solution.

Les données d’unité d’indice de réfraction sont collectées à l’aide de la configuration de la métrique de réfraction. Commencez par prendre un spectre de référence d’un capillaire de capteur pour les applications de biodétection. Cela doit être fait après la fonctionnalisation de la surface du canal.

Pour atteindre des limites de détection basses, il faut veiller à minimiser la dérive de l’échantillon. Utilisez également un étalon d’étalonnage pour corriger la longueur d’onde et l’intensité du spectromètre. Enfin, collectez des données spectrales avec l’analyte introduit dans le capillaire du capteur.

Analysez les données avec les méthodes décrites dans le manuscrit. La configuration peut être programmée pour prendre des spectres en continu pendant que les analytes sont pompés dans le canal capillaire. En haut se trouve un ensemble de spectres pris lorsque le méthanol, puis l’eau, puis l’éthanol ont été pompés dans le capillaire.

Les spectres ont été pris séquentiellement du rouge au bleu. Cette figure montre le spectre de puissance le plus élevé de chaque spectre fluorescent. La 40e composante représente la principale oscillation observable du mode galerie de chuchotement.

Les différences de phase pour la 40e composante ont été converties en décalages de longueur d’onde et tracées en fonction du temps. Comme on le voit ici. Les barres d’erreur représentent un écart-type du décalage de crête pour 60 mesures.

L’encart montre la sensibilité moyenne sur la plage d’indices de réfraction du méthanol à l’éthanol. Notez que l’analyse des données de séries chronologiques continues révèle une augmentation des données de décalage entre l’eau et le méthanol. Ceci est cohérent avec la présence d’une petite région de mélange avec un indice de réfraction plus élevé que l’une ou l’autre des phases pures Une fois masterisé.

Cette technique peut prendre quelques heures, mais jusqu’à quelques jours.