La mise en œuvre d'un interféromètre de référence pour Nanodetection

L'objectif général de cette procédure est de créer un interféromètre de référence utilisant la détection en mode de galerie d'écho pour identifier des particules dont le diamètre est de l'ordre de dizaines de nanomètres, et ce avec un facteur de qualité extrêmement élevé. Dans le mode de galerie d'écho, la microcavité et le photon de résonance circulent à l'intérieur de celle-ci des centaines de milliers de fois. Cela entraîne des changements notables des propriétés optiques lorsque une particule se dépose sur la microcavité.

Si la diffusion rétrograde est suffisamment forte et que les pertes de la cavité sont suffisamment faibles, des modes para apparaissent expérimentalement. Cela produira un effet de scission de fréquence et une absorption des particules se produit. Un décalage de fréquence interviendra alors.

L'avantage principal de cette technique d'interféromètre de référence par rapport aux systèmes existants, tels que ceux qui suivent la fréquence de résonance d'une cavité en analysant la tension de balayage, est qu'elle permet de supprimer le bruit du laser et donc d'amplifier le signal d'un ordre de grandeur entier. En outre, cette méthode étant facile à construire et économique, elle est particulièrement adaptée à l'étude ou à l'exploitation des propriétés d'une grande variété de moteurs en zone confinée ainsi qu'à la détection sensible de molécules uniques telles que l'influenza, un virus. Pour commencer l'assemblage de l'interféromètre de référence, dirigez une fibre optique monomode de 600 à 800 nanomètres vers l'entrée d'un coupleur directionnel de 3 dB.

Une des fibres de sortie de ce coupleur doit former une série de boucles de 16 pieds de long afin d'ajouter un retard optique. L'autre fibre de sortie doit être fixée à un contrôleur de polarisation, qui sera utilisé ultérieurement pour ajuster la transmission optique. Après avoir raccordé ces fibres aux ports d'entrée d'un deuxième coupleur directionnel de trois dB, les signaux de sortie photomélangés serviront alors d'entrées pour un photodétecteur équilibré.

Ce réseau de composants optiques peut être installé sur une unité de rayonnage à trois niveaux, placée dans un bac acrylique fermé contenant une boîte en polystyrène remplie d’un mélange à 50 % de glace pilée et à 50 % d’eau liquide ; la glace pilée est préférable aux glaçons pour des raisons de stabilité. Toutefois, il faut manipuler avec précaution les deux types de glace lors de leur placement dans l’enceinte afin d’éviter d’endommager les fibres optiques. Il est ensuite possible d’intégrer ce dispositif dans une configuration existante capable d’analyser une microcavité à mode de galerie chuchotante.

Tout d'abord, assurez-vous que le signal de sortie du laser à sonde est reçu par le coupleur directif DB des trois premiers points afin de balayer linéairement l'alimentation du laser avec un signal en rampe de 100 hertz et d'un volt crête à crête. La sortie du détecteur photoélectrique équilibré doit alors devenir sinusoïdale. L'étape suivante consiste à régler correctement le contrôleur de polarisation afin d'optimiser la tension crête à crête de l'onde sinusoïdale.

Pour configurer le laser en mode onde continue, réglez le générateur de forme d'onde sur le mode CC et ajustez-le afin que le signal précédent oscille autour de zéro. En surveillant le signal à l'aide d'un analyseur de spectre électrique, on peut finalement déterminer l'écart spectral libre. Ceci s'obtient en mesurant l'écart de fréquence entre le maximum à fréquence nulle et le premier minimum.

Fixez le support de fibre au palier de translation motorisé. Après avoir ajouté des connecteurs FC A PC à une extrémité de deux fibres optiques, retirez le revêtement de protection des extrémités exposées à l’aide d’un dénudeur de fibre. Nettoyez-les avec de l’acétone, puis de l’isopropanol.

Ensuite, dénudez les facettes des extrémités. Veillez à éliminer en toute sécurité la fibre excédentaire. L'étape suivante est la diffusion.

Assembler ces fibres ensemble après le raccordement. Fixer les bords droit et gauche du nouveau segment de fibre sur un support de fibre de manière qu’il soit proche d’une sortie de gaz hydrogène et qu’il puisse être observé à travers l’objectif d’un microscope optique. Lorsque le gaz hydrogène est libéré, la pression dans le canal se stabilise et le débit atteint 110 millilitres par minute.

Allumez l'hydrogène tout en surveillant la transmission optique en observant le signal du photodétecteur sur un oscilloscope en mode linéaire. Tirez sur la fibre à l'aide d'un logiciel conçu pour un usage en laboratoire. Vous devriez remarquer que le diamètre de la fibre diminue progressivement et que l'intensité transmise commence à osciller en raison d'interférences multimodales.

Une fois que l'intensité transmise cesse de varier, arrêtez de tirer sur la fibre. Ceci marque le point où le rétrécissement est suffisamment fin pour supporter un seul mode de gaine. Détachez le porte-fibre de la platine de translation et fixez-le près des amplificateurs acoustiques et de la platine électrique qui soutiendront votre microcavité.

Pendant cette étape de la procédure, une combinaison de salle propre doit être portée afin d'éviter de contaminer les échantillons par des particules étrangères. Cela inclut des surchaussures, un masque facial, une protection oculaire, une charlotte et une paire de gants en latex. Après avoir préparé votre poste de travail, récupérez les microsphères monodisperses de 50 nanomètres de rayon marquées au tétraéthylrhodamine, qui doivent avoir été conservées à quatre degrés Celsius lorsqu'elles ne sont pas utilisées.

Une fois qu'une solution de 10 picomolaires de microsphères dans du tampon phosphaté salin ECCOs ou du DPBS a été préparée, préparez une solution de DPBS pur dans un tube de centrifugeuse d'un millilitre à l'aide d'une micropipette. Ensuite, ajoutez 900 microlitres de DPBS dans deux autres tubes. Gardez à l'esprit qu'il faut utiliser des embouts de pipette distincts pour les différents mélanges.

Pour préparer les solutions diluées de microsphères à une picomolaire et à 100 femtomolaires dans le DPBS, prélevez 100 microlitres à partir de votre solution d'origine de 10 picomolaires et versez-les dans l'un des tubes contenant 900 microlitres de DPBS. Vortexez brièvement, mélangez le contenu, puis retirez 100 microlitres de la solution d'une picomolaire et répétez l'étape précédente pour les deux autres tubes restants. Ensuite, ouvrez les couvercles de la centrifugeuse.

Placer les solutions à l'intérieur, en veillant à ce que les positions soient décalées pour des raisons d'équilibre. Fermer les couvercles et lancer un cycle de rotation de 30 minutes. Une fois terminé, ouvrir les couvercles et retirer soigneusement les solutions. Placer les tubes dans une enceinte desséchante.

Dévissez légèrement leurs bouchons et faites le vide dans l'enceinte pour dégazer les mélanges, immergez partiellement le dessiccateur dans le bain d'un sonicateur et soumettez les solutions à des ondes ultrasonores pendant 30 minutes. Ensuite, retirez l'enceinte du bain. Retirez, retirez, retirez, rechargez-la d'air et récupérez les solutions.

N'oubliez pas de visser fermement les bouchons sur les tubes de centrifugeuse. Les étapes suivantes consisteront à construire un système de distribution de fluide. Une fois le support assemblé, coupez un segment de tubulure microfluidique légèrement plus long qu'un pied.

Insérez une embout de seringue à une extrémité et reliez-le au raccord Luer lock d'un ensemble de piston. Ensuite, vissez deux embouts de seringue aux deux extrémités d'un tube. Insérez l'un de ces embouts de seringue à l'extrémité exposée du tube microfluidique et fixez-le au support.

Le système microfluidique directement situé derrière l'échantillon doit minimiser les déversements. Recadrez l'objectif du microscope vertical afin d'obtenir une image nette du rétrécissement de la fibre. Répétez cette opération pour l'objectif du microscope horizontal.

Vous pouvez ensuite monter votre échantillon sur le nano-positionneur et le déplacer vers le centre du rétrécissement de fibre. Dans ce cas, une microsphère en silice O est utilisée. Ensuite, balayez la longueur d'onde du laser afin d'obtenir un pic de résonance approprié sur l'oscilloscope.

Une fois que vous avez évalué le facteur de qualité de la microcavité, éloignez soigneusement son embout de fibre de la structure. Si l'embout de fibre est suffisamment proche de la microcavité, les forces de Van der Waals les attireront l'une vers l'autre jusqu'à ce qu'elles entrent en contact. Cela provoquera probablement un couplage excessif, que vous pourrez corriger en écartant à nouveau les structures. Remplissez alors une pipette pastel avec de l'eau et ajoutez-y des gouttes derrière la microcavité afin que le milieu diélectrique environnant devienne ce liquide.

Vous êtes maintenant prêt à faire circuler des solutions vers l'échantillon. Maintenant que le système d'interférométrie de référence est configuré, réglez les paramètres de déclenchement de l'oscilloscope et exécutez le logiciel maison pour acquérir les tracés. Vous pouvez ensuite enregistrer les courbes de résonance pour la solution tampon, qui ne devrait au maximum présenter qu'une séparation de fréquence, puis enregistrer successivement les courbes de résonance pour les solutions de nanoparticules, en commençant par la concentration la plus faible jusqu'à la plus élevée.

Ici, vous devez vous attendre à observer des décalages de fréquence moyens et séparés qui correspondent à des événements de liaison. Les données de tracé peuvent être traitées à l'aide de scripts MATLAB, et dans cet exemple particulier, le facteur de qualité peut être obtenu en comparant la structure de résonance dans le sous-graphique supérieur au signal de l'interféromètre. Dans le sous-graphique inférieur, le facteur de qualité de cet essai particulier est d'environ 200 millions pour une immersion dans la solution tampon.

En outre, des spectrogrammes avant étalonnage, des spectrogrammes après étalonnage et des formes d'onde du bruit de fond peuvent être générés après avoir construit les informateurs de référence selon cette procédure. À ce stade, vous devriez bien comprendre cette variété de dispositifs d'assistance intégrés et savoir comment les coupler à votre propre système. Par ailleurs, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'effectuer des détections auto-référencées au moyen des cavités en mode d'erreur chuchotée.