Name: סינתזה והפעלה של microcavities פלורסנט ליבות לחישת Refractometric (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-03-13T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 12 s
Description: למד לסנתז ולהפעיל microcavities פלורסנטיות ליבות לחישת שינויי מקדם השבירה בנוזלים. שיטה זו משתמשת בציפוי נקודות קוונטיות מסיליקון בקפילרות זכוכית ומיקרוסקופיית פלואורסצנציה.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה מומן על ידי NSERC, קנדה.

<ol><li>Mairhofer, J., Roppert, K., Ertl, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Systems+for+Pathogen+Sensing%5BTitle%5D)+AND+%22A+Review.+Sensors%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Systems for Pathogen Sensing.</a> A Review. Sensors. 9, 4804-4823 (2009).</li>
<li>Jokerst, J. J., Emory, J. M., Henry, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+microfluidics+for+environmental+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">Advances in microfluidics for environmental analysis.</a> Analyst. 137, 24-34 (2012).</li>
<li>Neethirajan, N., Kobayashi, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidics+for+food%2C+agriculture+and+biosystems+industries%5BTitle%5D)+AND+%22Lab+on+a+Chip%22%5BJournal%5D)">Microfluidics for food, agriculture and biosystems industries.</a> Lab on a Chip. 11, 1574-1586 (2011).</li>
<li>Amarie, D., Alileche, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microfluidic+Devices+Integrating+Microcavity+Surface-Plasmon-Resonance+Sensors%3A+Glucose+Oxidase+Binding-Activity+Detection%5BTitle%5D)+AND+%22Analytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">Microfluidic Devices Integrating Microcavity Surface-Plasmon-Resonance Sensors: Glucose Oxidase Binding-Activity Detection.</a> Analytical Chemistry. 82, 343-352 (2010).</li>
<li>Biacore Life Sciences [Internet]. , Biacore. Available from:
		
	 <a target="_blank" href="http://www.biacore.com/lifesciences/index.html">http://www.biacore.com/lifesciences/index.html</a> (2013).</li>
<li>Vollmer, F., Arnold, S., Keng, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+virus+detection+from+the+reactive+shift+of+a+whispering-gallery+mode%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Single virus detection from the reactive shift of a whispering-gallery mode.</a> PNAS. 105, 20701-20704 (2008).</li>
<li>Armani, A. M., Kulkarni, R. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-Molecule+Detection+with+Optical+Microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Single-Molecule Detection with Optical Microcavities.</a> Science. 317, 783-787 (2007).</li>
<li>Arnold, S., Shopova, I., Holler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whispering+gallery+mode+bio-sensor+for+label-free+detection+of+single+molecules%3A+thermo-optic+vs.+reactive+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Whispering gallery mode bio-sensor for label-free detection of single molecules: thermo-optic vs. reactive mechanism.</a> Optics Express. 18, 281-287 (2009).</li>
<li>Vollmer, F., Braun, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Protein+detection+by+optical+shift+of+a+resonant+microcavity%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Protein detection by optical shift of a resonant microcavity.</a> Applied Physics Letters. 80, 4057-4059 (2002).</li>
<li>Rayleigh, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+problem+of+the+whispering+gallery%5BTitle%5D)+AND+%22Philosophical+Magazine%22%5BJournal%5D)">The problem of the whispering gallery.</a> Philosophical Magazine. 20, 115-120 (1910).</li>
<li>White, I. M., Oveys, H., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Liquid-core+optical+ring-resonator+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Liquid-core optical ring-resonator sensors.</a> Optics Letters. 9, 1319-1321 (2006).</li>
<li>Rodriguez, J. R., Bianucci, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whispering+gallery+modes+in+hollow+cylindrical+microcavities+containing+silicon+nanocrystals%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Whispering gallery modes in hollow cylindrical microcavities containing silicon nanocrystals.</a> Applied Physics Letters. 92, 131119(2008).</li>
<li>Bianucci, P., Rodriguez, J. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Whispering+gallery+modes+in+silicon+nanocrystal+coated+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Physica+Status+Solidi+A%22%5BJournal%5D)">Whispering gallery modes in silicon nanocrystal coated microcavities.</a> Physica Status Solidi A. 206, 965(2009).</li>
<li>Hessel, C. M., Henderson, E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+Silsesquioxane%3A+A+Molecular+Precursor+for+Nanocrystalline+Si-SiO2+Composites+and+Freestanding+Hydride-Surface-Terminated+Silicon+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Hydrogen Silsesquioxane: A Molecular Precursor for Nanocrystalline Si-SiO2 Composites and Freestanding Hydride-Surface-Terminated Silicon Nanoparticles.</a> Chemistry of Materials. 18, 6139-6146 (2006).</li>
<li>Poon, A. W., Chang, R. K., Lock, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spiral+morphology-dependent+resonances+in+an+optical+fiber%3A+effects+of+fiber+tilt+and+focused+Gaussian+beam+illumination%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Spiral morphology-dependent resonances in an optical fiber: effects of fiber tilt and focused Gaussian beam illumination.</a> Opt. Lett. 23, 1105-1107 (1998).</li>
<li>Silverstone, J. W., McFarlane, S., Manchee, C. P. K., Meldrum, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultimate+resolution+for+sensing+with+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Ultimate resolution for sensing with microcavities.</a> Optics Express. 20, 8284-8295 (2012).</li>
<li>Stancik, A. L., Brauns, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+simple+asymmetric+lineshape+for+fitting+infrared+absorption+spectra%5BTitle%5D)+AND+%22Vibrational+Spectroscopy%22%5BJournal%5D)">A simple asymmetric lineshape for fitting infrared absorption spectra.</a> Vibrational Spectroscopy. 47, 66-69 (2008).</li>
<li>Lomb, N. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Least-squares+frequency+analysis+of+unequally+spaced+data%5BTitle%5D)+AND+%22Astrophysics+and+Space+Science%22%5BJournal%5D)">Least-squares frequency analysis of unequally spaced data.</a> Astrophysics and Space Science. 39, 447-462 (1976).</li>
<li>Scott, R. P. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+thermodynamic+properties+of+methanol-water+association+and+its+effect+on+solute+retention+in+liquid+chromatography%5BTitle%5D)+AND+%22Analyst%22%5BJournal%5D)">The thermodynamic properties of methanol-water association and its effect on solute retention in liquid chromatography.</a> Analyst. 125, 1543-1547 (2000).</li>
<li>Manchee, C. P. K., Zamora, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refractometric+sensing+with+fluorescent-core+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Refractometric sensing with fluorescent-core microcavities.</a> Optics Express. 19, 21540-21551 (2011).</li>
<li>Teraoka, I., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancing+Sensitivity+of+a+Whispering+Gallery+Mode+Microsphere+Sensor+by+a+High-Refractive+Index+Surface%5BTitle%5D)+AND+%22Layer.+J.+Opt.+Soc.+Am.+B%22%5BJournal%5D)">Enhancing Sensitivity of a Whispering Gallery Mode Microsphere Sensor by a High-Refractive Index Surface.</a> Layer. J. Opt. Soc. Am. B. 23, 1434-1441 (2006).</li>
<li>Huang, G., Bolanos Quinones, V. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rolled-up+optical+microcavities+with+subwavelength+wall+thicknesses+for+enhanced+liquid+sensing+applications%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Rolled-up optical microcavities with subwavelength wall thicknesses for enhanced liquid sensing applications.</a> ACS Nano. 4, 3123-3130 (2010).</li>
<li>Fan, X. D., White, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Overview+of+novel+integrated+optical+ring+resonator+bio%2Fchemical+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+Society+of+Photo-Optical+Instrumentation+Engineers+%28SPIE%29%22%5BJournal%5D)">Overview of novel integrated optical ring resonator bio/chemical sensors.</a> Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 6452, M4520-M4520 (2007).</li>
<li>White, I. M., Zhu,, et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refractometric+sensors+for+lab-on-a-chip+based+on+optical+ring+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sensors+J%22%5BJournal%5D)">Refractometric sensors for lab-on-a-chip based on optical ring resonators.</a> IEEE Sensors J. 7, 28-35 (2007).</li>
<li>Li, H., Fan, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+sensing+capability+of+optofluidic+ring+resonator+biosensors%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Characterization of sensing capability of optofluidic ring resonator biosensors.</a> Applied Physics Letters. 97, 011105(2010).</li>
<li>Zamora, V., Díez, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Refractometric+sensor+based+on+whispering+gallery+modes+of+thin+capillaries%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Refractometric sensor based on whispering gallery modes of thin capillaries.</a> Optics Express. 15, 12011-12016 (2007).</li>
<li>Suter, J. D., White, I. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+quantitative+DNA+detection+using+the+liquid+core+optical+ring+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Biosensors+and+Bioelectronics%22%5BJournal%5D)">Label-free quantitative DNA detection using the liquid core optical ring resonator.</a> Biosensors and Bioelectronics. 23, 1003-1009 (2008).</li>
<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>

אין לנו מה למסור.

microcavities פלורסנט ליבות יכול לשמש כחיישני refractometric. אמנם יש דוגמאות בודדות של microtubes &quot;מגולגל&quot; שיכול לשמש כחיישני microfluidic, 22 בהשוואה לmicrotubes, נימים תהיינה קלות יותר להשתלב setups microfluidic ויש יתרונות מעשיים רבים, שכן הם טפלו בקלות ופשוטה לממשק עם ניתוח התקנה. שימוש בשיטות ניתוח קונבנציונליות פורות, משמרות גל כי הם לפחות בסדר גודל קטן יותר מהמגרש של מערכת ספקטרוסקופיה ניתן לאתר. שיטה זו מאפשרת גם אינטגרציה לתוך מערכות מדידת sensorgram...

מערכות חישה כימית הדורשות נפחי מדגם קטנים בלבד, וכי ניתן לשלב את התקני כף יד או שדה מפורמטים יכולות להוביל לפיתוח של מגוון רחב של טכנולוגיות חדשות. טכנולוגיות מסוג זה יכול לכלול אבחון שדה למחלות ומזיקים, 1, 2 מזהמים סביבתיים ובטיחות מזון. 3 מספר טכנולוגיות נבדקות באופן פעיל לחיישנים כימיים microfluidic, עם מכשירים הבוסס על הפיזיקה של תהודות plasmon שטח (SPR) מהמתקדמים ביותר. 4 חיישנים אלה נמצאים כעת מסוגלים לאתר ביומולקולות ספציפית רבה וזכו להצלחה מסחרית, אם כי בעיקר כציוד מעבדה בקנה מידה גדול. 5 בשנים האחרונות, microcavities האופטי עלה להתחרות עם מערכות SPR מבוססים. Microcavities יכול להיות רגיש להפליא, עם יכולת מוכחת לגילוי וירוסים בודדים 6 ואולי אפילו היחידה ביומולקולות <sעד&gt; 7 (אשר נותר שנוי במחלוקת כלשהי, 8 אך אין ספק שמגבלות זיהוי ההמוניות הן 9 קטנים). בmicrocavities, מנגנון זיהוי מסתמך על שינויים בתהודות האופטיות הנגרמות על ידי הנוכחות של אנליטי במסגרת פרופיל השדה החשמלי של התהודה. בדרך כלל, אנליטי נתון יגרום לשינוי בתהודה בתדר מרכזי, ראות, או linewidth. כמו במערכות SPR, microcavities יכול לשמש כחיישני refractometric אינם ספציפיים, או כbiosensors פונקציונלי לניתוח ספציפי. microstructures דיאלקטרי עם חתך עגול (למשל microspheres, דיסקים, או צילינדרים) מתאפיין בתהודות אלקטרומגנטיים המכונות מצבים לוחשים הגלריה, או WGMs, מונח שראשיתה בחקירות של הלורד Rayleigh של אפקטים אקוסטיים מקבילים. 10 בעיקרון, WGM אופטי מתרחש כאשר גל circumnavigates צלב של מעגליection ידי השתקפות מוחלטת פנימית, וחוזר לנקודת ההתחלה שלו בשלב זה. דוגמה לתהודה אלקטרומגנטית לmicrosphere סיליקה מודגמת באיור 1 א. תהודה זו מאופיינת במקסימום אחד בכיוון רדיאלי (n = 1), ואילו סך של 53 אורכי גל שיתאים סביב הקו המשווה (l = 53), רק שחלקם הראה. חלק החלוף של עוצמת השדה משתרע לתוך המדיום מחוץ לגבולות התחום, ולכן WGM microsphere יכול לחוש את המדיום החיצוני. נימים הן דוגמה מעניינת במיוחד של חיישן WGM מבוסס. בעוד WGMs נימים, גלילי יכול להיוצר סביב החתך העגול, דומה למקרה לכדור. אם קיר הנימים דק מאוד, חלק מהשדה האלקטרומגנטי משתרע לתוך ערוץ הנימים (האיור 1b). לפיכך, נימים יכולות להיות חיישן microfluidic לanalytes הוזרק לתוך הערוץ. זה באס של מבצע של טבעת נוזלי ליבה האופטית מהוד (LCORR) 11. LCORRs להסתמך על הצימוד החולף של אור ממקור ליזר דיוק tuneable לחקור את WGMs. היבט חשוב של LCORR הוא שקירות הנימים חייבים להיות רזים (~ 1 מיקרומטר) כדי להבטיח שאת הדגימות במצב בינונית הערוץ. זה מציב כמה קשיים בייצורם וגורם להם להיות שביר מכאני. בעבודה שלנו, פתחו מבנה חלופי שאנו מכנים microcavity ליבת ניאון (FCM). 12,13 כדי ליצור FCM, אנו מעייל קירות הערוץ של נימים עם fluorophore גבוה שבירת מדד (במיוחד, שכבה נקודתי התחמוצת סיליקון משובץ קוונטים). המדד הגבוה של הסרט נדרש להגביל את הקרינה הנפלטת, ובכך לבנות את WGMs (האיור 1 ג). בניגוד לLCORR, בFCM המצבים להופיע כmaxima חד בספקטרום נפלט פלואורסצנטי. העובי שלסרט הוא חשוב וקריטי, ואם הוא סמיך מדי WGM לא לטעום את המדיום בערוץ הנימים, ואם הוא דק מדי כליאה האופטית אבד וWGMs להיות חלש. לפיכך, הייצור של FCM הוא תהליך קשה, שדורש הכנה מדוקדקת. זה הנושא המרכזי של המאמר הנוכחי.

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> טבלה של חומרים </td><td> חברה </td><td> קטלוג # </td><td> תגובות </td></tr><tr><td> סיליקה microcapillaries </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> צינור גמיש microbore </td><td></td><td></td><td> פוליאתילן, tygon, וכו &#39; </td></tr><tr><td> דביק </td><td> קמע, נועה ארצות הצפון </td><td></td><td></td></tr><tr><td> HSQ מומס בMIBK </td><td></td><td></td><td> למשל., FOX-15 </td></tr><tr><td> מתנול </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> אתנול </td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td> מים מזוקקים </td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table> טבלת 1. רשימה של חומרים המשמשים.

סינתזה והפעלה של microcavities פלורסנט ליבות לחישת refractometric

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

נייר זה דן בחיישני ליבת ניאון microcavity מבוסס שיכול לפעול בהתקנת ניתוח microfluidic. מבנים אלה מבוססים על היווצרות קוונטים-dot ציפוי ניאון (QD) על פני השטח של ערוץ microcapillary הקונבנציונלי. QDs הסיליקון הם אטרקטיבי במיוחד ליישום זה, בשל בחלקו לרעילות הזניחה בהשוואה לII-VI וQDs המתחם II-VI, אשר נשלטים חומרי תחיקה במדינות רבות. בעוד ספקטרום פליטת ההרכב הוא רחב וחסר ייחוד, סרט Si-QD על קיר הערוץ של תכונות נימי סט של פסגות חדות, צרות בספקטרום הקרינה, המקבילה לתהודות אלקטרומגנטיים לאור הלכוד בתוך הסרט. גל השיא של תהודות אלה רגיש למדיום החיצוני, ובכך מאפשר למכשיר לתפקד כחיישן refractometric בי QDs לא בא במגע פיזי עם את אנליטי. הניסויישיטות הקשורות לייצור של microcapillaries ניאון הליבות הם דנו בפירוט, כמו גם את שיטות הניתוח. לבסוף, השוואה נעשית בין המבנים הללו ואת תהודת הטבעת האופטית חקר נרחבת יותר נוזלי הליבה, במונחים של יכולות חישת microfluidic.

סטיות קטנות בהליך ייצור הנימים יכולות להוביל לשינויים משמעותיים בשיעור הצלחת המדגם. באיור 5 (מודעה), אנו מציגים דוגמאות מייצגות של נימים נכשלו, כמו גם מוצלחת. ככלל, האינדיקציה ויזואלית של מדגם מוצלח היא פלואורסצנטי אדום בשילוב עם עצמה גבוהה בקירות הנימים ופנים חסרי ייחוד. ספקטרום פלואורסצנטי גם מצביע בבירור את ההבדל בין הצלחה וכישלון (האיור 5e). מדגם טוב צריך להראות מוגדרות היטב (ראות ≈ 0.5) תנודות WGM בספקטרום. <p class="jove_content" style="...

חיישני microcavity פלורסנט ליבות להעסיק גבוה ציפוי מדד קוונטים-dot בערוץ של סיליקה microcapillaries. שינויים במקדם השביר של נוזלים נשאבים לתוך סיבת ערוץ נימי המשמרות בספקטרום פלואורסצנטי microcavity שניתן להשתמש בו כדי לנתח את מדיום הערוץ.

סינתזה והפעלה של microcavities פלורסנט ליבות לחישת Refractometric

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

המטרה הכוללת של הליך זה היא לפתח טכנולוגיית חיישן מיקרופלואידית. מטרה זו מושגת תחילה על ידי ייצור התקנים פוטנציאליים באמצעות ציפוי קפילריות בשכבת נקודות קוונטום של סיליקון. השלב השני הוא לקבוע אילו מהדגימות עומדות בדרישות הבסיסיות לשימוש כחיישן.בשלב הבא, התקן חיישן מחובר למערכת מיקרו-שאיבה כדי לאפשר את הכנסת האנליטים. השלב האחרון הוא איסוף ספקטרום פלואורסצנציה וניתוח התוצאות. לבסוף, נעשה שימוש במיקרוסקופיית פלואורסצנציה כדי להדגים חישוש רפרקטומטרי של נוזלים בערוץ קפילרי.היתרונות העיקריים של מכשיר זה כללו את גודלו הקטן, את התאימות שלו למיקרופלואידיקה, ואת העובדה שניתן לדמיין בקלות בנייה של מכשיר מלא מערכה של רכיבים זולים למדי. בשל תעלת המיקרופלואידיקה, ניתן להזרים כל נוזל לתוך הנימא. החלק המאתגר ביותר הוא פונקציונליזציה של הפני השטח כדי לאפשר קישור לאנליטים ספציפיים.למכשיר זה מגוון רחב של יישומים פוטנציאליים, כגון בטיחות מזון, ניתוח מי תהום או אפילו שירותי בריאות. החלק המאתגר ביותר במכשיר זה הוא הכנת הדגימה, שהיא רגישה מאוד, ושיעור ההצלחה בה נמוך מאוד מכיוון שכל פרט קטן עלול להוביל לכישלון בהכנת הדגימה. הדגמה חזותית של טכניקה זו מסייעת להעלות את שיעור ההצלחה.התחילו בהכנת מיקרו-קפילריות. השגין קפילריות סיליקה מספק מסחרי. בחרו קוטר פנימי של כ-25 עד 30 מיקרומטרים עבור תהודות ספקטרליות מופרדות יותר, או קוטר פנימי של כ-100 מיקרומטרים.עבור תהודות עם מרווחים צפופים יותר ומקדמי איכות גבוהים יותר, קטרים חיצוניים גדולים יבטיחו מיקרו-חללים עמידים יותר וקלים יותר למניפולציה. בשלב הבא, השתמשו בחוטך סיבים יהלום כדי לחתוך חתיכות של כ-10 centimeter של קפילרית מהגליל. כל חתיכה מהווה דגימה בודדת.חממו את הדגימות בתנור צינור בטמפרטורה של 650 °C למשך שעה אחת בחמצן. תהליך זה מסיר את מעטפת הפוליאמיד הצבעונית כדי לחשוף את קפילרת הסיליקה שבתוכה. המתינו עד שהדגימות יחזרו לטמפרטורת החדר לפני שתמשיכו.השג YLS OX או HSQ מימני באחד מתמיסות התחמוצת הזורמות שלו וכייל את ריכוזו לטווח מתאים ליצירת נקודות קוונטום. דבר זה יחייב ניסוי וטעייה עבור קפילרה. עבור רדיוס של 25 עד 30 מיקרומטר, תמיסה של כ-25% לפי משקל היא יעד טוב.לאחר השלמת שלבי ההכנה, הכינו קפילריה מצופה על ידי טבילה של הקפילריות שהוכנו לתוך תמיסת ה-HSQ והתחמוצת הזורמת. ניתן יהיה לראות את המניסקוס בעוד התמיסה נשאבת למעלה בערוץ. כאשר המניסקוס יגיע לחלק העליון, הוציאו את הקפילריה והניחו אותה בכלי זכוכית, כ crucible עם ברכיים.חזור על פעולה זו עבור 20 עד 30 קפילרות תוך שימוש בשני ריכוזים שונים של תמיסות HSQ. בעוד הקפילרות ממולאות באוויר, תמיסת התחמוצת הזורמת נשמרת בקירור בתוך תא כפפות במידה והדבר אפשרי, כדי למזער את חשיפת התמיסה לחמצן ולאדי מים. הנקודות הקוונטיות נוצרות בתוך מטריקת הסיליקה.במהלך תהליך ההשחיה, הכניסו את הנימיות לתנור המוגדר להעלות את הטמפרטורה מטמפרטורת החדר ל-300 °C במשך 30 דקות. המתינו בטמפרטורה זו למשך שלוש שעות, ולאחר מכן העלו את הטמפרטורה ל-1100 °C בתוך 45 דקות והמתינו בטמפרטורה זו למשך שעה אחת. הניחו לנימה להתקרר באיטיות חזרה לטמפרטורת החדר במשך כ-12 שעות.תהליך זה מביא ליצירת 20 עד 30 קפילריים שדפנותיהם מצופות בשכבה של נקודות קוונטיות פלואורסצנטיות המוטמעות במטריצת סיליקה. כדי לאפיין את הדגימות, השתמשו במיקרוסקופ פלואורסצנטי המסוגל לבצע הן דימוי והן ספקטרוסקופיה בטווח אורכי גל של 700 עד 900 ננומטר. הניחו שורה של הקפילריים המועמדים על הבמה כך שיהיה קל לנוע ביניהם.לצורך ניתוח ויזואלי מהיר, עוררו כל קפילרה באמצעות קרינה כחולה או על-סגולה, בין אם במרחב פתוח על במה המיקרוסקופ ובין אם ישירות דרך העדשה האובייקטיבית. באמצעות מסנן דיכרואי, צפו בפלואורסצנציה של הקפילרות באמצעות העינית או מצלמה צבעונית. אם התהליך הצליח, הקפילרות יפגינו פלואורסצנציה אדומה בהירה; קפילרות המפגינות פלואורסצנציה צהובה-כתומה, או חוסר בפלואורסצנציה, מעידות על ריכוז HSQ נמוך במהלך הייצור.אלו יש להשליך יחד עם דגימות בעלות קרום סדוק או בעל טקסטורה. ספקטרומי הנקודות הקוונטיות צריכים להיות עזים בטווח של 700 עד 900 ננומטר. ספקטרומים שנלקחו מדופן הקפילרית הפנימית צריכים להראות תנודתיות חזקה עקב נוכחות של whispering gallery mode; יש להשליך כל דגימה שאינה מראה עדות למצב זה.בשלב הבא, הכין את הדגימות לניתוח מדדי חסינות (refractory metric analysis). השתמש בדבק מתאים כדי לחבר כל קצה של קפילרה מועמדת לצינור פוליאתילן או לצינור דומה, לצורך הזרמת נוזלים אל תוך הקפילרה וממנה החוצה. לאחר הדבקת הצינור הראשון, המתן להתייבש הדבק לפני ניסיון הדבקת הצד השני.הקוטר הפנימי של הפיתולים צריך להיות גדול במעט מהקוטר החיצוני של הנימוב. יש להיזהר כדי למנוע מהדבק לחלחל לתוך תעלת הנימוב ולחסום אותה. לאחר מכן, חברו את הפיתול עם המזרק למערכת מיקרו-שאיבה.הכינו תרכובות עם מדמי שבירה ידועים, כגון methanol, ethanol ומים, לצורך שאיבה. שאבו כל נוזל בנפרד אל תוך הנימי כדי לקבוע את רגישות המדד של מקדם השבירה של המכשיר. אספו ספקטרומים עם כל אחד מהנוזלים בתוך הנימי.השתמשו באנלייזר במסלול האור כדי למדוד הסטות במצבי ה-Whispering Gallery עבור כל תמיסה שונה בנימיות. אם לא נצפית הסטה, השכבה הקוונטית עבה מדי ויש להשליך את הנימיות. דגימות מוצלחות מאופיינות בדרך כלל ברגישות של 5 עד 15 nanometers לכל תמיסה.נתוני יחידות מדד השבירה נאספים באמצעות מערך המדידה הרפרקטיבי. התחל בלקיחת ספקטרום ייחוס של קפילרית חיישן עבור יישומים של חישוש ביולוגי (biosensing). יש לבצע זאת לאחר פונקציונליזציה של פני השטח של התעלה.כדי להשיג ספציפית גבולי גילוי נמוכים, יש לנקוט משנה זהירות כדי למזער את סטיות הדגימה (sample drift). כמו כן, השתמש בתקן כיול כדי לתקן את הספקטרומטר עבור אורך הגל והעוצמה. לבסוף, אסוף נתונים ספקטרליים כאשר האנליט מוחדר לקפילרית של החיישן.נתחו את הנתונים באמצעות השיטות המתוארות במאמר. ניתן לתכנת את המערך לרכישת ספקטרה באופן רציף בזמן שאנליטים נשאבים אל תוך תעלת הנימי.הספקטרה נלקחו באופן רצופי מאדום לכחול। איור זה מציג את ספקטרום ההספק של פורייה עבור כל ספקטרום פלואורסצנטי. הרכיב ה-40 מייצג את תנודת מצב גלריה לוחשת (whispering gallery mode) העיקריתB הנצפית.ההפרשים בשלב עבור הרכיב ה-40 הומרו להסטות באורך גל ושורטטו כפונקציה של זמן, כפי שניתן לראות כאן. פסי השגיאה מייצגים סטיית תקן אחת של הסטת השיא עבור 60 מדידות.התרשים המוקטן מציג את הרגישות הממוצעת בטווח מדדי השבירה ממתנול לאתנול. שימו לב שניתוח של נתוני סדרות הזמן הרציפות חושף בליטה בנתוני ההסתה בין מים למתנול. דבר זה עולה בקנה אחד עם נוכחותו של אזור ערבוב קטן בעל מדד שבירה גבוה יותר מכל אחד מהפאזות הטהורות לאחר השליטה בטכניקה.ביצוע טכניקה זו עשוי להימשך מספר שעות, אך השלמתה עשויה לארוך מספר ימים.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנחנו דנים הקמה ותפעול של מערכת מורכבת אופטית לא לינארית המשתמשת מיתוג מהירים כל אופטי לבודד ראמאן אותות הקרינה. באמצעות מערכת זו אנו מסוגלים להפריד בהצלחה אותות רמן הקרינה ניצול אנרגיות וכוחות הדופק הממוצע להישאר בטוחים מבחינה ביולוגית.

דחיית רקע הקרינה תהודה ו microspectroscopy ראמאן ספונטנית

פלטפורמה עצמים ללא עדשה מיקרוסקופ על שבב ניאון הוא הוכיח כי אובייקטים בתמונה ניאון מעל אולטרה רחב בתחום לצפות-של של למשל יכול,&gt; 0.6-8 CM2 עם רזולוציה 4μm &lt;באמצעות דגימה דחיסה מבוסס אלגוריתם פענוח. כאלה לערוץ קומפקטי רחב בתחום ניאון על שבב הדמיה יכול להיות בעל ערך עבור cytometry תפוקה גבוהה, נדיר תאים מחקר microarray ניתוח.

פלורסנט מיקרוסקופית עצמים ללא עדשה על שבב

Droplet מבוססי פלטפורמות microfluidic הם המועמדים המבטיחים לניסויים תפוקה גבוהה שכן הם מסוגלים להפיק, picoliter עצמית מידור כלי ובזול בשיעורים קילוהרץ. באמצעות שילוב עם מהירות, רגישות גבוהה שיטות ספקטרוסקופיות ברזולוציה פלואורסצנטי, כמויות גדולות של מידע שנוצר בתוך מערכות אלה ניתן לחלץ ביעילות, לרתום ולנצל אותו.

שיטות גילוי הקרינה לפלטפורמות אגל microfluidic

טכניקת התייחסות אינטרפרומטר, שנועד להסיר רעש להתעצבן לייזר רצוי לnanodetection, הוא מנוצל לחיטוט microcavity גורם איכות גבוהה במיוחד. הוראות להרכבה, התקנה, ורכישת נתונים מסופקות, לצד תהליך המדידה לציון גורם איכות החלל.

יישום של אינטרפרומטר הפניה לNanodetection

זיהוי פלואורסצנטי רב צבעוני במיקרופלואידיקה טיפתית כולל בדרך כלל מערכות גילוי מבוססות מיקרוסקופ אפיפלואורסצנטי מגושמות ומורכבות. כאן אנו מתארים ערכת זיהוי רב-צבעונית קומפקטית ומודולרית המשתמשת במערך של סיבים אופטיים כדי לקודד זמנית נתונים רב-צבעוניים שנאספו על ידי גלאי פוטו יחיד.

ססגוניות קרינת איתור עבור מיקרופלואידיקה אגל באמצעות סיבים אופטיים

פרוטוקולים לסינתזה של microspheres מפולימרים, מניפולציה של microspheres, ומדידות photoluminesencence מיקרו מוצגים.

ייצור של פולימרים microspheres עבור מהוד אופטי ויישומי לייזר

עירור התהודה של נקודה קוונטית עצמית שהורכב יחיד יכולה להיות מושגת באמצעות מצב עירור אורתוגונלית למצב אוסף זריחה. נדגים שיטה באמצעות גלבו מצבי פאברי-פרו microcavity מישורי המקיפים את הנקודות קוונטית. השיטה מאפשרת חופש מוחלט קיטוב זיהוי.

קרינה פלואורסצנטית תהודה של נקודה InGaAs קוונטית בחלל מישורי באמצעות עירור אורתוגונלית וזיהוי

מפורט במסמך זה הם הפרוטוקולים מבצע והרכבה של פלטפורמה ההקרנה microfluidic מודולרי עבור האפיון שיטתית של מוליכים למחצה colloidal nanocrystal syntheses. דרך מערכת מתכוונן במלואו הסדרים, אוסף ספקטרה יעילים ביותר עשוי להתבצע על פני 4 סדרי גודל סולמות זמן התגובה בתוך מרחב הדגימה שבשליטת העברת מסה.

טכנולוגיה Microfluidic מודולרי עבור מחקרים שיטתיים של מוליכים למחצה Colloidal Nanocrystals

כאן אנו מציגים מדריך מעשי של בניית מערכת משולבת מיקרוסקופ, אשר ממזג הדמיה epi-פלורסנט קונבנציונלי הדמיה המבוססת על זיהוי סופר-ברזולוציה מולקולה בודדת, גילוי מולקולה בודדת צבע רב, כולל מולקולה בודדת פלורסצנטיות תהודה העברת האנרגיה הדמיה, לתוך הגדרת אחד באופן יעיל.

ניצוח מספר מצבי הדמיה עם מיקרוסקופ זריחה אחת

הדמיה ספקטרלית הפך פתרון אמין לזיהוי והפרדה של אותות מרובים של זריחה במדגם אחד והוא יכול בקלות להבחין אותות של עניין מרקע או פלואורסצנטית אוטומטי. עירור-סריקת הדמיה hyperקטרראלית משפרת בטכניקה זו על ידי הפחתת הזמן הדרוש לרכישת תמונה תוך הגברת היחס האות לרעש.

עירור-סריקת מיקרוסקופ היפרספקטקטרלי ביעילות אותות זריחה להפלות

למד לסנתז ולהפעיל microcavities פלורסנטיות ליבות לחישת שינויי מקדם השבירה בנוזלים. שיטה זו משתמשת בציפוי נקודות קוונטיות מסיליקון בקפילרות זכוכית ומיקרוסקופיית פלואורסצנציה.

סינתזה והפעלה של microcavities פלורסנט ליבות לחישת Refractometric

גלה סרטונים נוספים