Sintesi e funzionamento del fluorescente-core microcavità per il Rilevamento rifrattometrico

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di sviluppare una tecnologia di sensori microfluidici. Ciò si ottiene fabbricando prima potenziali dispositivi codificando i capillari con lo strato di punti quantici di silicio. Il secondo passo consiste nel determinare quali dei campioni soddisfano i requisiti di base per l'uso come sensore.

Successivamente, un dispositivo sensore viene collegato a un sistema di micropompaggio per consentire l'introduzione di analiti. Il passaggio finale consiste nel raccogliere gli spettri fluorescenti e analizzare i risultati. In definitiva, la microscopia a fluorescenza viene utilizzata per mostrare il rilevamento metrico di rifrazione dei fluidi in un canale capillare.

I principali vantaggi di questo dispositivo includevano le sue dimensioni ridotte, la sua compatibilità microfluidica e il fatto che si può facilmente immaginare un dispositivo completo costruito da un insieme di componenti abbastanza economici. Grazie al canale microfluidico, qualsiasi fluido può essere pompato all'interno del capillare. La parte più difficile è quella di funzionalizzare la superficie per legarla ad analiti specifici.

Questo dispositivo ha un'ampia gamma di potenziali applicazioni, come la sicurezza alimentare, l'analisi delle acque sotterranee o persino l'assistenza sanitaria. La parte più difficile di questo dispositivo è che la preparazione del campione è molto complicata e c'è un tasso di successo molto basso perché la cosa più piccola può portare al fallimento nella preparazione del campione. Una dimostrazione visiva di questa tecnica aiuta ad aumentare il tasso di successo.

Iniziare con la preparazione dei micro capillari. Ottenere capillari di silice da un fornitore commerciale. Scegli un diametro interno di circa 25-30 micrometri per risonanze spettrali più ampiamente separate, o un diametro interno di circa 100 micrometri.

Per risonanze più ravvicinate con fattori di qualità più elevati, i diametri esterni di grandi dimensioni garantiscono microcavità più durevoli e facilmente manipolabili. Quindi, usa una mannaia in fibra di diamante per tagliare pezzi di capillare di circa 10 centimetri dal rotolo. Ogni pezzo costituisce un unico campione.

Riscaldare i campioni in un forno tubolare a 650 gradi Celsius per un'ora in ossigeno. Questo processo rimuove il rivestimento in poliammide colorato per esporre il capillare di silice all'interno. Attendere che i campioni tornino a temperatura ambiente prima di procedere.

Ottenere idrogeno YLS OX o HSQ in una delle sue soluzioni di ossido fluido e regolarne la concentrazione su un intervallo appropriato per la formazione di punti quantici. Ciò richiederà alcuni tentativi ed errori per un capillare. Con un raggio da 25 a 30 micrometri, una soluzione di circa il 25% in peso è un buon obiettivo.

Una volta completate le fasi preparatorie, produrre un capillare rivestito immergendo i capillari preparati nell'HSQ e nella soluzione di ossido fluido. Il menisco dovrebbe essere visibile mentre la soluzione viene aspirata lungo il canale. Quando il menisco raggiunge la sommità, rimuovere il capillare e metterlo in un bicchiere, un crogiolo in ginocchio.

Ripetere l'operazione per 20-30 capillari utilizzando due diverse concentrazioni di soluzioni HSQ. In peso, mentre i capillari vengono riempiti nell'aria, la soluzione di ossido fluido viene mantenuta refrigerata in un vano portaoggetti il più possibile per ridurre al minimo l'esposizione della soluzione all'ossigeno e al vapore acqueo. I punti quantici si formano nella matrice di silice.

Durante il processo di ricottura, posizionare i capillari in un forno impostato per aumentare la temperatura da temperatura ambiente a 300 gradi Celsius in 30 minuti. Soffermati a quella temperatura per tre ore, quindi aumenta a 1100 gradi Celsius in 45 minuti e rimani a quella temperatura per un'ora. Lasciare raffreddare lentamente il capillare a temperatura ambiente per circa 12 ore.

Questo processo si traduce in 20-30 capillari le cui pareti sono rivestite da uno strato di punti quantici fluorescenti incorporati in una matrice di silice. Per caratterizzare i campioni, utilizzare un microscopio a fluorescenza in grado di eseguire sia l'imaging che la spettroscopia nell'intervallo di lunghezze d'onda da 700 a 900 nanometri. Posizionare una fila di capillari candidati sul tavolino in modo che sia facile spostarsi tra di loro.

Per una rapida analisi visiva, eccitare ogni capillare con radiazioni blu o ultraviolette, nello spazio libero sul tavolino del microscopio o direttamente attraverso la lente dell'obiettivo. Utilizzando un filtro dicroico, osservare la fluorescenza dei capillari utilizzando l'oculare o una fotocamera a colori. Se la fabbricazione ha avuto successo, i capillari mostreranno una fluorescenza rosso brillante I capillari che mostrano una fluorescenza giallo arancio, o nessuna, indicano una bassa concentrazione di HSQ durante la fabbricazione.

Questi dovrebbero essere scartati insieme a quelli con una pellicola incrinata o ruvida. Gli spettri dei punti quantici dovrebbero essere intensi nell'intervallo da 700 a 900 nanometri. Gli spettri prelevati dalla parete interna del capillare dovrebbero mostrare forti oscillazioni dovute alla presenza di una modalità galleria sussurrante, scartare tutti i campioni che non mostrano evidenza di questa modalità.

Successivamente, preparare i campioni per l'analisi metrica refrattaria. Utilizzare un adesivo appropriato per fissare ciascuna estremità di un capillare candidato a un tubo in polietilene o simile per trasportare i fluidi dentro e fuori dal capillare. Dopo aver incollato il primo tubo, attendere che si indurisca prima di tentare di incollare l'altro lato.

Il diametro interno dei tubi deve essere leggermente più grande del diametro esterno del capillare. Prestare attenzione per evitare che l'adesivo penetri nel canale capillare e lo ostruisca. Quindi, collegare il tubo con la siringa a un micro sistema di pompaggio.

Preparati a pompare composti con indici di rifrazione ben noti come metanolo, etanolo e acqua. Pompare ogni fluido uno alla volta nel capillare per determinare la sensibilità metrica rifrattiva del dispositivo. Raccogliere gli spettri con ogni liquido all'interno del capillare.

Utilizza un analizzatore nel percorso della luce per misurare gli spostamenti nelle modalità Whispering Gallery con ogni diversa soluzione nel capillare. Se non c'è uno spostamento osservabile, il film quantistico è troppo spesso e il capillare deve essere scartato. I campioni di successo hanno in genere una sensibilità da cinque a 15 nanometri per soluzione.

I dati dell'unità dell'indice di rifrazione vengono raccolti utilizzando l'impostazione della metrica di rifrazione. Iniziare prendendo uno spettro di riferimento di un capillare del sensore per applicazioni di biorilevamento. Questo dovrebbe essere fatto dopo che la superficie del canale è stata funzionalizzata.

Per raggiungere in particolare limiti di rilevamento bassi, è necessario prestare attenzione a ridurre al minimo la deriva del campione. Utilizzare anche uno standard di calibrazione per correggere la lunghezza d'onda e l'intensità dello spettrometro. Infine, raccogliere i dati spettrali con l'analita introdotto nel capillare del sensore.

Analizzare i dati con i metodi descritti nel manoscritto. La configurazione può essere programmata per prelevare continuamente gli spettri mentre gli analiti vengono pompati nel canale capillare. Nella parte superiore c'è una serie di spettri presi come metanolo, poi acqua, quindi etanolo sono stati pompati nel capillare.

Gli spettri sono stati presi in sequenza dal rosso al blu. Questa figura mostra lo spettro di potenza forer di ogni spettro fluorescente. Il 40° componente rappresenta la principale oscillazione osservabile in modalità galleria di sussurri.

Le differenze di fase per la 40a componente sono state convertite in spostamenti di lunghezza d'onda e tracciate in funzione del tempo. Come si vede qui. Le barre di errore rappresentano una deviazione standard dello spostamento del picco per 60 misurazioni.

Il riquadro mostra la sensibilità media nell'intervallo dell'indice di rifrazione da metanolo a etanolo. Si noti che l'analisi dei dati delle serie temporali continue rivela un aumento dei dati di spostamento tra acqua e metanolo. Ciò è coerente con la presenza di una piccola regione di miscelazione con un indice di rifrazione più elevato rispetto a entrambe le fasi pure Una volta padroneggiate.

Questa tecnica può richiedere alcune ore per essere eseguita, ma fino a pochi giorni per essere completata.