Realizzazione di un interferometro di riferimento per Nanodetection

L'obiettivo generale di questa procedura è creare un interferometro di riferimento che utilizzi il rilevamento in modalità Whispering Gallery per individuare particelle con diametri dell'ordine di decine di nanometri, grazie a un fattore di qualità estremamente elevato. Nella modalità Whispering Gallery, la microcavità e il fotone di risonanza circolano al suo interno centinaia di migliaia di volte. Ciò provoca una variazione evidente delle proprietà ottiche quando una particella si deposita sulla microcavità.

Se lo scattering all'indietro è sufficientemente intenso e le perdite della cavità sono sufficientemente ridotte, sperimentalmente compaiono modi para divisi. Questo produrrà l'effetto di suddivisione della frequenza e si verificherà l'assorbimento delle particelle. Successivamente avrà luogo uno spostamento in frequenza.

Il vantaggio principale di questa tecnica di interferometria di riferimento rispetto ai sistemi esistenti, come quelli che monitorano la frequenza di risonanza della cavità osservando la tensione di scansione, è che essa è in grado di sopprimere il rumore del laser e quindi amplificare il segnale di un ordine di grandezza. Ora, oltre al fatto che è facile da costruire ed economica, questo metodo è particolarmente adatto allo studio o allo sfruttamento delle proprietà di un'ampia gamma di motori aerea catturati e al rilevamento sensibile di singole molecole come l'influenza, un virus. Per iniziare ad assemblare l'interferometro di riferimento, indirizzare una fibra ottica monomodale compresa tra 600 e 800 nanometri verso l'ingresso di un accoppiatore direzionale a tre DB.

Una delle fibre di uscita di questo accoppiatore deve formare una serie di anelli lunghi 16 piedi per introdurre un ritardo ottico. La fibra di uscita rimanente deve essere fissata a un controllore di polarizzazione, che verrà successivamente utilizzato per regolare la trasmissione ottica. Dopo aver collegato queste fibre alle porte di ingresso di un secondo accoppiatore direzionale da tre dB, i segnali di uscita foto-miscelati serviranno quindi come ingressi per un fotodetectore bilanciato.

Questo insieme di componenti ottici può essere alloggiato su un ripiano a tre livelli, posizionato all'interno di un contenitore in acrilico racchiuso in una scatola di polistirolo, da riempire con il 50% di ghiaccio mescolato al 50% di acqua liquida; si preferisce il ghiaccio tritato rispetto ai cubetti di ghiaccio per motivi di stabilità. Tuttavia, entrambi devono essere posizionati con attenzione all'interno dell'involucro per evitare di danneggiare le fibre ottiche. È quindi possibile integrare questo sistema in una configurazione esistente in grado di sondare una microcavità a modalità di galleria sussurrante.

Per prima cosa, assicurarsi che l'uscita del probe blazer venga ricevuta dal primo accoppiatore direzionale DB in modo da scansionare linearmente l'alimentazione del laser con un segnale rampa di 100 herz e un valore di picco di un volt. L'uscita del rilevatore fotoelettrico bilanciato dovrà quindi diventare sinusoidale. Il passo successivo consiste nell'adeguare opportunamente il controllore di polarizzazione per ottimizzare il voltaggio di picco della forma d'onda sinusoidale.

Per configurare il laser in modalità continua, impostare il generatore di forme d'onda in modalità CC e regolarlo in modo che il segnale precedente fluttui intorno allo zero. Monitorando il segnale con un analizzatore spettrale elettrico, è infine possibile determinare l'intervallo spettrale libero. Questo può essere ottenuto individuando la separazione in frequenza tra il massimo a frequenza zero e il primo minimo.

Fissare il supporto della fibra sulla fase di traslazione motorizzata. Dopo aver aggiunto i connettori FC APC a un'estremità di due fibre ottiche, rimuovere il rivestimento di buffer dalle estremità esposte con un pelacavo. Pulire queste con acetone seguito da isopropanolo.

Quindi levigare le facce terminali. Assicurarsi di smaltire in modo sicuro l'eccesso di fibra. Il passo successivo è la diffusione.

Unire insieme queste fibre dopo la saldatura. Fissare i bordi destro e sinistro del nuovo segmento di fibra a un supporto per fibre in modo che sia vicino all'uscita del gas idrogeno e possa essere osservato attraverso l'obiettivo di un microscopio ottico. Quando viene rilasciato il gas idrogeno, la pressione nel canale si stabilizza e la portata raggiunge 110 millilitri al minuto.

Accendere l'idrogeno monitorando la trasmissione ottica osservando il segnale del fotodetettore su un oscilloscopio in scala lineare. Tirare la fibra utilizzando un software personalizzato per uso di laboratorio. Si dovrebbe notare che il diametro della fibra diminuisce gradualmente e che l'intensità trasmessa inizia a oscillare a causa dell'interferenza multimodale.

Una volta che l'intensità trasmessa cessa di variare, interrompere il tiro della fibra. Questo indica il punto in cui il restringimento è sufficientemente sottile da sostenere una singola modalità nel rivestimento. Rilasciare il supporto della fibra dalla fase di traslazione e fissarlo in prossimità dei PA e della fase elettrica che sosterranno la vostra microcavità.

Durante questa fase della procedura, è necessario indossare una tuta da camera pulita per evitare di contaminare i campioni con particelle estranee. Ciò include copriscarpe, una maschera facciale, occhiali protettivi, una rete per capelli e un paio di guanti in lattice. Dopo aver preparato la postazione di lavoro, procurarsi le microsfere monodisperse con raggio di 50 nanometri contenenti aloni stellati, che devono essere state conservate a quattro gradi Celsius quando non utilizzate.

Dopo aver preparato una soluzione di microsfere di 10 picomolari in soluzione salina tampone al fosfato ECCOs o DPBS, creare una soluzione di DPBS pura in una provetta da centrifuga di un millilitro utilizzando una micropipetta. Successivamente, aggiungere 900 microlitri di DPBS in altre due provette. Tenere presente che punte di pipetta separate devono essere utilizzate per miscele diverse.

Per preparare le soluzioni diluite di un pico molar e 100 femto molar di microsfere in DPBS, prelevare 100 microlitri dalla soluzione originale di 10 pico molar e dispensarli in uno dei tubi contenenti 900 microlitri di DPBS. Vortexare brevemente, mescolare il contenuto, quindi rimuovere 100 microlitri dalla soluzione di un pico molar e ripetere il passaggio precedente per gli altri due tubi. Successivamente, aprire i coperchi della centrifuga.

Posizionare le soluzioni all'interno, assicurandosi che le posizioni siano sfalsate per motivi di equilibrio. Chiudere i coperchi e avviare un ciclo di centrifugazione della durata di 30 minuti. Al termine, aprire i coperchi ed estrarre con attenzione le soluzioni. Fissare le provette all'interno di una camera disidratante.

Svitare leggermente i tappi e mettere sotto vuoto la camera per disgasare le miscele; immergere parzialmente il desiccatore nel bagno di un sonicator e sottoporre le soluzioni a onde ultrasoniche per 30 minuti. Successivamente, rimuovere la camera dal bagno, eliminare il vuoto, riempirla nuovamente con aria e raccogliere le soluzioni.

Ricordarsi di avvitare bene i tappi sulle provette della centrifuga. I passaggi successivi verteranno sulla costruzione di un sistema di somministrazione del fluido. Una volta realizzato un supporto, tagliare un segmento di tubo microfluidico leggermente più lungo di un piede.

Inserire la punta di una siringa a un'estremità e collegarla al raccordo lur lock di un'unità di aspirazione cilindrica. Quindi avvitare due punte di siringa a entrambe le estremità di un feral. Inserire una di queste punte di siringa all'estremità esposta del tubo microfluidico e fissarla al supporto.

Il sistema microfluidico immediatamente a valle del campione deve ridurre al minimo le fuoriuscite. Rifocalizzare l'obiettivo microscopico verticale per ottenere un'immagine nitida del rastrematore in fibra. Ripetere questa operazione per l'obiettivo microscopico orizzontale.

È quindi possibile montare il campione sul posizionatore nano e spostarlo verso il centro del raccordo in fibra. In questo caso, viene utilizzata una microsfera di silice O. Successivamente, scansionare la lunghezza d'onda del laser in modo da ottenere un appropriato picco di risonanza sull'oscilloscopio.

Dopo aver valutato il fattore di qualità della microcavità, spostare con attenzione il suo tappo in fibra lontano dalla struttura. Se il tappo in fibra è sufficientemente vicino alla microcavità, le forze di Vander Wall li attraeranno fino a farli entrare in contatto. Ciò potrebbe causare un accoppiamento eccessivo, che può essere corretto separando nuovamente le strutture. Riempire nuovamente una pipetta pastello con acqua e aggiungere alcune gocce dietro la microcavità in modo che il mezzo dielettrico circostante diventi questo liquido.

Ora sei pronto per inviare soluzioni al campione. Ora che il sistema di interferometria di riferimento è configurato, imposta le impostazioni del trigger dell'oscilloscopio ed esegui il software sviluppato in proprio per acquisire i tracciati. Puoi quindi acquisire le curve di risonanza per la soluzione tampone, che al massimo dovrebbero mostrare una suddivisione della frequenza; successivamente, registra le curve di risonanza per le soluzioni di nanoparticelle, partendo da quella con concentrazione più bassa fino a quella con concentrazione più alta.

Qui si dovrebbero osservare spostamenti di frequenza medi e suddivisi che corrispondono a eventi di legame. I dati delle tracce possono essere elaborati con l'ausilio di script MATLAB e, in questo esempio specifico, il fattore di qualità può essere ricavato confrontando la struttura di risonanza nel sottografico superiore con il segnale dell'interferometro. Nel sottografico inferiore, il fattore di qualità di questa particolare misurazione è di circa 200 milioni per l'immersione nella soluzione tampone.

Inoltre, dopo aver costruito gli informatori di riferimento mediante questo procedimento, possono essere generati spettrogrammi prima della calibrazione, spettrogrammi dopo la calibrazione e forme d'onda del livello di rumore di fondo. A questo punto, si dovrebbe avere una buona comprensione di come funziona questa varietà di assistenza residente e di come accoppiarla al proprio sistema. Inoltre, si dovrebbe avere una buona comprensione del modo in cui realizzare rilevamenti autoreferenziati attraverso le cavità in modalità di errore di sussurro.