Refractometric 감지 용 형광 코어 Microcavities의 합성 및 운영

이 절차의 전반적인 목표는 미세유체 센서 기술을 개발하는 것입니다. 이는 먼저 실리콘 양자점 층으로 모세관을 코딩하여 전위 장치를 제작함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 센서로 사용하기 위한 기본 요구 사항을 충족하는 샘플을 결정하는 것입니다.

다음으로, 센서 장치를 마이크로 펌핑 시스템에 연결하여 분석물을 주입할 수 있습니다. 마지막 단계는 형광 스펙트럼을 수집하고 결과를 분석하는 것입니다. 궁극적으로 형광 현미경 검사는 모세관 채널에서 유체의 굴절 측정 감지를 보여주는 데 사용됩니다.

이 장치의 주요 장점은 작은 크기, 미세 유체 호환성, 그리고 상당히 저렴한 구성 요소 세트로 구축되는 완전한 장치를 쉽게 상상할 수 있다는 사실을 포함했습니다. 미세유체 채널로 인해 모든 유체를 모세관 내부로 펌핑할 수 있습니다. 가장 어려운 부분은 특정 분석물에 결합하기 위해 표면을 기능화하는 것입니다.

이 장치는 식품 안전, 지하수 분석 또는 의료와 같은 광범위한 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다. 이 장치의 가장 어려운 부분은 샘플 제작 준비가 매우 까다롭고 가장 작은 것이 샘플 준비에서 실패로 이어질 수 있기 때문에 성공률이 매우 낮다는 것입니다. 이 기술을 시각적으로 시연하면 성공률을 높이는 데 도움이 됩니다.

마이크로 모세 혈관의 준비부터 시작하십시오. 상업용 공급업체로부터 실리카 모세관을 구하십시오. 더 넓게 분리된 스펙트럼 공진의 경우 약 25-30마이크로미터의 내경을 선택하거나 약 100마이크로미터의 내경을 선택하십시오.

더 높은 품질 계수로 더 밀접하게 이격된 공진을 위해 큰 외경은 더 내구성이 있고 쉽게 조작할 수 있는 마이크로 캐비티를 보장합니다. 다음으로, 다이아몬드 섬유 식칼을 사용하여 롤에서 약 10cm의 모세관 조각을 자릅니다. 각 조각은 단일 샘플을 구성합니다.

씨 650도의 관로에서 산소로 1시간 동안 샘플을 가열합니다. 이 과정은 착색된 폴리아미드 재킷을 제거하여 내부의 실리카 모세관을 노출시킵니다. 계속하기 전에 샘플이 실온으로 돌아갈 때까지 기다립니다.

유동 가능한 산화물 용액 중 하나에서 수소 YLS OX 또는 HSQ를 얻고 양자점 형성을 위한 적절한 범위로 농도를 조정합니다. 이를 위해서는 모세관에 대한 몇 가지 시행착오가 필요합니다. 반경이 25-30 마이크로 미터인 경우 약 25 중량 %의 용액이 좋은 대상입니다.

준비 단계가 완료되면 준비된 모세관을 HSQ 및 유동성 산화물 용액에 담궈 코팅된 모세관을 생성합니다. 반월판은 용액이 채널을 그릴 때 볼 수 있어야 합니다. 반월판이 맨 위에 도달하면 모세혈관을 제거하고 무릎을 꿇은 도가니인 유리에 넣습니다.

두 가지 농도의 HSQ 용액을 사용하여 20-30개의 모세관에 대해 이 작업을 반복합니다. 중량에 의해, 모세관이 공기 중에 채워지는 동안, 유동성 산화물 용액은 산소와 수증기에 대한 용액의 노출을 최소화하기 위해 가능한 글로브 박스에서 냉각 유지된다. 양자점은 실리카 매트릭스에 형성됩니다.

어닐링 과정에서 30분에 걸쳐 실온에서 섭씨 300도까지 온도를 높이도록 설정된 용광로에 모세관을 놓습니다. 그 온도에서 3시간 동안 머물다가 45분 후에 섭씨 1100도까지 올라가고 1시간 동안 그 온도를 유지합니다. 모세관을 약 12시간에 걸쳐 실온으로 천천히 식힙니다.

이 과정을 통해 20-30개의 모세혈관이 생성되며, 그 벽은 실리카 매트릭스에 내장된 형광 양자점 층으로 코팅됩니다. 샘플을 특성화하려면 700 - 900 나노미터 파장 범위에서 이미징과 분광법을 모두 수행할 수 있는 형광 현미경을 사용하십시오. 후보 모세혈관 행을 스테이지에 배치하여 그 사이를 쉽게 이동할 수 있도록 합니다.

빠른 육안 분석을 위해 현미경 스테이지의 여유 공간에서 또는 대물 렌즈를 통해 직접 청색 또는 자외선으로 각 모세관을 자극합니다. dichroic filter를 사용하여 접안렌즈 또는 컬러 카메라를 사용하여 모세혈관의 형광을 관찰합니다. 제작이 성공적으로 진행된 경우, 모세관은 노란색 주황색 형광을 나타내는 밝은 빨간색 형광 모세관을 나타내거나, 전혀 나타나지 않는 것은 제작 중 HSQ 농도가 낮음을 나타냅니다.

이들은 금이 가거나 질감이 있는 필름과 함께 버려야 합니다. 양자점 스펙트럼은 700-900나노미터 범위에서 강렬해야 합니다. 내부 모세관 벽에서 채취한 스펙트럼은 속삭이는 갤러리 모드의 존재로 인해 강한 진동을 보여야 하며, 이 모드의 증거를 보여주지 않는 샘플은 모두 폐기해야 합니다.

다음으로, 내화성 메트릭 분석을 위한 샘플을 준비합니다. 적절한 접착제를 사용하여 후보 모세관의 각 끝을 폴리에틸렌 또는 이와 유사한 튜브에 부착하여 모세관 안팎으로 유체를 운반합니다. 첫 번째 튜브를 붙인 후 다른 쪽을 접착하기 전에 경화될 때까지 기다립니다.

튜브의 내경은 모세관의 외경보다 약간 커야 합니다. 접착제가 모세관 채널로 스며들어 막히지 않도록 주의하십시오. 다음으로, 주사기가 있는 튜브를 마이크로 펌핑 시스템에 연결합니다.

메탄올, 에탄올 및 물과 같은 잘 알려진 굴절률을 가진 화합물을 펌핑할 준비를 하십시오. 각 유체를 한 번에 하나씩 모세관으로 펌핑하여 장치의 굴절 측정 감도를 결정합니다. 모세관 내부의 각 액체로 스펙트럼을 수집합니다.

광 경로에서 분석기를 사용하여 모세관의 각 다른 용액과 함께 Whispering Gallery 모드의 변화를 측정합니다. 관찰 가능한 이동이 없으면 양자 필름이 너무 두꺼우므로 모세관을 버려야 합니다. 성공적인 샘플은 일반적으로 용액당 5-15나노미터의 감도를 갖습니다.

굴절률 단위 데이터는 굴절률 설정을 사용하여 수집됩니다. 먼저 바이오센싱 응용 분야를 위한 센서 모세관의 참조 스펙트럼을 취합니다. 이 작업은 채널 표면이 기능화된 후에 수행해야 합니다.

특히 낮은 검출 한계를 달성하려면 시료 드리프트를 최소화하기 위해 주의를 기울여야 합니다. 또한 교정 표준을 사용하여 파장 및 강도에 대한 분광계를 수정하십시오. 마지막으로, 센서 모세관에 도입된 분석물로 스펙트럼 데이터를 수집합니다.

원고에 설명된 방법으로 데이터를 분석합니다. 분석물이 모세관 채널로 펌핑될 때 스펙트럼을 지속적으로 취하도록 설정을 프로그래밍할 수 있습니다. 상단에는 메탄올, 물, 에탄올이 모세관으로 펌핑되는 일련의 스펙트럼이 있습니다.

스펙트럼은 빨간색에서 파란색으로 순차적으로 취해졌습니다. 이 그림은 각 형광 스펙트럼의 포러 파워 스펙트럼을 보여줍니다. 40번째 구성 요소는 관찰 가능한 주요 속삭임 갤러리 모드 진동을 나타냅니다.

40번째 성분에 대한 위상차는 파장 이동으로 변환되어 시간 함수로 표시되었습니다. 여기에서 볼 수 있듯이. 오차 막대는 60회 측정에 대한 피크 이동의 1 표준 편차를 나타냅니다.

삽입은 메탄올에서 에탄올까지의 굴절률 범위에 대한 평균 감도를 보여줍니다. 연속적인 시계열 데이터를 분석하면 물과 메탄올 사이의 이동 데이터가 충돌하는 것을 볼 수 있습니다. 이것은 일단 마스터링된 순상보다 더 높은 굴절률을 가진 작은 혼합 영역의 존재와 일치합니다.

이 기술을 수행하는 데 몇 시간이 걸릴 수 있지만 완료하는 데 며칠이 걸릴 수 있습니다.