Name: Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-04-26T14:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 11 s
Description: 배우세요 나노입자 검출을 위한 참조 간섭계 구축 방법을 Whispering Gallery 모드 감지 기술과 레이저 지터 노이즈 감소 원리를 활용하여. 이 기법은 초고품질 마이크로공동에서 정밀 측정이 가능합니다.

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저자는 그림 1의 개념도를 구성하는 법사 뒤에게 감사의 말씀을 전합니다.이 작품은 캐나다의 자연 과학 및 공학 연구위원회 (NSERC)에서 교부금에 의해 투자되었다.

1. 참조 간섭계 건설 및 FSR 측정 <ol><li> 공사 <ol><li> 열린 정상 아크릴 상자를 만듭니다. 이 구조는 스티로폼 상자에 X 16 X 16 (16)에 꼭 맞게 할 수있을만큼 충분히 커야합니다. </li><li> 열린 정상 아크릴 상자에 앉을 완전히 단열 용 스티로폼 상자로 묶어야합니다 광학 부품, 집에 3 단 선반 장치를 제작합니다. 스티로폼 상자에 두 개의 구멍이 높은 섬유는 전체 인클로저를 입력하고 종료 할 수 있도록 있어야합니다. </li><li> 제 3 단계에서 : 3dB 방향성 결합기에서 하나의 출력 섬유 차례로 별도의 3dB 방향성 결합기의 입력 포트로 연결 편광 제어기에 고정되어야한다. </li><li> 2 차 단계에서 : 첫 번째 3dB 방향성 커플러의 다른 출력 포트에서 발생하는 광섬유의 약 16피트와 루프를 형성합니다. 의 나머지 입력 포트에이 섬유를 직접제 3 단계에 econd 3dB 방향성 커플러. </li><li> 빙조를 멋지게로서, 50 %의 액체 물과 혼합 50 % 빙수로 아크릴 상자를 기입하고 따라서 0 ° C. 가까운 광학 부품의 온도를 유지 </li></ol></li><li> FSR 측정 <ol><li> 원하는 파장에서 프로브 레이저를 설정합니다. 그 출력은 3dB 전력 스플리터에 연결되도록 함수 발생기를 이용한다. 3dB 스플리터로부터 출력 중 하나가 모니터링 목적을 위해 오실로스코프에 연결되어야하고, 다른 출력은 직접 튜닝 레이저의 주파수를 사용할 수있다. </li><li> 1 차 3dB 방향성 결합기의 입력으로 레이저 출력을 공급. </li><li> 2 차 3dB 방향성 결합기의 두 가지 출력은 밸런스 광 검출기 (BPD)에 photomixed 신호를 전달한다. 마지막으로, 오실로스코프의 채널 입력에 BPD의 출력 케이블을 연결합니다. </li><li> 선형 Suppl에 의해, 레이저 주파수를 스​​캔(1 V, 100 Hz에서의 주사 주파수의 피크 - 피크 전압) 파형 발생기에서 생성 된 램프 신호와 레이저 모듈을 잉. BPD로부터의 출력 신호는 오실로스코프 정현파해질 것이다. </li><li> 튜닝 편광 제어기를 정현파의 피크 - 피크 전압을 최대화 시키. </li><li> , FSR을 측정 DC 모드로 파형 발생기를 설정하여 연속파 레이저 출력을 설정한다. 튜닝 파형 발생기 전압 BPD로부터 송신 된 신호는 주변 0 V (예. 직교 포인트) 변동되도록. 전기 스펙트럼 분석기를 사용하여 출력 신호를 검사한다. 모니터 신호는 글로벌 최대 (제로 주파수에서) 가장 가까운 첫 번째 제로의 위치가 FSR에 해당하는 SINC 제곱 함수로 나타납니다. 측정 잡음을 최소화하기 위해, 평균화 모드로 전기 스펙트럼 분석기를 설정한다. </li></ol></li></ol> 2. 섬유 (13)를 당기면 </sup&gt; 프리앰블이 절차의 목적은 약 효율적인 결합이 발생할 수 있도록 마이크로 공동들에 테이퍼에 여행하는 광자의 위상과 일치하는 것이다. 섬유가 당겨질 때, 두 클램프 사이에 놓여 중앙부는 클래드되는 코어와 공기되는 일본어 실리카 클래딩에 의해 형성된 도파관 내에서 여러 형태로, 일반 섬유 안에서 하나의 모드를 지원으로부터 천이 한 것 단일 모드. 만족 다중 전파 상태가 섬유 직경의 지속적인 수축에 의해 상쇄 될 것이다 일시적 상기 섬유의 실리카 코어는 실질적으로, 중앙 섹션에 사라질 것이다. <ol><li> 전동 번역 단계로 섬유 홀더를 고정합니다. </li><li> 각 섹션의 한 쪽 끝에서 FC / APC 커넥터가있는 광섬유의 두 섹션을 Connectorize. 섬유 스트리퍼와 연결되지 않은 끝에서 버퍼 코팅 제거를 먼저 아세톤으로 청소하고 일이소프로판올 욕실, 최종면을 절단하고, 융합 철사를 이어라. </li><li> 테이퍼의 손실을 모니터링 섬유의 타단은 광 검출기 (PD)에 접속되어 광섬유의 일단에 정 전력 모드에서 레이저 프로브를 연결한다. PD의 출력은 오실로스코프에 연결되어 있어야합니다. 전송 된 레이저 출력에 비례하는 PD의 출력 전압을 측정하는대로 오실로스코프 설정을 조정합니다. </li><li> PD의 출력 전압의 초기 값을 기록하고, 단계 2.9까지 계속 모니터. </li><li> 광섬유 홀더 및 화상을 광학 현미경으로 섬유 파이버 클램프. </li><li> 그것은 공기가 튜브를 종료하고 안정 채널의 압력을 기다리고, 테이퍼 근처에 흐르기 시작하도록 수소를 방출. 수소 가스 유량은 110 ㎖ / 분에 도달하면, 광섬유를 가열 라이터 출구 근처에서 발화. </li><li> 사용자 정의 LabVIEW 프로그램을 사용하면, 선형 섬유를 잡아 당깁니다. PU 동안 그 주체류 클래딩 모드 광섬유 테이퍼 부 통해 광을 안내하기에 지배적 동안 lling 프로세스는, 광섬유 코어가 점차 사라진다. 광섬유를 통해 전송되는 강도는 다중 모드 간섭으로 인해 진동한다. </li><li> 그것은 오직 하나의 클래딩 모드를 지원까지 섬유 테이퍼 폭을 줄이기 위해 섬유를 당기는 계속. 전송 강도가 달라질 중단되면 섬유를 당기는 중지합니다. </li><li> 번역 단계에서 섬유 홀더를 해제하고 압전 무대 근처에 고정합니다. </li></ol> 3. 준비 및 솔루션 납품 <ol><li> 오후 10시 오후 1시, 그리고 둘 베코 인산염 완충 생리 식염수 (DPBS)에서 50 나노 미터 반경 단 분산 폴리스티렌 마이크로 구성된 100 FM 솔루션을 준비합니다. 또한, 순수 DPBS 솔루션을 만들 수 있습니다. </li><li> , 원심 분리기에 솔루션을 놓고 균형을 위해 그 안에서 자신의 위치를​​ 엇갈리게하고, 30 분 회전주기를 시작합니다. </li><li> completio시N, 안전하게, 데시 케이 터에 솔루션을 배치 해 대피하고, 30 분 동안 초음파와 솔루션을 도배. </li><li> 솔루션을 제거하고 실험 설정 가까이에 따로 설정합니다. </li><li> 작은 유체 전달 시스템에 대한 독립을 구축 할 수 있습니다. <ol><li> 두 개의 깃봉을 청소하면, 미세 소관 세그먼트의 양쪽에 주사기 팁을 삽입하고 주사기 팁에 페룰에 나사. 개별적으로 세 번째 주사기 팁에 페룰 중 하나를 연결하고 루어에, 다른 하나는 배럴 플런저 어셈블리의 피팅 잠급니다. </li><li> 스탠드에 노출 된 주사기의 끝을 고정하고 샘플 뒤에 그것을 소품. 유체는 상당한 유출하지 않고 샘플에 흐를 수 있어야합니다. </li></ol></li><li> 의정서의 제 5의 측면에서 적절한 솔루션 배럴을로드하고 직접 실험하는 동안 미세 유체 시스템을 통해 주입한다. </li></ol> 4. 시스템 구성 및 상호 연결 <ol><li> 프로브 LASE 연결<html> 10dB 방향성 커플러에 대한 연구. 송신 포트는 테이퍼 섬유이어서 편광 제어기에 연결되어있는 동안 연결 포트는 참조 간섭계의 입력 포트에 접속된다. </li><li> 섬유 테이퍼의 두 선명한 이미지를 얻기 위해 현미경 목표를 집중할. </li><li> PD에 테이퍼 섬유의 출력을 연결합니다. 이 PD의 출력은 오실로스코프의 다른 채널의 입력에 연결해야합니다. </li><li> 나노 위치에 샘플을 장착하고 섬유 테이퍼의 중심에 근접되도록 그것을 변위 거친 조정을합니다. </li><li> 샘플 DPBS를 주입. 거친 조정 등의 섬유 테이퍼는 두 개의 CCD 카메라의 뷰에 제공 있는지 확인합니다. 마이크로 공동으로 섬유 테이퍼에서 커플 링을 설정하는 나노 위치를 조정합니다. </li><li> 오실로스코프의 적절한 공명 수영을 얻기 위해 레이저 파장을 스캔합니다. </li></ol> 5. 나노 입자 검출 ontent &quot;&gt; 데이터를 수집하려면, 집에서 만든 소프트웨어를 사용하여 오실로스코프의 트리거 설정을 구성하고 추가 처리를 위해 오실로스코프 트레이스를 수집합니다. <ol><li> 참고로 버퍼 용액에 대한 데이터를 기록한다. </li><li> 낮은에서 높은 농도의 나노 입자 솔루션에 대한 데이터를 기록합니다. </li><li> 마이크로 공동의 결합에 의한 나노 입자에 일어나는 주파수의 변화를 관찰한다. </li></ol> 데이터의 6. 사후 처리 수집 된 데이터는 상기 자기 기록 MATLAB 프로그램에 의해 처리 될 수있다. 이 프로그램은해야한다 : <ol><li> 기준 간섭계의 흔적을 읽고 사인 곡선에 최소 자승법을 실시하고 있습니다. 장착 정현파의 위상은 즉석에서 레이저 지터를 추정하는 데 사용됩니다. </li><li> 공동 전송 흔적을 읽고 두 번 로렌츠 함수에 최소 자승법을 실시하고 있습니다. 광 주파수는, 1 ν (공진 딥에 해당하는ν 2) 및 δν 1로 표시 반값 (FWHM의, 그들의 전체 폭, δν 2)가 간섭계 신호와 송신 신호를 비교함으로써 결정된다. </li><li> 내가 1 (왼쪽 공명) 또는 2 (오른쪽 공명)이 될 수 있습니다 Q 전 = ν I / δν 전에서 각각의 딥의 품질 계수를 얻습니다. </li><li> 종래와 같이, 계산, 레이저 스캔 전압, 레이저 지터 수율 큰 측정 노이즈를 통해 공진 딥 광 주파수. </li><li> 평균 공진 주파수 ν 평균을 수집 = (ν 1 + ν 2) / 2 분할 주파수 Δν = ν 2 - ν 1 각 측정과 시간의 함수로 플롯. 나노 입자는 미세 공, 평균 공진 주파수 분할 주파수 소 모두의 급격한 변화의 표면에 바인딩 할 때자민련이 관찰 될 수있다. </li></ol>

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<li>Shopova, S. I., Rajmangal, R., Holler, S., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Plasmonic+enhancement+of+a+whispering-gallery-mode+biosensor+for+single+nanoparticle+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Plasmonic enhancement of a whispering-gallery-mode biosensor for single nanoparticle detection.</a> Appl. Phys. Lett. 98 (24), (2011).</li>
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</ol>

저자가 공개하는 게 없다.

이것은 현재의 설정은 프로브 레이저 소스에 대한 피드백 제어를 필요로하지 않고, 예컨대 microdisks, 미소 한 microtoroids 같은 WGM의 마이크로 공동의 다양한 프로빙 할 수있다. 검출을위한 상당한 신호 대 잡음비 (SNR)를 인해 경로 길이 및 입자 - 유도 산란 효과에 의해 제공 단계 시프트 개선을 얻을 수있다. 단순 및 기준 간섭계 자체의 저렴한 비용을 감안할 때,이 방법은 WGM 충치의 특성을 연구하거나 활용을위한 효율적인 기술입니다. 또한, 마이크로 공동 순환 전력이 최적화 될 수 있고, 공명보다 효과적으로 파운드 - Drever - 홀 (PDH) 주파수 잠금 및 중요한 커플 링 반응 (15)을 기준으로 진폭 변조 (AM)을 기반으로 위상 변조 (PM)를 도입을 통해 영속 될 수있다. 그러나, 이것은 상당한 비용과 복잡성을 도입 비용에 온다. 노이즈 FPDH 방식에 대한 loors...

연구 분야는 nanodetection와 1-8 바이오 센서의 목적을 위해 속삭이는 갤러리 모드 (WGM) 마이크로 공동의 사용에 크게 상승했다. 이것은 매우 높은 품질 계수 (Q) 단일 단백질 수준이 아래로 조금만 생물학적 입자를 식별하는 능숙 광학 공동을 포함한다. 즉, 특별한 감도 전송 9-11 작은 모드 볼륨에서 빛 에너지의 공동의 제한으로 활성화 할 수 있습니다에 대한 공진 및 분할 주파수의 변화를 모니터링합니다. 공진기의 광학적 성질의 변화는 다시 개별 분자 또는 나노 입자의 결합에서 발생한 이러한 변화의 원인이다. 이러한 응용을위한 3 차원 구조의 WGM 덜 정교한 예는 단순히 CO 2 레이저를 사용하여 그려진 광파이버를 절제하여 원자 적으로 매끄러운 표면 근처로 제조 될 수있는 실리카 마이크로 스피어이다. 공지 된 바와 같이,10 (9)의 순서에 높은 Q-요인은 1을 획득 할 수있다. 마이크로 공동의 공진 주파수는 종래 동시에 오실로스코프 포착 광전송을 수광하면서 가변 레이저 광원의 광 주파수를 스​​캐닝함으로써 모니터링된다. 이 기술의 고유의 단점은 레이저 파장 레이저 지터 변동에서 발생하는 전송에서 방울의 위치와 관련된 불확실성이다. 이러한 복잡화를 극복하기 위해, 간섭계는 레이저 지터를 취소하고 관찰 민감성이 증가하는 기준 신호를 생성하는 마이크로 공동과 함께 사용될 수있다. (측정 중에 하나 지난 FSR 주파수 간격을 터링으로부터 레이저를 방지하기에 충분히 큰 자유 스펙트럼 범위 또는 FSR)와 간섭계 int는 검출 빔 통과 참조광 : 광 입력은 두 개의 광로로 분할WGM의 마이크로 공진기와 eracts. 이 기능은 분산 피드백 레이저 ​​(DFB)의 조합 주기적으로 분극 니오브 산 리튬 (PPLN) 12 더블을 수반 WGM 감지의 같은 고급 구성을 비교 실험을 간소화합니다. 이 책에서, 나노 물질의 매우 높은 품질 계수의 마이크로 공동 기반 모니터링을위한 간섭계 기술은 3을 설명한다. 이것을 달성하는 데 필요한 셋업 및 데이터 수집 절차는 캐비티 품질 계수는 참고 간섭 법을 통해 결정될 수있는 방법을 보여주는 나와있다.

<table><tbody><tr><td>폴리스티렌&nbsp; 마이크로스피어</td><td>PolyScience</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dulbecco' s 인산염 완충 식염수(DPBS)</td><td>Life Technologies</td><td>14190</td><td></td></tr><tr><td>압전 나노 포지셔너 시스템</td><td>Physik Instrumente</td><td>P-611.3S</td><td></td></tr><tr><td>균형 광검출기</td><td>Thorlabs</td><td>PDB120A</td><td></td></tr><tr><td>광검출기</td><td>Newport</td><td>1801-FC</td><td></td></tr><tr><td>3dB 광섬유 방향성 커플러</td><td>Thorlabs</td><td>FC632-50B</td><td></td></tr><tr><td>10 dB 광섬유 방향성 커플러</td><td>Thorlabs</td><td>FC632-90B</td><td></td></tr><tr><td>드롭인 편광 컨트롤러</td><td>일반 포토닉스</td><td>PLC-003-S-25</td><td></td></tr><tr><td>함수 발생기</td><td>Hewlett-Packard</td><td>33120A</td><td></td></tr><tr><td>융합 스플라이서</td><td>Ericsson</td><td>FSU-925</td><td></td></tr><tr><td>고속 오실로스코프&nbsp;</td><td>컨트롤러</td><td></td> Thorlabs MTS25-Z8E 단일 모드 광섬유, 600-800 nm, &Oslash가 있는 Agilent DS09404A <td></td></tr><tr><td>전동 변환 스테이지</td><td></td><td></td>;<td></td></tr><tr><td> 125 &뮤; m 클래딩</td><td>Thorlabs</td><td>SM600</td><td></td></tr><tr><td>실시간 전기 스펙트럼 분석기</td><td>Tektronix</td><td>RSA3408B</td><td></td></tr><tr><td>광 스펙트럼 분석기</td><td>Agilent</td><td>70951A</td><td></td></tr><tr><td>632.5 &ndash; 637 nm 조정 가능한 레이저</td><td>새로운 초점</td><td>TLB-6304</td><td></td></tr><tr><td>여과 펌프</td><td>KNF</td><td></td><td></td></tr><tr><td>초음파 클리너</td><td>크레스트 초음파</td><td>Powersonic 1100D</td><td></td></tr><tr><td>미니 볼텍서</td><td>VWR</td><td>VM-3000</td><td></td></tr><tr><td>원심분리기</td><td>Beckman Coulter</td><td>마이크로fuge 22R</td><td></td></tr></tbody></table>

nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

초고 품질 인자 마이크로 공동 검사에 적합한 열적 및 기계적으로 안정화 된 광섬유 간섭계는 구식된다. 그 자유 스펙트럼 범위 (FSR)를 평가 한 후에, 모듈은 광섬유 테이퍼 마이크로 공동 시스템과 병렬로 넣을 후 레이저의 주파수 (즉, 레이저 지터 노이즈)에 랜덤 시프트를 분리 및 제거를 통해 교정. 테이퍼 마이크로 공동 접합을 실현하고, 공진기에 전달되어 광 전력을 최대화하기 위해, 단일 모드 광섬유 도파로가 당겨진다. 폴리스티렌 나노 비드를 함유하는 용액을 제조하고이어서 마이크로 공동의 표면에 결합 감지하는 시스템의 능력을 입증하기 위해 마이크로 공동으로 유입된다. 데이터는 고해상도 품질 계수의 측정뿐만 아니라 공진 파장 분할 주파수 시프트와 같은 시간 의존적 파라미터의 플로팅을 허용 적응 커브 피팅을 통해 사후 처리된다. 정중하게시간 영역 응답 단계를 검사하고 주파수 - 도메인 응답하여 변속이 악기는 이산 바인딩 이벤트를 정량화 할 수있다.

프로토콜을 수행하고 나면, 트레이스는 컴파일 및 장착 될 수있다. 주파수 분할이 DPBS 매체에서 관찰되는 비디오에 제시된도 3a는 마이크로 스피어의 일반적인 공진 구조를 나타낸다. 이중 로렌츠 함수에 대한 최소 자승법은 왼쪽과 오른쪽 공명 딥의 품질 계수는 각각 X 10 8 2.1이며, 수성 환경에서 3.8 × 10 8을 나타냅니다. 적색 동안 FWHM의 광 주파수는, 레이저 파장이 시프트 블루 때 공명 스펙트럼이 얻어진다 Q. 주 대한 고분해능 측정을 산출도 3b에서 간섭계 신호와 캐비티 스펙트럼을 비교함으로써 얻어진다 측정 수율 유사 Q 값을 이동. 그림 4 전송 곡선의 두 로렌츠 착용감이 계산 된 것을 특징으로 생성 할 수있는 공명 스펙트로 보여줍니다. 교정, 일의 측면에서E 레이저 지터 노이즈는 일본어 참조 간섭계로부터 추출이어서 간섭계와 미세 신호 장치로부터...

nanodetection 대​​한 바람직하지 않은 레이저 지터 노이즈를 제거하도록 설계 기준 간섭계 기술은, 매우 높은 품질 계수의 마이크로 공동 프로빙에 이용된다. 어셈블리, 설정 및 데이터 수집을위한 지침은 캐비티 품질 계수를 특정하기위한 측정 과정과 함께 제공된다.

Nanodetection에 대한 참조 간섭계의 구현

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

이 절차의 전반적인 목표는 whispering gallery mode 센싱을 사용하여 초고품질 계수(ultra high quality factor)를 통해 수십 나노미터 직경의 입자를 검출하는 기준 간섭계를 제작하는 것입니다. Whispering gallery mode 마이크로 공동(micro cavity) 내에서 공명 광자는 수십만 번 순환하게 됩니다. 이로 인해 입자가 마이크로 공동에 안착하면 광학적 특성이 눈에 띄게 변화하게 됩니다.후방 산란이 충분히 강하고 공동 손실이 충분히 낮으면, 실험적으로 파라 분할 모드(para split modes)가 나타납니다. 이는 주파수 분할 효과를 일으키며 입자 흡수가 발생하게 됩니다. 이후 주파수 이동이 일어나게 됩니다.스캐닝 전압을 통해 캐비티의 공진 주파수를 추적하는 기존 시스템과 비교했을 때, 본 참조 간섭계 기술의 주요 장점은 레이저 노이즈를 억제할 수 있어 신호를 전반적으로 증폭시킬 수 있다는 점입니다. 또한, 이 방법은 구성이 간편하고 비용 효율적이며, 광범위한 영역의 모터 캡티브 특성을 연구하거나 활용하는 것뿐만 아니라 인플루엔자 바이러스와 같은 단일 분자를 검출하는 데 특히 적합합니다. 참조 간섭계 조립을 시작하려면 600에서 800 nm의 단일 모드 광섬유를 3 dB 방향성 결합기 입력단으로 연결하십시오.이 커플러의 출력 광섬유 중 하나는 광 지연을 추가하기 위해 16피트 길이의 연속된 루프 형태를 갖추어야 합니다. 나머지 출력 광섬유는 이후 광 전송을 조정하는 데 사용될 편광 컨트롤러에 고정해야 합니다. 이 광섬유들을 두 번째 3 dB 방향성 커플러의 입력 포트에 연결하면, 광 혼합된 출력 신호가 평형 광검출기의 입력으로 사용됩니다.이 광학 부품 네트워크는 3단 선반 장치에 배치할 수 있으며, 해당 장치는 50%의 얼음과 50%의 액체 상태의 물로 채워지는 스티로폼 상자에 둘러싸인 아크릴 수조 내에 위치합니다. 안정성을 위해 각얼음보다는 갈아 만든 얼음을 사용하는 것이 좋습니다. 다만, 광섬유가 손상되지 않도록 두 가지 모두 외함 내에 조심스럽게 배치해야 합니다. 이렇게 하면 위스퍼링 갤러리 모드(whispering gallery mode) 마이크로 공동을 조사할 수 있는 기존 구성에 이를 통합하는 것이 가능합니다.먼저, 프로브 블레이저 출력이 초기 3 dB 방향성 결합기에 입력되도록 확인하고, 레이저 피드를 선형적으로 스캔하기 위해 100 Hz, 1 V peak-to-peak 램프 신호를 인가합니다. 그러면 밸런스 광검출기의 출력이 사인파 형태가 되어야 합니다. 다음 단계로, 사인파 파형의 peak-to-peak 전압을 최적화할 수 있도록 편광 컨트롤러를 적절하게 조정합니다.레이저를 연속파(continuous wave) 출력으로 설정하려면, 파형 발생기를 DC 모드로 설정하고 이전 신호가 0을 중심으로 변동하도록 조정하십시오. 전기 스펙트럼 분석기로 신호를 모니터링하여 최종적으로 자유 스펙트럼 범위(free spectral range)를 결정할 수 있습니다. 이는 0 주파수에서의 최댓값과 첫 번째 널(null) 사이의 주파수 간격을 찾아냄으로써 수행할 수 있습니다.섬유 홀더를 전동 트랜슬레이션 스테이지에 고정합니다. 두 개의 광섬유 한쪽 끝에 FC A PC 커넥터를 연결한 후, 파이버 스트리퍼를 사용하여 노출된 끝부분의 버퍼 코팅을 제거합니다. 이를 아세톤으로 세척한 다음 이소프로판올로 세척합니다.그런 다음 끝면을 절단하십시오. 남은 광섬유는 안전하게 폐기해야 합니다. 다음 단계는 확산입니다.이 파이버들을 서로 융착합니다. 융착 후, 새로운 파이버 세그먼트의 좌우 경계를 파이버 홀더에 고정하여 수소 가스 배출구 근처에 위치시키고 광학 현미경 대물렌즈를 통해 관찰할 수 있도록 합니다. 수소 가스가 배출되면 채널 압력이 안정화되고 유량은 110 milliliters per minute가 됩니다.오실로스코프에서 광검출기 신호를 선형적으로 관찰하여 광 투과율을 모니터링하면서 수소를 점화합니다. 맞춤형 실험실 소프트웨어를 사용하여 파이버를 당깁니다. 파이버 너비가 점차 감소하며, 다중 모드 간섭으로 인해 투과 강도가 진동하기 시작하는 것을 확인할 수 있습니다.투과 강도의 변화가 멈추면 파이버 당기기를 중단하십시오. 이는 테이퍼가 단일 클래딩 모드를 지원할 수 있을 만큼 충분히 가늘어진 지점을 나타냅니다. 이동 스테이지에서 파이버 홀더를 분리하고, 마이크로 공동을 지지할 PA 및 전기 스테이지 근처에 고정하십시오.이 절차 단계에서는 외부 입자로 인한 시료 오염을 방지하기 위해 클린룸 슈트를 반드시 착용해야 합니다. 여기에는 신발 커버, 안면 마스크, 보호 안경, 헤어넷, 라텍스 장갑 한 쌍이 포함됩니다. 작업대를 준비한 후, 사용하지 않을 때 4 °C에서 보관해 두었어야 할 반경 50 nanometer의 단분산 중공 성형 마이크로구체를 가져오십시오.ECCOs 인산염 완충 식염수(phosphate buffered saline) 또는 DPBS에 마이크로스피어 10 picomolar 용액을 준비한 후, 마이크로피펫을 사용하여 1밀리리터 원심분리 튜브에 순수 DPBS 용액을 만듭니다. 다음으로, 다른 두 개의 튜브에 900 microliters의 DPBS를 주입합니다. 서로 다른 혼합물에는 각각 별도의 피펫 팁을 사용해야 함에 유의하십시오.DPBS 내 마이크로스피어의 1 pM 및 100 fM 희석 용액을 준비하려면, 원래의 10 pM 용액에서 100 µL를 취하여 900 µL의 DPBS가 들어 있는 튜브 중 하나에 분주합니다. 짧게 볼텍싱하여 내용물을 혼합한 다음, 1 pM 용액에서 100 µL를 취해 나머지 두 튜브에 대해서도 이전 단계를 반복합니다. 그 후, 원심분리기의 뚜껑을 엽니다.균형을 맞추기 위해 위치를 엇갈리게 배치하여 용액들을 넣습니다. 뚜껑을 닫고 30분 동안 원심분리 사이클을 시작합니다. 완료되면 뚜껑을 열고 용액들을 조심스럽게 꺼냅니다. 튜브들을 데시케이터 챔버 안에 보관합니다.캡을 살짝 푼 다음, 혼합물의 가스를 제거하기 위해 챔버를 진공 상태로 만들고, 데시케이터를 초음파 세척조에 부분적으로 담가 30분 동안 초음파를 가합니다. 그 후, 세척조에서 챔버를 꺼냅니다. 챔버를 완전히 꺼내어 공기로 다시 채운 후 용액을 수거합니다.원심분리관의 캡을 돌려 닫았는지 확인하십시오. 다음 단계에서는 유체 공급 시스템 구축에 집중합니다. 스탠드 제작이 완료되면, 1피트보다 약간 더 긴 길이로 미세유체 튜브의 분절을 자릅니다.주사기 팁을 한쪽 끝에 삽입하고 이를 배럴 플런저 어셈블리의 루어 록 피팅에 연결합니다. 그런 다음 페룰의 양쪽 끝에 두 개의 주사기 팁을 나사로 고정합니다. 이 주사기 팁 중 하나를 미세유체 관의 노출된 끝부분에 삽입하고 스탠드 지지대에 고정합니다.시료 바로 뒤에 위치한 미세유체 시스템은 누출을 최소화해야 합니다. 파이버 테이퍼의 선명한 이미지를 얻기 위해 수직 현미경 대물렌즈의 초점을 다시 맞추십시오. 수평 현미경 대물렌즈에 대해서도 동일한 과정을 반복하십시오.그런 다음 샘플을 나노 포지셔너에 장착하고 파이버 테이퍼의 중심 방향으로 이동시킵니다. 본 실험에서는 silica microsphere가 사용되었습니다. 다음으로, 오실로스코프에서 적절한 공진 딥(resonance dip)이 나타나도록 레이저 파장을 스캔합니다.마이크로 공동(micro cavity)의 품질 계수를 평가한 후, 파이버 테이퍼(fiber taper)를 구조물에서 조심스럽게 멀리 이동시킵니다. 파이버 테이퍼가 마이크로 공동에 충분히 가까우면, 반데르발스 힘(Vander Wall's forces)으로 인해 두 구조물이 서로 끌어당겨 접촉하게 됩니다. 이로 인해 오버 커플링(over coupling)이 발생할 가능성이 높으며, 이는 두 구조물을 분리하여 교정할 수 있습니다. 다시 한번 파스퇴르 피펫에 물을 채우고 마이크로 공동 뒤쪽에 방울을 떨어뜨려, 주변 유전 매질이 해당 액체가 되도록 합니다.이제 샘플에 용액을 흘려줄 준비가 되었습니다. 기준 간섭계 시스템 설정이 완료되었으므로, 오실로스코프 트리거 설정을 구성하고 자체 제작 소프트웨어를 실행하여 트레이스를 수집하십시오. 그런 다음 버퍼 용액에 대한 공명 곡선을 획득하며, 이는 최대 주파수 분할(frequency splitting)까지만 나타나야 합니다. 이어서 가장 낮은 농도부터 가장 높은 농도 순으로 나노입자 용액의 공명 곡선을 기록하십시오.여기에서는 결합 이벤트에 상응하는 평균 및 분할 주파수 이동이 나타나야 합니다. 트레이스 데이터는 MATLAB 스크립트를 사용하여 처리할 수 있으며, 이 특정 예시의 경우 상단 서브 플롯의 공진 구조를 간섭계 신호와 비교하여 품질 계수(quality factor)를 구할 수 있습니다. 하단 서브 플롯에서, 버퍼 용액에 침전시켰을 때 이 특정 실험 런의 품질 계수는 약 200 million입니다.또한, 이 절차를 통해 기준 정보를 구축한 후에는 보정 전 스펙트로그램, 보정 후 스펙트로그램 및 노이즈 플로어 파형을 생성할 수 있습니다. 이제까지의 과정을 통해 다양한 상주 보조 장치의 작동 방식과 이를 귀하의 시스템에 결합하는 방법을 충분히 이해하셨을 것입니다. 아울러, 위스퍼링 갤러리 모드 공동을 통해 자기 참조 검출을 수행하는 방법에 대해서도 충분한 이해를 얻으셨을 것입니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

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