Implementação de um interferômetro de Referência para Nanodetection

O objetivo geral deste procedimento é criar um interferômetro de referência que utilize a detecção por modo de galeria sussurrante para identificar partículas com diâmetros da ordem de dezenas de nanômetros, alcançando um fator de qualidade ultraelevado. No modo de galeria sussurrante, um microcavidade e um fóton de ressonância circulam em seu interior centenas de milhares de vezes. Isso fará com que as propriedades ópticas mudem de maneira notável quando uma partícula pousar sobre a microcavidade.

Se o espalhamento reverso for suficientemente forte e a perda na cavidade for suficientemente baixa, modos para divididos aparecem experimentalmente. Isso produzirá o efeito de divisão de frequência e ocorrerá absorção de partículas. Em seguida, ocorrerá deslocamento de frequência.

A principal vantagem dessa técnica de interferômetro de referência em relação aos sistemas existentes, como aqueles que monitoram a frequência de ressonância da cavidade por meio da análise da tensão de varredura, é que ela é capaz de suprimir o ruído do laser e, consequentemente, amplificar o sinal em toda uma ordem de grandeza. Agora, além de ser fácil de construir e economicamente viável, este método é particularmente adequado para estudar ou explorar as propriedades de uma ampla gama de motores em área confinada e para a detecção de ribossomos de moléculas individuais, como o vírus da gripe. Para começar a montar o interferômetro de referência, direcione uma fibra óptica monomodo de 600 a 800 nanômetros em direção à entrada de um acoplador direcional de três dB.

Uma das fibras de saída desse acoplador deve formar uma série de laços com 16 pés de comprimento para adicionar atraso óptico. A fibra de saída restante deve ser fixada a um controlador de polarização, que será usado posteriormente para ajustar a transmissão óptica. Após conectar essas fibras às portas de entrada de um segundo acoplador direcional de três dB, os sinais de saída foto-misturados servirão então como entradas para um fotodetector balanceado.

Essa rede de componentes ópticos pode ser acomodada em uma unidade de prateleiras com três níveis, que fica dentro de uma caixa de isopor contendo uma bacia de acrílico a ser preenchida com 50% de gelo misturado a 50% de água líquida; recomenda-se gelo ralado em vez de cubos de gelo por questões de estabilidade. No entanto, ambos devem ser colocados cuidadosamente no interior do recipiente para evitar danificar as fibras ópticas. Em seguida, é possível integrar esse conjunto a uma configuração existente capaz de sondar uma microcavidade de modo de galeria sussurrante.

Primeiro, certifique-se de que a saída do amplificador do sonda seja recebida no acoplador direcional DB inicial para escanear linearmente a alimentação do laser com um sinal rampa de 100 hertz e um volt pico a pico. A saída do detector fotônico balanceado deverá então tornar-se senoidal. O próximo passo é ajustar adequadamente o controlador de polarização para otimizar a tensão pico a pico da forma de onda senoidal.

Para configurar o laser para saída em onda contínua, ajuste o gerador de forma de onda para o modo CC e sintonize-o de modo que o sinal anterior flutue em torno de zero. Monitorando o sinal com um analisador espectral elétrico, a distância espectral livre pode finalmente ser determinada. Isso pode ser realizado encontrando a separação de frequência entre o máximo na frequência zero e o primeiro mínimo.

Fixe o suporte da fibra ao estágio de translação motorizado. Após adicionar conectores FC A PC a uma extremidade de duas fibras ópticas, remova o revestimento buffer das extremidades expostas com uma fita descascadora de fibra. Limpe essas extremidades com acetona seguida por isopropanol.

Em seguida, lixe as faces das extremidades. Certifique-se de descartar com segurança a fibra em excesso. O próximo passo é a difusão.

Emende essas fibras juntas após a emenda. Prenda as bordas direita e esquerda do novo segmento de fibra em um suporte para fibra de modo que fique próximo a uma saída de gás hidrogênio e possa ser visto através da objetiva de um microscópio óptico. Quando o gás hidrogênio é liberado, a pressão no canal se estabiliza e a taxa de fluxo atinge 110 mililitros por minuto.

Acenda o hidrogênio enquanto monitora a transmissão óptica observando o sinal do fotodetector em um osciloscópio linearmente. Puxe a fibra utilizando um software personalizado de uso laboratorial. Você deve notar que a largura da fibra diminui gradualmente e que a intensidade transmitida deve começar a oscilar devido à interferência multimodal.

Uma vez que a intensidade transmitida deixe de variar, interrompa o estiramento da fibra. Isso marca o ponto em que o afinamento está suficientemente fino para suportar um único modo no revestimento. Solte o suporte da fibra do estágio de translação e fixe-o próximo aos amplificadores piezoelétricos e ao estágio elétrico que irão sustentar sua microcavidade.

Durante esta parte do procedimento, é necessário usar um traje de sala limpa para evitar a contaminação das amostras com partículas estranhas. Isso inclui capas para sapatos, uma máscara facial, proteção ocular, uma rede para cabelo e um par de luvas de látex. Após preparar sua estação de trabalho, pegue as microesferas mono dispersas de 50 nanômetros de raio com revestimento de ouro, que deveriam ter sido armazenadas a quatro graus Celsius quando não estavam em uso.

Uma vez preparada uma solução de 10 picomolares de microesferas em salina tamponada com fosfato ECCOs ou DPBS, crie uma solução pura de DPBS em um tubo cônico de um mililitro usando uma micropipeta. Em seguida, injete 900 microlitros de DPBS em mais dois tubos. Tenha em mente que ponteiras de pipeta separadas devem ser usadas para misturas diferentes.

Para preparar as soluções diluídas de um pico molar e 100 fento molar de microesferas em DPBS, retire 100 microlitros da sua solução original de 10 pico molar e transfira para um dos tubos contendo 900 microlitros de DPBS. Vortex brevemente, misture bem o conteúdo e, em seguida, remova 100 microlitros da solução de um pico molar e repita o passo anterior para os outros dois tubos restantes. Depois disso, abra as tampas da centrífuga.

Coloque as soluções dentro dele, garantindo que as posições estejam escalonadas para fins de equilíbrio. Feche as tampas e inicie um ciclo de centrifugação de 30 minutos. Após a conclusão, abra as tampas e remova cuidadosamente as soluções. Fixe os tubos dentro de uma câmara de dessecção.

Desrosqueie levemente as tampas e evacue a câmara para desgaseificar as misturas, mergulhe parcialmente o dessecador no banho de um sonicator e bombardeie as soluções com ondas ultrassônicas por 30 minutos. Após isso, remova a câmara do banho. Remova, remova, remova, reabra com ar e colete as soluções.

Lembre-se de parafusar bem as tampas dos tubos de centrífuga. Os próximos passos terão como foco a construção de um sistema de entrega de fluido. Após montar um suporte, corte um segmento de tubo microfluídico ligeiramente mais longo que um pé.

Insira a ponta de uma seringa em uma extremidade e conecte-a ao encaixe de bloqueio tipo luva de um conjunto de pistão. Em seguida, parafuse duas pontas de seringa em ambas as extremidades de um feral. Insira uma dessas pontas de seringa na extremidade exposta do tubo microfluídico e fixe-o ao suporte.

O sistema microfluídico diretamente atrás da amostra deve minimizar derramamentos. Refocalize o objetivo microscópico vertical para obter uma imagem nítida do tapers de fibra. Repita isso para o objetivo microscópico horizontal.

Em seguida, você pode montar sua amostra no nano posicionador e deslocá-la em direção ao centro do afinamento de fibra. Neste caso, utiliza-se uma microesfera de sílica. A seguir, varre-se o comprimento de onda do laser para obter um dip de ressonância apropriado no osciloscópio.

Uma vez que você tenha avaliado o fator de qualidade da microcavidade, mova cuidadosamente o seu taper de fibra para longe da estrutura. Se o taper de fibra estiver suficientemente próximo da microcavidade, as forças de Vander Waals irão atrair os dois, fazendo com que entrem em contato. Isso provavelmente causará acoplamento excessivo, que pode ser corrigido separando novamente as estruturas. Novamente, carregue uma pipeta pastel com água e adicione gotas atrás da microcavidade, de modo que o meio dielétrico ao seu redor se torne este líquido.

Agora você está pronto para fluir soluções para a amostra. Agora que o sistema de interferometria de referência está configurado, configure as configurações de gatilho do osciloscópio e execute o software caseiro para coletar traços. Em seguida, você pode adquirir curvas de ressonância para a solução tampão, que no máximo devem exibir divisão de frequência. Em seguida, registre curvas de ressonância para as soluções de nanopartículas, da menor para a maior concentração.

Aqui, espera-se observar desvios de frequência médios e divididos que correspondem a eventos de ligação. Os dados do traçado podem ser processados com a ajuda de scripts MATLAB, e, neste exemplo específico, o fator de qualidade pode ser obtido comparando a estrutura de ressonância no subgráfico superior ao sinal do interferômetro. No subgráfico inferior, o fator de qualidade desta corrida específica é de aproximadamente 200 milhões para imersão na solução tampão.

Além disso, espectrogramas antes da calibração, espectrogramas após a calibração e formas de onda do nível de ruído podem ser gerados após a construção dos informadores de referência por meio deste procedimento. Neste momento, você já deverá ter uma boa compreensão de como funciona essa variedade de assistentes residentes e de como acoplá-los ao seu próprio sistema. Além disso, você deverá ter uma boa compreensão de como realizar detecções com referência própria por meio das cavidades no modo de erro de sussurro.