Синтез и эксплуатация Флуоресцентные-ядерный Микрополости для Рефрактометрические зондирования

Общая цель этой процедуры заключается в разработке технологии микрофлюидных датчиков. Это достигается путем предварительного изготовления потенциальных устройств путем кодирования капилляров слоем кремниевых квантовых точек. Второй шаг – определить, какие из образцов соответствуют основным требованиям для использования в качестве датчика.

Затем сенсорное устройство подключается к микронасосной системе, чтобы обеспечить введение аналитов. Заключительным этапом является сбор флуоресцентных спектров и анализ результатов. В конечном счете, флуоресцентная микроскопия используется для демонстрации повторного метрического зондирования жидкостей в капиллярном канале.

К основным преимуществам этого устройства можно отнести его небольшие размеры, совместимость с микрофлюидами, а также тот факт, что можно легко представить себе полноценное устройство, построенное из набора довольно недорогих компонентов. Благодаря микрофлюидному каналу любая жидкость может быть закачана внутрь капилляра. Самая сложная часть заключается в функционализации поверхности с целью связывания с определенными аналитами.

Это устройство имеет широкий спектр потенциальных применений, таких как безопасность пищевых продуктов, анализ грунтовых вод или даже здравоохранение. Самое сложное в этом устройстве заключается в том, что подготовка образцов очень привередлива, и вероятность успеха очень низкая, потому что малейшая вещь может привести к неудаче в подготовке образца. Наглядная демонстрация этой техники помогает повысить вероятность успеха.

Начните с подготовки микрокапилляров. Приобретите капилляры из диоксида кремния у коммерческого поставщика. Выберите внутренний диаметр примерно от 25 до 30 микрометров для более широко разнесенных спектральных резонансов или внутренний диаметр около 100 микрометров.

Для более близко расположенных резонансов с более высокими показателями качества большие внешние диаметры обеспечат более прочные и легко управляемые микрополости. Затем с помощью скалывателя из алмазного волокна отрежьте примерно 10 сантиметровых кусочков капилляра от рулона. Каждое изделие представляет собой единый образец.

Нагрейте образцы в трубчатой печи при температуре 650 градусов Цельсия в течение одного часа в кислороде. Этот процесс удаляет цветную полиамидную оболочку, обнажая кремнеземный капилляр внутри. Прежде чем продолжить, подождите, пока образцы вернутся к комнатной температуре.

Получите водород YLS OX или HSQ в одном из его текучих оксидных растворов и отрегулируйте его концентрацию до соответствующего диапазона для образования квантовых точек. Для этого потребуется метод проб и ошибок для капилляра. При радиусе от 25 до 30 микрометров раствор с содержанием веса около 25% по весу является хорошей мишенью.

После завершения подготовительных этапов изготовьте покрытый капилляр путем погружения подготовленных капилляров в HSQ и проточный оксидный раствор. Мениск должен быть виден по мере того, как раствор поднимается вверх по каналу. Когда мениск достигнет верха, удалите капилляр и поместите его в стакан, стоя на коленях.

Повторите это для 20-30 капилляров, используя две разные концентрации растворов HSQ. По весу, в то время как капилляры наполнены воздухом, текучий оксидный раствор хранится охлажденным в перчаточном ящике для минимизации воздействия кислорода и водяного пара. Квантовые точки образуются в кремнеземной матрице.

В процессе отжига поместите капилляры в печь, которая настроена на повышение температуры от комнатной до 300 градусов Цельсия в течение 30 минут. Подержите при этой температуре три часа, затем увеличьте температуру до 1100 градусов Цельсия за 45 минут и оставайтесь при этой температуре в течение одного часа. Дайте капилляру медленно остыть до комнатной температуры в течение примерно 12 часов.

В результате этого процесса образуется от 20 до 30 капилляров, стенки которых покрыты слоем флуоресцентных квантовых точек, встроенных в кремнеземную матрицу. Чтобы охарактеризовать образцы, используйте флуоресцентный микроскоп, который может выполнять как визуализацию, так и спектроскопию в диапазоне длин волн от 700 до 900 нанометров. Расположите ряд капилляров-кандидатов на сцене так, чтобы между ними было легко перемещаться.

Для быстрого визуального анализа возбуждайте каждый капилляр синим или ультрафиолетовым излучением либо в свободном пространстве на предметном столике микроскопа, либо непосредственно через линзу объектива. С помощью дихроичного фильтра наблюдайте за флуоресценцией капилляров с помощью окуляра или цветной камеры. Если изготовление прошло успешно, капилляры будут иметь ярко-красную флуоресценцию капилляров с желто-оранжевой флуоресценцией, или вообще не будут иметь ее, что указывает на низкую концентрацию HSQ во время изготовления.

Их следует выбрасывать вместе с теми, которые имеют треснувшую или текстурированную пленку. Спектры квантовых точек должны быть интенсивными в диапазоне от 700 до 900 нанометров. Спектры, взятые с внутренней стенки капилляра, должны показывать сильные колебания из-за наличия режима шепчущей галереи, отбросить любые образцы, которые не демонстрируют признаков этой моды.

Далее подготовьте образцы для анализа рефрактерных метрик. Используйте соответствующий клей для прикрепления каждого конца потенциального капилляра к полиэтилену или аналогичной трубке для переноса жидкостей внутрь капилляра и от него. После склеивания первой трубки подождите, пока она затвердеет, прежде чем пытаться приклеить другую сторону.

Внутренний диаметр трубок должен быть лишь немного больше внешнего диаметра капилляра. Соблюдайте осторожность, чтобы клей не просачивался в капиллярный канал и не блокировал его. Далее подсоедините трубку со шприцем к микронасосной системе.

Будьте готовы к перекачке соединений с хорошо известными показателями преломления, таких как метанол, этанол и вода. Закачивайте каждую жидкость по одной в капилляр, чтобы определить метрику преломления устройства. Соберите спектры с каждой жидкостью внутри капилляра.

Используйте анализатор на световом пути для измерения сдвигов в режимах «Шепчущая галерея» с каждым разным раствором в капилляре. Если наблюдаемого сдвига нет, квантовая пленка слишком толстая, и капилляр следует выбросить. Успешные образцы обычно имеют чувствительность от 5 до 15 нанометров на раствор.

Данные о единицах измерения показателя преломления собираются с помощью метрики преломления. Начните с получения эталонного спектра капилляра датчика для биосенсорных приложений. Это следует сделать после того, как поверхность канала функционализирована.

В частности, для достижения низких пределов обнаружения необходимо позаботиться о минимизации дрейфа пробы. Также используйте калибровочный стандарт для коррекции длины волны и интенсивности спектрометра. Наконец, соберите спектральные данные с помощью аналита, введенного в капилляр сенсора.

Анализируйте данные методами, описанными в рукописи. Установка может быть запрограммирована на непрерывный сбор спектров по мере закачки аналитов в капиллярный канал. Вверху находится набор спектров, взятых за метанол, затем вода, затем этанол были закачаны в капилляр.

Спектры были взяты последовательно от красного к синему. На этом рисунке показан спектр мощности для каждого флуоресцентного спектра. 40-я компонента представляет собой основное наблюдаемое колебание моды шепчущей галереи.

Разность фаз для 40-й компонентной была преобразована в сдвиги длины волны и построена в зависимости от времени. Как видно здесь. Полосы погрешностей представляют собой одно стандартное отклонение сдвига пика для 60 измерений.

На врезке показана средняя чувствительность в диапазоне показателей преломления от метанола до этанола. Обратите внимание, что анализ данных непрерывных временных рядов показывает всплеск в данных сдвига между водой и метанолом. Это согласуется с наличием небольшой области смешивания с более высоким показателем преломления, чем у любой чистой фазы после освоения.

Выполнение этой техники может занять несколько часов, но до нескольких дней.