Refraktometrik Algılama Floresan çekirdekli mikro kavitasyonlar sentezi ve İşletilmesi

Summary

Floresan çekirdekli microcavity sensörler silika mikrokapilerler kanal yüksek indeks kuantum nokta kaplama kullanır. Kılcal kanal neden içine pompalanan akışkan kırılma indisi değişiklikler kanal orta analiz etmek için de kullanılabilir microcavity floresan spektrum içinde kayar.

Abstract

Bu kağıt bir mikroakışkan analiz setup çalışabilir floresan çekirdek microcavity tabanlı sensörler anlatılır. Bu yapılar, bir geleneksel microcapillary bir kanal yüzeyi üzerinde bir floresan kuantum-nokta (QD) kaplama oluşumu dayanmaktadır. Silikon QDS nedeniyle bunların göz ardı edilebilir toksisitesi ile kısmen yasal bir çok ülkede madde kontrol edilir II-VI ve II-VI bileşiği QDS ile karşılaştırıldığında, bu uygulama için özellikle ilgi çekicidir. Topluluk emisyon spektrumunu, bir kılcal ® film içinde sıkışmış ışık için rezonanslar karşılık gelen elektromanyetik spektrum floresan, keskin, dar zirveleri bir dizi kanal duvarı üzerinde bir Si-QD filmin geniş ve şekilsiz iken. Bu rezonanslarının zirve dalga boyu ve böylece QDS analit ile fiziksel temas içinde olan hiç bir Kırılma sensörü olarak işlev cihaz müsait olduğunda, dış ortam duyarlıdır. Deneyselfloresan çekirdekli mikrokapilerler üretim ile ilişkili yöntemleri de analiz yöntemleri olarak, ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Son olarak, bir karşılaştırma mikroakışkan algılama yetenekleri açısından, bu yapılar ve daha yoğun araştırma konusu sıvı çekirdek optik halka rezonatörü arasında yapılır.

Introduction

Sadece küçük bir örnek hacmi gerektirir ve elle tutulan veya alan-operabl cihazlar dahil edilebilir Kimyasal algılama sistemleri yeni teknolojilerin geniş bir yelpazede gelişmesine yol açabilir. Bu tür teknolojiler hastalıklar ve patojenler, ¹ çevre kirleticiler, ² ve gıda güvenliği için alanda teşhis içerebilir. ^3. Çeşitli teknolojilerin aktif en gelişmiş arasındadır yüzey plazmon rezonans (SPR) ve fizik dayalı cihazlarla, mikroakışkan kimyasal sensörler için araştırılmaktadır. ⁴ Bu sensörler artık pek çok özel biyomoleküllerin tespit etme yeteneğine sahip ve ticari başarı elde ettik, ağırlıklı olarak büyük ölçekli laboratuar ekipmanları gibi olsa. ⁵

Son yıllarda, optik mikro kavitasyonlar SPR tabanlı sistemler ile rekabet artmıştır. Mikro kavitasyonlar hatta belki gösterdi tek virüsleri ⁶ tespit yeteneği ve tek biyomoleküllerle, inanılmaz hassas olabilirsiniz 9 olduğundan şüphe yoktur, ⁸ bazı tartışma konusu olmaya devam etmektedir). Mikro kavitasyonlar olarak, algılama düzeneği rezonans elektrik alanı profili içindeki bir analit bulunmasından kaynaklanan optik rezonanslar değişiklikler üzerine dayanır. Genellikle, belirli bir analit rezonans merkez frekansı, görünürlüğü veya çizgi kalınlığı içinde değişime neden olacaktır. SPR sistemlerinde olduğu gibi, mikro non-spesifik Kırılma sensörü olarak hareket, ya da belirli bir analiz için fonksiyonalize biyosensörler gibi olabilir.

Bir dairesel kesitli (örn. mikroküreler, diskler veya silindirler) ile Dielektrik mikroyapılar fısıldayan galeri modları veya WGMs, benzer akustik efektler Lord Rayleigh araştırmalara uzanan bir terim olarak bilinen elektromanyetik rezonanslar ile karakterize edilir. ^10. Esasen, bir optik WGM Bir dalga dairesel çapraz s çevrelemiyor oluşurtoplam iç yansıma, ve faz, başlangıç ​​noktasına geri döner tarafından ection. Bir mikrosfer, silika, bir elektromanyetik rezonans bir örneği Şekil 1a 'de gösterilmiştir. 53 dalga boylarında bir toplam ekvator (l = 53) etrafında uygun iken bu rezonans, radyal bir yönde bir maksimum (n = 1) ile karakterize edilir, ancak bunların bazıları gösterilmiştir. Alan şiddetinin fani kısmen küre sınır dış ortam içine doğru uzanır, böylece mikrosfer WGM dış ortam hissedebilir.

Kılcal bir WGM tabanlı bir sensör özellikle ilginç bir örnektir. Bir kılcal, silindirik WGMs bir küre için durum benzer, dairesel kesitli etrafında oluşabilir. Kılcal duvar çok ince ise, elektromanyetik alan parçası kılcal kanal (Şekil 1b) içine doğru uzanır. Bu nedenle, bir kılcal kanal içine enjekte edilen analit için bir microfluidic algılayıcı olabilir. Bu, brezonatör sıvı çekirdek optik halka (LCORR) işletilmesi asis. ^11. LCORRs WGMs araştırmak üzere bir hassas tuneable lazer kaynağından ışık yiten kaplin güveniyor. LCORR önemli bir yönü, kılcal duvarlar modu örnekleri kanalın orta sağlamak için (yaklaşık 1 um) ince olmasıdır. Bu onların fabrikasyon bazı zorluklar yerleştirir ve bunların mekanik kırılgan olmasına neden olur.

Çalışmamızda, biz bir floresan çekirdek microcavity (FCM) aramak alternatif bir yapı geliştirmiştir. ^12,13 Bir FCM oluşturmak için, biz kat yüksek refraktif indeksi fluorofor (özellikle, bir tabaka olan bir kılcal kanal duvarları oksit-gömülü silikon kuantum noktaları). Filmin yüksek indeks böylece WGMs (Şekil 1c) oluşturma, yayılan radyasyon sınırlandırmak için gereklidir. LCORR aksine, bir FCM olarak yayılan flüoresans modlarının bir spektrum içinde keskin maksimum olarak görünür. Kalınlığıçok kalın ise WGM kılcal kanal orta örnek değildir ve çok ince ise optik doğumdan kaybetti ve WGMs zayıf olmasıdır; filmin büyük önem taşımaktadır. Böylece, bir FCM imalat dikkatli bir hazırlık gerektiren, zor bir süreçtir. Bu, geçerli kağıt ana konusunu oluşturmaktadır.

Protocol

1. Malzemelerinin Hazırlanması

1. Mikrokapillerler ticari bir tedarikçiden silika kapiller edinin. Biz Polymicro Teknolojileri bizim kılcal satın. Daha yaygın olarak ayrılmış spektral rezonanslar için (yani daha büyük bir serbest spektral aralığı) veya daha yüksek kalite faktörleri ile daha yakından aralıklı rezonanslar için büyük bir iç çapı (~ 100 mikron) - küçük bir iç çapı (30 mikron ~ 25) seçin. Büyük bir dış çapı FCM'ler dayanıklı olan ve kolayca manipüle sağlar.
   1. Kılcal İlk çıkarılması gerekir renkli bir Polyimide ceket ile birlikte gelir. Elmas lif cleaver kullanarak, rulodan kılcal yaklaşık 10 cm parçaları kesin. Her bir parça, tek bir örnek teşkil etmektedir. Kaplama yakmak için oksijen bir saat boyunca 650 ° C'de tüp fırında bu ısıtın. Bu işlem, silis kılcal boru içine açığa kılıf malzemesi kaldırır. Oda sıcaklığına soğutulduktan sonra, capillari çıkarmakısıtma tekneyle es.
2. Hidrojen silsesquioxane çözümler hidrojen silsesquioxane (HSQ) bir kafes benzeri bir yapı ile H ₁₂ Si ₈ O ₁₂ moleküllerden meydana geldiği bildirilmektedir. ^14. Bu malzeme, Dow Corning firmasından ticari olarak mevcuttur. Böyle FOx-15 olarak FOx-serisi (Akıcı oksit) çözümleri, birinde HSQ satın alın. Bu çözümler pahalı ve sınırlı bir raf ömrü var, bu yüzden dikkatli bir planlama gereklidir. MIBK çözücü buharlaştırılması ağırlığına göre yaklaşık% 18 oranında bir konsantrasyon HSQ içerir. HSQ konsantrasyonu çok düşük olduğunda, kuantum noktaları film oluşmayabilir. Bu çok yüksek ise, film kılcal kanal yüzeyinden çok kalın ve delamine olabilir. Bizim tecrübelerimize göre, 25-30 mikron iç çapı ~ 25 wt.% HSQ içeren FOx çözeltisi ile kapiler için en iyisidir. Bu nedenle, ayarlamak için daha HSQ çözücü (kuru olduğundan emin olun) buharlaşması ya da eklemek gerekli olabilirkonsantrasyon. Seyreltme veya konsantrasyon gerekli olup olmadığı deneme yanılma olmadan belirlemek zordur; aşağıda da anlatıldığı gibi yani, bazı örnekler yapmak ve sonuçlarını incelemek.

2. Kaplı kılcal Fabrikasyon

1. Kılcal adım 1.1 hazırlanmış kılcal parçalar kopartıp FOx çözüm içine batırın Dolum. Solüsyonu kılcal (Şekil 2a) içine çekilir gibi bir kılcal solüsyona daldırılır olduğunda, görsel kanal menisküs takip etmek gerekir.
   1. Menisküs üst ulaştığında, kılcal çıkarın ve bir bardak tavlama pota yerleştirin. Şimdi tamamen FOx çözeltisi ile doldurulur. Başarı şansını artırmak için, mümkün olduğunca çok sayıda örnekler için bu işlemi tekrarlayın. Biz genellikle 20-30 toplu çalıştırın ve ağırlığa göre HSQ çözüm iki farklı konsantrasyonda kullanın. Biz havada kılcal doldurun, ama tutmak tMümkünse o bir glovebox soğutulmuş FOx çözüm oksijen ve su buharı çözüm maruziyeti en aza indirmek için, tavsiye edilir. Hatta küçük maruz çözeltisi jelleşme neden olabilir.
2. Iki aşamalı bir süreç içinde kılcal Tavlama Tavlama. Tavlama çözücü buharlaşır ve kanal duvarlarına yapışan bir SiO _x film oluşturarak, HSQ kafes yapısı çöker. Yüksek sıcaklıklarda Tavlama Si kuantum noktaları içine SiO _x filmin bir matris içinde dağılmış silis disproportionates. Tavlama adımlar 30 dakika oda sıcaklığı ile 300 rampa ° C arasında, bir çözücü buharlaştırmak için 3 saat boyunca yaşamak, daha sonra 1.100, bir rampa 45 ° dak ve bir QDS çökeltmek için bir saat için aynı yerde kalma C içerir.
   1. Oda sıcaklığına geri (~ 12 saat) kılcal yavaş soğumasını bekleyin. Bu kılcal duvar üzerinde biriken film strese bağlı çatlama aza indirilmesine yardımcı olur. Diğer tavlama protokoller olabilirmuhtemelen takip edilmesi ve daha güvenilir olabilir, fakat yüksek bir sıcaklıkta 1.000-1.100 evre tavlama ° C sürekli QDS oluşturulması zorunlu olmaktadır. Bu adımın sonunda, bir (umutla) bir silis kaplama matris içine gömülü kanal duvarları floresan QDS bir tabaka ile 20-30 kılcal sahip olmalıdır.

3. Tanımlama

1. Kılcal 700-900 nm dalga boyu aralığında görüntüleme ve spektroskopi hem gerçekleştirmelisiniz monte edildiği floresan mikroskop kontrol tadabilirsiniz. Epifloresans veya konfokal kurulumları bu amaç için uygundur. Çabuk görsel analiz (Şekil 2b) için aralarında taşımak kolaydır böylece sahnede aday kılcal bir sıra yerleştirin. Ya mikroskop sahne boş bir alana veya doğrudan bir dikroik filtre kullanarak objektif lens ile mavi veya UV radyasyonu ile kılcal heyecanlandırmak ve göz mercekleri kullanarak floresan görüntü gözlemleyebilirsinizya da bir renkli kamera.
   1. Kılcal floresans gözlemleyin. Fabrikasyon başarılı olursa, kılcal parlak kırmızı floresan sergileyecek. Bu olumlu bir numunenin ilk belirtisidir. Genel olarak turuncu-sarı floresan (yerine QDS ilişkili kırmızı renk) sergileyen kılcal istediğiniz optik özelliklere sahip değiliz. Bu örnekler aynı zamanda, bir düşük HSQ konsantrasyon ile solüsyonlarda daha sık sık oluşturma eğilimindedir. Bazı kılcal hiç floresans gösterebilir, bu durumda QD film oluşturmak vermedi ve kılcal (cam kavuz) atılabilir. Bu çözüm, tüpün içine çizilmiş olabilir veya HSQ eksik olabilir bir göstergesidir. Son olarak, bazı örneklerde bir çatlak ya da dokulu filmi gösterebilir; bunlar da atılabilir.
   2. Silikon QDS ve parlak kırmızı floresans özelliği göstermesi dışında bir önceki adımda belirtilen tüm örnekleri atın.
2. Spektrumlar içinde WGMs varlığı spektrometrenin bir giriş açıklığının üzerine istenildiği gibi görüntü hizalanmış olduğundan emin olun ve flöresanlı bir spektrum toplamak için kontrol edin. Kabul edilebilir bir sinyal-gürültü oranı üretmek amacıyla toplama zamanı ayarlayın. Gerektiği gibi dalgaboyu ve yoğunluğunu kalibrasyonları gerçekleştirin. QD spektrumları 700 ila 900 nm dalga boyu aralığında yoğun olmalıdır. Kılcal iç duvara karşılık gelen bölgesinden alınan Spectra silindirik fısıldaşıyorsunuz galeri modları (WGMs) varlığı yüzünden güçlü osilasyonlar göstermesi gerekir, bu başarılı bir Kırılma sensör ikinci-to-geçen bir gerekliliktir.
   1. Bazı örnekler spektrumda parlak kırmızı QD floresans ancak eksikliği WGM salınımlar olabilir. Bu bir gösterge QD filmin optik rezonanslar yok kapiller duvarına gelen çatlak veya incelmiş olduğunu. WGMs olmadan kılcal atın. Bu noktada, sadece (tipik olarak smasensör gereksinimlerini karşılamak numunelerin ll) fraksiyonu kalır. Yapılması gereken son bir test yoktur.
3. Kırılma analiz Tygon, teflon, ya da iç çap olan kılcal dış çapından biraz daha büyük olmalıdır hedeflenen analiz çözeltiler ile kimyasal olarak uyumlu başka tüp, polietilen için aday kılcal takın. Kılcal içine pompalanması için çözümler ile reaksiyona olarak değil tüp çok tercih yapılmalıdır.
   1. Boru kılcal cam takmak için iyi bir yapıştırıcı kullanın, aksi takdirde kılcal boru arayüzü sızdırıyor. Biz Norland NOA-76 veya Maskot anlık yapıştırıcı jel kullanılarak oldukça iyi bir başarı var. Tutkal tercih kılcal cam ve boru ve kanal sıvıları ile reaksiyon eksikliği olan yapışma bağlıdır. Kılcal kanal içine sızan ve engelleme yapışkan önlemek için dikkatli olun.
   2. Boru ArabirimBir micropumping sistemi için bir şırınga aracılığıyla. Örneğin metanol, etanol ve su gibi iyi bilinen kırılma indisleri ile Bileşikler cihazın Kırılma duyarlılığını tespit etmek amacıyla kullanılabilir. Bu, başarılı bir sensör nihai testidir. (Şekil 2c) kılcal damar ve tüp arasındaki yapışkan mühür patlamaya dikkat ederek, kılcal içine her bir akışkan, bir defada tek bir pompalayın.
   3. Kapiller içindeki her sıvı ile spektrumları toplayın. TE polarize WGMs (eksen kapiler analizörü paralel) ve TM-polarize WGMs (eksen kapiler analizörü dik) arasında ayrım ışık yolu bir çözümleyici kullanın. Kılcal her konuda farklı bir çözümle, WGM rezonanslar, TE veya TM birinin dalgaboyu bir değişim olmalı. Gözlenebilir bir değişim söz konusu ise, kuantum-nokta film, çok kalın ve WGMs yeterince kanal orta örnek yoktur. Başarılı örneklerde biz genellikle 5 ila 15 nm hassasiyetleri dikkatebaşına çözüm kırılma indisi ünitesi (RIU). Neredeyse gösterisi WGMs yapılacak tüm örnekleri ölçülebilir bir hassasiyet göstermek, ancak hazırlanan kılcal küçük bir kısmını genellikle yalnızca WGMs gösterecektir.

4. Veri Analizi

1. Floresans spektrumları da numunenin floresans spektrumu atın alma. Biosensörleme uygulamalar için, kanal spesifik yüzey analitler için fonksiyonalize edilmesi için ilk olarak bulunur. QD filmin yüzey esasen silis, pek çok yüzey modifikasyonu yapılmamış tarifleri bu yüzden. Ne olursa olsun uygulama, son adım veri işleme ve analiz olduğunu.
   1. Düşük tespit limitleri Sağlanması "shift çözünürlük" nominal spektrometre çözünürlük veya pitch daha küçük olmalıdır küçük spektral kaymalar-ideal ölçüm gerektirir. Care bu dolayı spektral işlem içinde icra edilmesi gerekmektedir. Özellikle, bir çok görüntüleme spektrometresindes spektrum CCD üzerine yatay olarak mükemmel bir şekilde tahmin olabilir; analizi arasında, örnek görüntü yarık üzerinde dikey olarak sürüklenir, böylece, eğer sahte spektral değişimler elde edilebilir. Bu olmaz sağlamak için gerekli her türlü araç kullanın, örneğin öngörülen spektrum açısını belirlemek ve düzeltmek için standart bir kalibrasyon kullanın, örnek sapma en aza indirmek ve aynı CCD piksel tüm spektrumu elde etmek için kullanılmasını sağlamak .
      Bir örnek spektral görüntü modları kanal duvarları karşılık gelen konumlarda güçlü osilasyonlar olarak görünür Şekil 3 'de gösterilmiştir. Hayali görüntülere, çıkış 1D spektral verileri ve aşağıda açıklandığı gibi WGM vardiya eğri uydurma ve Fourier analizi gerçekleştirmek almak için bir Mathematica bilgisayar kodu (ya da grup tercih ne) kullanın.
2. Eğri uydurma analitler nedeniyle küçük spektral vardiya ölçmek için WGM pik dalgaboyu belirleyin in FCM kanalı. Spektral şeklini tanımlayan bir işlev için tek bir ekran modu Fit - Bu tepe konumunu elde etmek için yaygın bir yoldur. İdeal durumda, bu bir Lorentz fonksiyonu (via dalgaboyundan sıklık birimlerinin uygun dönüşüm δλ = │-cδf / f ² │ Burada c ışık hızıdır) olacaktır:
   
   Denk. 1, A ölçekleme parametresi ve f ₀ merkez frekanstır. Ne yazık ki, FCM'ler ideal bir durum değildir.
   1. Silindirik boşluklarında WGMs yüksek frekanslarda, helezonik rezonanslarının gelişimi olasılığı nedeniyle (wavevector bir sıfır olmayan eksenel bileşeni ile WGMs) doğru eğik. ^15. Lorentz nedenle tepe noktasını belirlemek için çok kötü gerçekleştirmek uyuyor. Ne yazık ki, fonksiyon inci yokturde spiral WGMs gelen örtüşen Lorentzians bir dağıtım uyacaktır. Önceki çalışmaları ¹⁶ biz çarpık Lorentz ¹⁷ daha iyi bir uyum vereceğini ileri sürdü:
      
      Burada, a ve B parametreleri kıvrılıyor. Şekil 4, Denk görülebileceği gibi. 2 eşd göre veri için daha iyi bir uyum sağlar yapar. 1, ama ne yazık ki WGMs teorisi Fiziksel temeli yoktur.
3. Fourier kayma analizi Alternatif olarak, verilerin bir ayrık Fourier dönüşümü kullanılarak işlenebilir, ve karşılık gelen faz Fourier spektrum ölçülen değişir. Tek bir keyfi WGM kullanmanın aksine olarak bu yöntem, bütün spektrum periyodu yararlanır. Bu pik dalgaboyu konumunu ölçmek, ancak bunun yerine genel bir değişim ölçer yokrasgele bir referans spektrum göre belirli bir WGM spektrum.
   1. Tayf kayması elde etmek için ana WGM spektral salınım için karşılık gelen yüksek güç Fourier bileşeni için faz farkı Δφ kullanın. Bu gerçek bir WGM frekans kayması karşılık gelir:
      hızındaki = Δφ (f _max - f _dak) / (2πk),
      burada f _dak ve f _max spektrumları minimum ve maksimum frekans vardır. Ancak ana bileşen kullanılırsa Bununla birlikte, çok fazla bilgi iptal edilebilir, buna ek olarak, kesme sorunları zor bir ana bileşen olduğunu belirlemek için yapabilir. Genellikle, en iyi sonuçları Fourier bileşenleri seçmek için hangi olarak biraz deneme yanılma gerektirir.
   2. Kayması teorem yerine Fourier bileşenlerinin tüm kullanır. Buna göre, saf bir vardiya için, her bir bileşen (k orantılı kaydırılır k) bileşeni numara olmak. Diğer bir deyişle, δφ _k = mk, orantı m gerçek bir kayma bir ölçüsü olduğu. Toplam frekans kayması dolayısıyla tarafından verilir:
      hızındaki = m (f _max - f _dak) / (2π).
      Bu Fourier bileşenlerinin bir kısmını veya tamamını için ΔΦ _k faz farkı ile bir doğrusal bir uyum elde edilmesi m gerektirir.
   3. Gerçek veriler için doğrusal bir ilişki ΔΦ _k = mk düşük güç Fourier bileşenleri önemli bir etkiye sahip olabilir gürültü ve arka sinyal nedeniyle belirsizlik olacaktır. Böylece, ΔΦ _k vs eğimi elde etmek için, her bir bileşen için ağırlık, gücü ile orantılı olduğu, bir ağırlıklı doğrusal uygun tavsiye k grafik. Spektrumlu ve yüksek frekansları (ikisini de kaldırmak için, önce bağlantı için ana bileşen etrafında filtre edilebilir noise) ve düşük frekanslarda (Kuplajsız floresan arka plan). Frekans Denk vardiya. 4 sonra dalgaboyu birimleri dönüştürülür.
   4. Eğri uydurma için durum farklı olarak, bir WGM "dalga boyu" asla elde edilir, ancak bunun yerine bir dalga boyuna kayma rasgele bir referans spektrum göre bütün spektrum üzerinde ölçülür. Her bir spektrum analiz edilmesi için prosedür tekrar edilir. Bu prosedür için adımlar aşağıdaki gibidir:
      1. Sabit ücretsiz spektral aralıkta sağlamak için sıklık birimlerinin içine spektrumları dönüştürün.
      2. Tüm vardiya ölçülecektir hangi başvuru dataset (yani ilk WGM floresans spektrumu) seçin.
      3. Interpolate spektrumu düzgün frekans aralığı elde etmek için. ¹⁸
      4. Her yelpazenin güç ve faz bileşenleri elde etmek için ayrık Fourier dönüşümü gerçekleştirin.
      5. Belirli bir WGM tüm k bileşenleri için bir faz farkı bulunspektrum için olan kayma değeri referans spektrum ile ilgili olarak tercih edilir.
      6. Ya sadece ana Fourier bileşeni veya seçili bileşenleri için ağırlıklı lineer uyum faz farkı ile faz kayması bulun. Bu WGM spektrum ve referans spektrumu arasındaki faz farkı hızındaki veya δλ verecektir.
      7. Spektral kaymalar (tespit limiti) içinde hataları aynı analit için tekrarlanan spektrumu toplama ile ölçülebilir. Duyarlılığında bir belirsizlik birden fazla bileşeni kullanılması durumunda, ağırlıklı doğrusal uyan içinde hata elde edilebilir.

Tekrar her analiz için 1-7 adımları. Bu yordamı karmaşık görünse de, ilk uygulama sonrasında prosedürü büyük veri setleri vardiya bulmak işlenmiş toplu olabilir, böylece otomatikleştirmek için basittir. Biz özellikle fo yazılmış Mathematica kodu kullanıntam veri kümeleri "bir düğmeye basarak" toplu işlenmiş olabilir böylece r bu yordamı. Biz henüz bunu yapmadıysanız rağmen Prensip olarak, spektral vardiya bile, "canlı" hesaplanmış olabilir.

Representative Results

Kılcal imalat prosedürü Küçük sapmalar örnek başarı oranı önemli değişikliklere yol açabilir. Şekil 5, (AD), başarız kılcal temsili örnekleri hem de başarılı bir göstermektedir. Genellikle, başarılı bir örnek görsel gösterge kapiller duvarları bir yüksek yoğunluklu ve özelliksiz bir iç ile birlikte kırmızı floresans olduğunu. Floresans spektrumu da açıkça başarı ve başarısızlık (Şekil 5e) arasındaki farkı gösterir. İyi bir örnek spektrumunda iyi tanımlanmış (görünürlük ≈ 0.5) WGM salınımlar göstermelidir.

Analitler kılcal kanal (Şekil 6a) içine pompalanır olarak kurulum sürekli spektrumu çekmek için programlanmış olabilir. Yukarıda açıklanan tekniği kullanarak, veri analizi farklı analitler, tüpün içine enjekte edilir değişmeli olarak her WGM spektrumları, bir toplu iş olarak gerçekleştirilebilir.Burada, su, metanol gibi bir sürekli zaman dizi (yani bir sensorgram) için sonuçlar, ve son olarak etanol kanal içine ardışık olarak pompalanır. Bu sonuçlar da basit bir analiz için yeterli olarak kabul edildi çünkü sadece ana Fourier bileşeni (Şekil 6b), bu durumda seçilmiştir. Hata çubukları, ilk 100 ölçümleri (kanal içinde su ile) için tepe pozisyon arasında bir standart sapmayı temsil etmektedir.

Bu cihazların Sensorgram operasyonu (tek statik ölçümleri aksine yani sürekli zaman serisi) bir analiz potansiyel ilginç özellikleri eksik önler. Örneğin, her iki saf bileşen daha yüksek bir kırılma indisi ile bir analit gösteren, su ve metanol ile WGM kayma verileri bir "yumru" bölümüne bakın. Aslında, su-metanol karışımı, küçük bir mil varlığı kabul ya da saf faz daha yüksek bir refraktif indeks, ¹⁹ sahip olduğu bilinmektediriki çözüm arasındaki xing bölge. Ölçümler biyoalgı için, sensorgram ölçümler analitin bağlayıcı niteliği ve özgünlüğü belirlenmesinde önemli olacağını beklemekteyiz. Şekil 6c, biz de zirve pozisyonda belirsizlik spektrometrenin 110 pm sahada önemli ölçüde daha küçük olduğunu ~ 10 pm olduğunu görüyoruz. Bu gelişme çünkü burada vardiya spektrometre sahada daha küçük büyüklükte bir sipariş algılayabilir veri analizi yöntemi, başarılabilir.

Son olarak, kılcal ortalama hassasiyeti karşılık gelen bir analit kırılma indisi aralığı içinde üç çözüm için net kayması temin edilebilir. Bunun başlıca film kalınlığı ve kırılma indisi bağlıdır. Ikincisi benzer yöntemler kullanılarak hazırlanabilir düz filmler ellipsometric ölçümleri, ~ 1.67 olduğu bilinmektedir. ²⁰ ile 30 um iç çapı için, teorik maksimum duyarlılık hesaplanabilirRef geliştirilen pertürbasyon teorisi yaklaşımı kullanarak. ^21. yerine küresel olanları silindirik çözümlerini kullanarak. Bu yöntem ile, 1.33, (n, l) maksimum duyarlılık = (1, 190) λ = 780 nm civarındaki modunun kanal endeksi 25.7 nm / 265 nm film kalınlığı için RIU eşittir. Deneysel ortalama duyarlılığı film kalınlığı sub-optimal olduğunu gösteren, 16.0 nm / bu dalgaboylarında RIU olduğunu.

Bir mikrosfer bir fısıldayan galeri modları (a), bir LCORR (b) ve bir FCM (c) Şekil 1. Elektrik alanı genlik. Son iki durumda, analit kanal içinde olan, bir mikrosfer için, analit dışında olduğunu ve bu nedenle, ayrı bir boşluk gerekir. Açısal düzeni, 52 53 ise radyal mod düzeni, 1 birnd 65, sırasıyla.

Şekil 2. (A) Bir kılcal varlık FOx-15 eden bir çözelti içine daldırılır. Bu fotoğraftaki menisküs görmek mümkün olmasa da, deneyci bu kanalın yükselen gözlemleyebilirsiniz. Nihai kılcal (b) Bir set ön analizi için mikroskop sahnede. A 445-nm lazer soldaki kılcal merkezine yakın olaydır; kırmızı kızdırma Si-QD floresans olduğunu. Bu cam kılcal duvarları içinde waveguiding dolayı, kılcal sonunda özellikle yoğun görünür. (C) başarılı bir mikroakışkan analiz setup düzenlenen kısımdır. Mikropompayı (gösterilmemiştir), tüpün içine enjekte edilen sıvı kanalı ile sağdan sola doğru akar ve atılması için bir başka tüp girer.

Şekil 3. Tipik bir WGM spektrumu. Üst floresan imaj tekabül eden spektral 2D görüntü ile birlikte spektrometrenin giriş yarık yerini göstermektedir. Ekstrakte nihai 1D spektrum kutulu bölgeye aittir.

Şekil 4 bir kapiler WGM spektrum çıkarılan ve saf bir Lorentz (Eşitlik 1; kırmızı çizgi) ile uygun bir single mode. Ve çarpık bir Lorentz (Eşitlik 2; mavi çizgi). Sonuncusu besbelli sağlarken daha iyi bir uyum, pik uydurma genel olarak düşük tespit limitleri elde etmek için gerekli çok küçük spektral kaymalar, tanımlamak için en iyi seçenek değildir.

Şekil 5,. > (Reklam) floresans görüntüleri kümesini göstermek başarısız ve başarılı bir FCM (a):. Hiçbir lüminesans, bu kılcal düzgün doldurun vermedi ya da solüsyon tamamen buharlaştırıldı kılcal kanal (b) sarı-turuncu floresan.. Burada, floresan bölge kılcal duvarları üzerinde değil, merkezi değildir. Bazı örneklerde, film kanalının ortasında büzüşmek görülmektedir. (C) kuvvetli kırmızı flüoresans gösterir ancak spektrum içinde WGMs yoksundur. Bazı usulsüzlükler film yapısı gözlemlenmektedir. (D) iyi WGMs ile başarılı bir kapiler oldu. Başarılı filmlerinden birisi imza kanalı tekdüzelik ve düzensiz özellikleri bir eksikliğidir. Karşılık gelen spektrumlar (e) 'de gösterilmiştir.

256/50256fig6highres.jpg "/>
Şekil 6.. Sonra daha sonra metanol alınan spektrumu: (a) bir set, su, etanol, tüpün içine pompalandı. Spektrumu mavi kırmızı ardışık olarak alınmıştır. (B) her bir floresan spektrumu Fourier güç spektrumu gösterir. 40 ^inci bileşeni ana gözlemlenebilir WGM salınım gösterir. Karşılık gelen faz farkı yalnızca bu bileşen için alındı, ve Eşitlik yoluyla dalgaboyu vardiya dönüştürüldükten sonra, (c) 'de çizilmiştir. 4. Hata çubukları 60 ölçümleri için pik kaymasının bir standart sapmayı temsil etmektedir. Inset metanol etanol kırılma endeksi aralığında ortalama duyarlılığını göstermektedir. Teorik olarak, dalga boyu artan refraktif indekse sahip artış kaydırır ve gözlenen kayma verileri ile anlaşarak, bu nedenle kesinlikle lineer değildir.

Discussion

Floresan-çekirdek mikro kavitasyonlar Kırılma sensörler olarak kullanılabilir. Mikroakışkan sensörleri, mikrotüpler kıyasla ²² olarak hareket olabilir "sıvamış" mikrotüpler izole örnekler varken onlar kolayca bir analizi ile ele ve arayüzü basit olduğundan, kılcal, mikroakışkan kurulumları entegre ve önemli pratik avantajlara sahip daha kolay olacak Kur. Fourier analizi geleneksel yöntemleri kullanarak, spektroskopi sistemin adım büyüklük sırası daha küçük, en az bir düzen olup dalga boyu kaymalar tespit edilebilir. Bu yöntem aynı zamanda sensorgram-tipi ölçüm sistemi ile bütünleşme sağlar.

Bu FCM'ler çoğunlukla sıvı çekirdek optik halkası rezonatörler (LCORRs) ile rekabet ediyorum. ^23,24,25 LCORRS ısıtma ve çekme, iç kapiller yüzey veya ısıtma ve enflasyon çözmek için kanal içine HF pompalama inceltilmiş oylandı cam kapilerleri vardır basınçlı gaz ile. Olarak, kılcal kanal içine uzanan bir kuyruk fani sahip olan WGMs desteklemek için gerekli mikrometre ince duvarlar ile bir kılcal ²⁶ Bu tedaviler ile sonuçlanır. LCORR biyosensörler farklı hedef analitlerin çeşitli tespiti için ortaya konmuştur. ^27,28,29,30

FCM'ler LCORRs ile karşılaştırıldığında çok net avantaj ve dezavantajları vardır. Her iki cihaz bir kılcal kanal aracılığıyla bir analitin akışı güveniyor. Her ikisi de silis kimya bağlıdır ve buna benzer yöntemler kullanılarak fonksiyonalize edilebilir. Ancak LCORR kararı ve algılama sınırı eşdeğer veri analizi yöntemleri kullanılmıştır varsayarak, daha iyi olacak. LCORRs FCM'ler geleneksel bir spektrometre kullanmak ise, çok yüksek bir örnekleme oranına sahip hassas ayarlanabilir lazer ölçümlere dayalı olmasıdır. Bu FCM tespit limitleri (ve potansiyel hassasiyeti ³¹⁾ azalır. Biz bugüne kadar, en iyi ihtimalle, bir algılama limiti o elde ettik10 ^-6 RIU değeri LCORRs standart iken f ^-5 10 civarında RIU, bu tekniğin varyasyonları kullanarak. Ek bir sorun, toplam sistem maliyetini de bir spektrometre kullanımı ile ilgilidir. Si-QDS gelen floresans kolayca bu Okyanusu Optik USB2000 serisi (şu anda ~ $ 2,000 gider) gibi küçük yer kaplayan, non-soğutmalı el spektrometre cihazları ile ölçülebilir. Bu amaç, bir mikroskop ve bir görüntüleme spektrometresi kullanılarak olmadan kılcal küçük bir bölgeye WGM spektrumları elde etmek için basit olabilir Bununla beraber, FCM'ler ile bu tür bir cihazın kullanımı, göz ve deney düzeneği test gerektirir.

LCORRs böyle bir ayarlanabilir lazer ve hassas nanopositioning ekipman olarak, "alanında" faaliyet pahalı hem de zordur cihazların kullanımını gerektirir. Ayrıca, ince duvarlı kılcal kırılgan ve işlemek için zor hem de. FCM'ler, aksine, bu tür bir si gibi bir mavi ışık kaynağı gerekirmple diyot lazer veya LED ve spektrometrenin giriş yarık üzerine floresan görüntü yansıtmak için optik. FCM de çok daha sağlam ince duvarlı LCORR fazladır. Yöntemi de yüksek verim ve gibi Si-QDS göre farklı pik dalga boylarında, olabilir floresan katmanları farklı şekilde genişletilebilir. Bu nedenle, tercih edilen bir algılayıcı (LCORR vs FCM) seçimi muhtemelen amaçlanan uygulamaya bağlı olacaktır. Analitin çok düşük konsantrasyonlarda mevcut ise, LCORR, düşük tespit limitleri avantajlı olacaktır. Kullanım, dayanıklılık, ve deneysel maliyet kolaylığı ana konusunu ise, o zaman FCM spektrometreye bir floresan mikroskobu kullanılarak entegre edilebilir, daha iyi bir seçenek olabilir. Belirgin farklı avantajları ve sınırlamaları sahip olmasına rağmen, iki cihazın potansiyel analitlerin geniş bir mikroakışkan analizi için umut vericidir.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
silica microcapillaries
flexible microbore tubing			polyethylene, tygon, etc
adhesive	Mascot, Norland NOA
HSQ dissolved in MIBK			e.g., FOx-15
methanol
ethanol
distilled water
Table 1. List of materials used.