Nanodetection için bir referans Interferometer Uygulanması

Bu prosedürün genel amacı, ultra yüksek kalite faktörüne sahip, on nanometre mertebesindeki çaplara sahip partikülleri tespit etmek için Fısıltı Galerisi modlu algılamayı kullanan bir referans interferometre oluşturmaktır. Fısıltı galerisi modunda, mikro kavite içindeki rezonans fotonları yüz binlerce kez döner. Bu durum, bir partikül mikro kavite üzerine konduğunda optik özelliklerin belirgin şekilde değişmesine neden olacaktır.

Geri saçılma yeterince güçlüyse ve kavite kaybı yeterince düşükse, deneysel olarak para bölünmüş modlar ortaya çıkar. Bu durum, frekans bölünmesi etkisini yaratır ve parçacık absorbsiyonu gerçekleşir. Ardından frekans kayması meydana gelir.

Bu referans interferometre tekniğinin, tarama voltajına bakarak boşluk rezonans frekansını takip eden mevcut sistemlere göre temel avantajı, lazer gürültüsünü bastırabilmesi ve böylece sinyali tüm büyüklüklerle artırabilmesidir. Ayrıca, kurulumunun kolay ve maliyet etkin olmasının yanı sıra bu yöntem, geniş bir alan motoru tutucu özelliğinin incelenmesi veya kullanılması ve influenza gibi bir virüs olan tek moleküllerin hassas tespiti için özellikle uygundur. Referans interferometrenin montajına başlamak için 600 ila 800 nanometre tek modlu bir optik fiberi, üç DB'lik bir yönlendirici kuplörün girişine yönlendirin.

Bu kuplörün çıkış fiberlerinden biri, optik gecikme eklemek amacıyla 16 foot uzunluğunda bir dizi halka oluşturmalıdır. Kalan çıkış fiberi, daha sonra optik iletimi ayarlamak için kullanılacak olan bir polarizasyon kontrolcüsüne sabitlenmelidir. Bu fiberler ikinci bir üç DB yönlü kuplörün giriş portlarına bağlandıktan sonra, fotokarışımlı çıkış sinyalleri dengeli bir fotodedektör için giriş görevi görecektir.

Bu optik bileşen ağı, %50 buz ve %50 sıvı su karışımıyla doldurulacak, strafor kutu içine yerleştirilmiş akrilik bir havuzun bulunduğu üç aşamalı bir raf ünitesine yerleştirilebilir; stabilite amacıyla buz küpleri yerine kırık buz tercih edilir. Yine de, optik fiberlere zarar vermemek için her ikisi de muhafazaya dikkatle yerleştirilmelidir. Böylece bu sistemin, fısıltı galerisi modu (whispering gallery mode) mikro boşluğunu inceleyebilen mevcut bir konfigürasyona entegre edilmesi mümkün hale gelir.

Öncelikle, lazer beslemesini doğrusal olarak taramak için ilk üç DB yönlü kuplöre 100 herz bir volt tepeden tepeye ramp sinyali uygulayarak prob blazer çıkışının alındığından emin olun. Bu durumda dengeli fotodetektörün çıkışı sinüzoidal hale gelmelidir. Bir sonraki adım, sinüzoidal dalga formunun tepeden tepeye voltajını optimize edecek şekilde polarizasyon kontrolörünü uygun şekilde ayarlamaktır.

Lazeri sürekli dalga çıkışı için yapılandırmak için, dalga formu jeneratörünü DC moduna ayarlayın ve önceki sinyal sıfır civarında dalgalanacak şekilde optimize edin. Sinyal bir elektriksel spektrum analizörü ile izlenerek, serbest spektral aralık nihayet olarak belirlenebilir. Bu işlem, sıfır frekanstaki maksimum ile ilk null arasındaki frekans ayrımının bulunmasıyla gerçekleştirilebilir.

Fiber tutucuyu motorlu translasyon tablasına sabitleyin. İki optik fiberin bir ucuna FC/APC konnektörler ekledikten sonra, açıkta kalan uçlardaki tampon kaplamayı bir fiber soyucu ile çıkarın. Bunları önce aseton, ardından izopropanol ile temizleyin.

Ardından uç yüzeyleri kesin. Fazla fiberin güvenli bir şekilde imha edildiğinden emin olun. Bir sonraki adım difüzyondur.

Bu fiberleri birbirine ekleyin. Ekleme işleminden sonra, yeni fiber segmentinin sağ ve sol sınırlarını, bir hidrojen gazı çıkışına yakın olacak ve bir optik mikroskop objektifi aracılığıyla görülebilecek şekilde bir fiber tutucuya sabitleyin. Hidrojen gazı salındığında, kanal basıncı stabilize olur ve akış hızı dakika başına 110 mililitre olur.

Osiloskop üzerinden fotodedektör sinyalini lineer olarak izleyerek optik iletimi gözlemlerken hidrojeni ateşleyin. Özel laboratuvar yazılımını kullanarak fiberi çekin. Fiber genişliğinin kademeli olarak azaldığını ve iletilen yoğunluğun çok modlu girişim nedeniyle salınmaya başladığını fark etmelisiniz.

İletilen yoğunluk değişmeyi bıraktığında, fiberi çekmeyi durdurun. Bu nokta, konik yapının tek bir kaplama modunu destekleyecek kadar ince olduğu noktayı belirtir. Fiber tutucuyu taşıma tablasından serbest bırakın ve mikro boşluğunuzu destekleyecek olan PA'ların ve elektrikli tablanın yakınına sabitleyin.

Prosedürün bu aşamasında, numunelerin yabancı partiküllerle kontamine olmasını önlemek için temiz oda kıyafeti giyilmelidir. Buna galoş, yüz maskesi, koruyucu gözlük, bone ve bir çift lateks eldiven dahildir. Çalışma istasyonunuzu hazırladıktan sonra, kullanılmadıkları zamanlarda 4 °C'de saklanmış olması gereken 50 nanometre yarıçaplı monodispers boş yıldız şeklinde mikroküreleri getirin.

ECCOs fosfat tamponlu salin veya DPBS içerisinde 10 picomolar mikrosfer çözeltisi hazırlandıktan sonra, bir mikropipet kullanarak bir mililitrelik santrifüj tüpünde saf bir DPBS çözeltisi hazırlayın. Ardından, iki tüpe daha 900 microliter DPBS enjekte edin. Farklı karışımlar için ayrı pipet uçlarının kullanılması gerektiğini unutmayın.

DPBS içerisinde seyreltilmiş 1 pico molar ve 100 femto molar mikroküre çözeltilerini hazırlamak için, orijinal 10 pico molar çözeltinizden 100 µL çekin ve bunu 900 µL DPBS içeren tüplerden birine aktarın. Kısaca vorteksleyip içeriği karıştırdıktan sonra, 1 pico molar çözeltiden 100 µL alın ve önceki adımı kalan iki tüp için tekrarlayın. Ardından santrifüj kapaklarını açın.

Dengeyi sağlamak amacıyla konumların çapraz olmasına dikkat ederek çözeltileri içine yerleştirin. Kapakları kapatın ve 30 dakikalık bir santrifüj döngüsü başlatın. İşlem tamamlandığında, kapakları açın ve çözeltileri dikkatlice çıkarın. Tüpleri bir desikatör kabı içinde muhafaza edin.

Kapaklarını hafifçe gevşetip karışımları gazdan arındırmak (degas) için hazneyi vakumlayın, desikatörü bir sonikatör banyosuna kısmen daldırın ve çözeltileri 30 dakika boyunca ultrasonik dalgalara maruz bırakın. Bunun ardından hazneyi banyodan çıkarın. Vakumu kaldırın, hazneyi hava ile doldurun ve çözeltileri toplayın.

Santrifüj tüplerinin kapaklarını sıkıca kapatmayı unutmayın. Sonraki adımlar bir sıvı iletim sisteminin kurulmasına odaklanacaktır. Stand oluşturulduktan sonra, yaklaşık bir futtan biraz daha uzun bir mikroakışkan tüp segmenti kesin.

Bir uca şırınga ucu takın ve bunu bir barrel plunder düzeneğinin luer lock bağlantısına bağlayın. Ardından, bir ferulün her iki ucuna iki şırınga ucu vidalayın. Bu şırınga uçlarından birini mikroakışkan tüpülün açık ucuna yerleştirin ve stand desteğine sabitleyin.

Numunenin hemen arkasındaki mikroakışkan sistem sızıntıyı minimize etmelidir. Fiber taper'ın net bir görüntüsünü elde etmek için dikey mikroskop objektifini yeniden odaklayın. Aynı işlemi yatay mikroskop objektifi için de tekrarlayın.

Ardından numunenizi nano konumlandırıcıya yerleştirebilir ve fiber taper'ın merkezine doğru kaydırabilirsiniz. Bu örnekte, O silika mikroküre kullanılmıştır. Sonrasında, osiloskopta uygun bir rezonans çukuru elde etmek için lazer dalga boyunu tarayın.

Mikro boşluğun kalite faktörünü değerlendirdikten sonra, fiber konik ucunu yapıdan dikkatlice uzaklaştırın. Fiber konik uç mikro boşluğa yeterince yakınsa, Van der Waals kuvvetleri onları birbirine çekecek ve temas etmelerini sağlayacaktır. Bu durum muhtemelen aşırı kuplaja yol açacaktır; bunu yapıları bir kez daha ayırarak düzeltebilirsiniz. Ardından, bir pastör pipetine su doldurun ve mikro boşluğun arkasına damlalar ekleyerek çevresindeki dielektrik ortamın bu sıvı olmasını sağlayın.

Artık numuneye çözeltileri akıtmaya hazırsınız. Referans interferometri sistemi kurulduğuna göre, osiloskop tetikleme ayarlarını yapılandırın ve izleri toplamak için özel olarak geliştirilmiş yazılımı çalıştırın. Ardından, en fazla frekans bölünmesi göstermesi gereken tampon çözelti için rezonans eğrilerini; bir sonraki kayıtta ise nanopartikül çözeltileri için en düşükten en yükseğe doğru konsantrasyonlarda rezonans eğrilerini elde edebilirsiniz.

Burada, bağlanma olaylarına karşılık gelen ortalama ve ayrışmış frekans kaymaları görmeyi beklemelisiniz. İz verileri MATLAB betikleri yardımıyla işlenebilir ve bu özel örnekte, kalite faktörü, üst alt grafikteki rezonans yapısı ile interferometre sinyali karşılaştırılarak elde edilebilir. Alt alt grafikte, bu özel çalışmanın kalite faktörü, tampon çözelti içindeki daldırma için yaklaşık 200 milyon civarındadır.

Ayrıca, bu prosedür aracılığıyla referans bilgilendiriciler oluşturulduktan sonra kalibrasyon öncesi spektrogramlar, kalibrasyon sonrası spektrogramlar ve gürültü tabanı dalga formları üretilebilir. Bu aşamada, çeşitli yerleşik desteklerin nasıl çalıştığı ve bunların kendi sisteminize nasıl entegre edileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Bunun yanı sıra, fısıltı hata modu boşlukları aracılığıyla öz-referans tespitlerinin nasıl gerçekleştirileceği konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız.