Un nuevo proceso de fabricación podría hacer que sea más fácil y menos costoso incorporar sensores ópticos en dispositivos de laboratorio en un chip. Estos dispositivos integran funciones de laboratorio en un "chip" de plástico o vidrio, típicamente no más de unos pocos centímetros cuadrados de tamaño, lo que permite pruebas automáticas en el consultorio del médico o varios tipos de análisis químicos o biológicos con instrumentos portátiles.
El material más común utilizado para fabricar dispositivos de laboratorio en un chip hoy en día es el poli-dimetilsiloxano de silicona PDMS debido a sus propiedades ópticas, mecánicas y químicas, su bajo costo y la facilidad con la que puede estructurarse enla microescala. A medida que estos dispositivos se vuelven más comunes y cada vez más complejos, existe la necesidad de formas menos costosas de incorporar componentes ópticos con todos los PDMS, como guías de onda, para dirigir la luz hacia y dentro del chip.
"Nuestro nuevo método es compatible con el desarrollo de plataformas de laboratorio en chip donde las guías de onda ópticas integradas pueden ser una gran herramienta para diagnósticos basados en luz o aplicaciones de monitoreo", dijo Mathieu Hautefeuille de la Universidad Nacional Autónoma de México, co-autor del artículo
en el diario Materiales ópticos expresos , de The Optical Society OSA, los investigadores describen su método simple y económico para hacer guías de onda PDMS que pueden integrarse fácilmente en un dispositivo de laboratorio en un chip hecho del mismo material. Utilizan su nuevo enfoque parafabrica un divisor de haz PDMS, que divide la salida del láser en dos haces.
"Hasta donde sabemos, esta es la primera vez que el grabado láser de baja potencia se ha utilizado para microestructurar polímeros para la fabricación de guías de ondas ópticas", dijo Hautefeuille. "Este estudio muestra que una plataforma láser muy económica, basada en unUnidad de CD / DVD en nuestro caso, puede competir con láser de alta potencia para tales aplicaciones ".
Los investigadores dicen que su nueva técnica de fabricación podría ser útil para otras aplicaciones, incluidas aquellas que requieren microestructuración de precisión, y que se puede usar para grabar otros materiales poliméricos además del PDMS.
Grabado de baja potencia de un material transparente
Para hacer las guías de ondas PDMS, los investigadores comenzaron creando un molde. Usaron el rayo láser fuertemente enfocado de una grabadora de CD / DVD que tenían a mano para grabar una lámina transparente de acrílico. Porque fuentes láser de baja potencia como lasEn los quemadores de CD / DVD generalmente no son absorbidos por materiales transparentes, los investigadores recubrieron el acrílico con nanocarbono altamente absorbente, lo que creó áreas precisas de calor intenso que podrían usarse para grabar el material con una resolución a microescala.
Luego, los investigadores crearon PDMS con dos índices diferentes de refracción modificando cuidadosamente las condiciones de mezcla y curado del material. Llenaron el micromolde grabado con PDMS de un índice de refracción, curaron el material y luego colocaron una capa de PDMS con un diferenteíndice de refracción en la parte superior. Después de otro paso de curado, los investigadores retiraron el PDMS del molde, lo voltearon y agregaron otra capa de PDMS para crear una guía de onda completamente incrustada en dos losas de PDMS.
Para verificar la reproducibilidad de la receta de mezcla y curado utilizada para controlar las propiedades ópticas del PDMS, los investigadores midieron el índice de refracción de sus capas de PDMS fabricadas varias veces. También mostraron que las pérdidas ópticas de las guías de ondas hechas con esta técnica coincidían con lasreportado para técnicas de fabricación más complicadas.
"Además de ser de bajo costo, nuestra técnica logra la creación rápida de prototipos de guías de onda que pueden permitir integrar capacidades basadas en la luz, como dispositivos interferométricos en dispositivos de laboratorio en un chip", dijo Hautefeuille.también es posible fabricar guías de onda largas con nuestro método, que puede ser una gran ventaja en dispositivos de laboratorio en chip ".
Hacer un divisor de haz PDMS
Utilizando el nuevo enfoque, los investigadores fabricaron un divisor de haz en forma de Y de 8 milímetros de largo. Además de demostrar que el divisor de haz separó un haz láser en los dos brazos de salida, los investigadores también mostraron que la luz podía cambiarseentre cada brazo cambiando la posición y el ángulo de la fibra óptica que entrega la luz.
Los investigadores ahora están trabajando para demostrar que su método puede usarse para fabricar dispositivos ópticos integrados más complejos, como un interferómetro que podría servir como una plataforma totalmente PDMS para aplicaciones de detección.
El éxito del equipo con este enfoque le da nueva vida a la tecnología más antigua y demuestra que la alta precisión no siempre requiere equipos costosos y de vanguardia ". Nuestro estudio muestra que los láseres de pulso corto no son estrictamente necesarios para grabar polímeros y plásticos transparentescon una resolución a escala de micras ", dijo Hautefeuille." El uso de una unidad de CD / DVD reciclada muestra además que es posible extender el uso de equipos que podrían estar empezando a verse desactualizados ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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