Existe una necesidad continua de sensores prácticos basados en chips que se pueden usar en el punto de atención para detectar cáncer y otras enfermedades. Una forma innovadora de inyectar luz en pequeños microdiscos de silicio podría ayudar a satisfacer esta necesidad reduciendo el costo ymejorando el rendimiento de los biosensores basados en chips. El avance podría conducir a un sensor óptico portátil y de bajo costo para el diagnóstico temprano del cáncer.
Los microdiscos son un tipo de resonador de microescala que utiliza el efecto óptico de la galería susurrante para confinar y mejorar la luz que ingresa al disco. Así como las paredes curvas de una galería susurrante transportan ondas de sonido para permitir que los susurros se escuchen claramente en una habitación,La superficie interna curva de un microdisquete transporta ondas de luz a través del disco, mejorando la luz, lo que permite que el microdisco aumente una señal basada en la luz proveniente de una célula, proteína o virus de interés, lo que permite una detección más sensible de los cambios sutiles asociados con enfermedades.como lupus, fibromialgia y ciertos problemas cardíacos.
"Aunque existen microsorresonadores en modo galería susurrante que ya se pueden usar para resolver moléculas individuales, su aplicación está limitada por problemas en la repetibilidad del dispositivo, la estabilidad y el rango de longitud de onda", dijo el líder del equipo de investigación Qinghai Song del Instituto de Tecnología de Harbin,China. "Nuestro nuevo diseño permite un excelente rendimiento del dispositivo que funciona con una variedad de longitudes de onda con bajo costo, mayor estabilidad y mejor repetibilidad del dispositivo".
adentro óptica , el diario de la Sociedad Óptica para la investigación de alto impacto, los investigadores detallan su nueva configuración de inyección de fuego final, que ofrece una manera simple, rentable y eficiente de introducir luz en el resonador de microdiscos. También muestran que los dispositivos que usan microdiscos yLa inyección de fuego final puede usarse para detectar cambios de temperatura y la presencia de nanopartículas.
El objetivo final de los investigadores es utilizar su nueva técnica de inyección de fuego final para crear un sensor portátil y de bajo costo que pueda detectar cambios en las células que son indicadores tempranos de cáncer. Sin embargo, señalan que el nuevo acoplamiento de luzla configuración también podría ser útil para circuitos fotónicos integrados para aplicaciones de comunicación y una variedad de sensores, como los que se utilizan en la seguridad nacional o el monitoreo ambiental.
Usando inversión de tiempo
La mayoría de los microdiscos están diseñados para que la luz se inyecte indirectamente en el microdisco utilizando un fenómeno óptico conocido como acoplamiento de luz evanescente. Sin embargo, este método requiere una alineación muy precisa entre la guía de ondas y el microdisco, lo que aumenta los costos de fabricación y hace que los dispositivos sean susceptibles a la estabilidadproblemas.
La técnica de inyección de fuego final de los investigadores utiliza una guía de ondas que está directamente conectada al borde del microdisquete. Aunque la luz que es exactamente perpendicular al lado del disco rebotará en la interfaz, el uso de luz en ángulo ligeramente inferior a la perpendicular induce unfenómeno contraintuitivo conocido como láser de inversión de tiempo. Esto crea un láser que absorbe la luz en lugar de emitirla, permitiendo que la luz ingrese eficientemente al microdisquete.
"Debido a que esta configuración no requiere piezas que sean más pequeñas que 500 nanómetros, puede fabricarse con técnicas de bajo costo", dijo Song.
Para probar su diseño, los investigadores fabricaron un dispositivo que incluía un microdisco con un radio de 5 micras conectado a una guía de onda. Para medir la inyección de fuego final, incorporaron un divisor en Y que permitió que la luz que pasa a través del divisorinyectado en el microdisco y luego transmitido fuera del microdisco a lo largo de la misma guía de ondas. El registro del espectro proveniente de la unión en Y mostró que la luz podía acoplarse al microdisco con una eficiencia de hasta 57 por ciento.
También mostraron que el dispositivo exhibía un alto factor Q, una medida de qué tan bien el microdisquete confina y amplifica la luz. Además, el dispositivo mantuvo buenos parámetros de rendimiento incluso con desviaciones de fabricación como el aumento del ancho de la guía de onda de 400 nanómetrosa 700 nanómetros.
"Mostramos que el rendimiento de la técnica de inyección de fuego final es comparable al de los microdiscos convencionales pero con una robustez mejorada y un costo reducido", dijo Song. "En general, nuestros hallazgos muestran que los microdiscos ahora están listos para aplicaciones comerciales".
Los investigadores también demostraron que los sensores que incorporan microdiscos y la inyección de fuego final pueden detectar la presencia de múltiples nanopartículas grandes, así como nanopartículas individuales tan pequeñas como 30 nanómetros. Están interesados en usar vesículas derivadas de células que son alrededor de 40 a100 nanómetros para detectar el cáncer, lo que debería ser posible en función de estos resultados.
Los investigadores ahora están trabajando en otras partes del dispositivo que serían necesarias para usar la técnica de inyección de fuego final para crear un sensor portátil y de bajo costo que pueda detectar indicadores tempranos de cáncer.
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Materiales proporcionados por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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