新型光傳輸技術(shù)用于改進(jìn)生物傳感器
實(shí)用的基于芯片的生物傳感器目前的需求正越來越大，這些芯片可在護(hù)理點(diǎn)用于檢測(cè)癌癥和其他疾病。一種將光注入微型硅微盤的創(chuàng)新方法可以通過降低成本和改善芯片基生物傳感器的性能來滿足這一需求。這一進(jìn)展最終可能導(dǎo)致一種便攜式和低成本的早期癌癥診斷光學(xué)傳感器。 Ow- ejo
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微盤是一種微型的諧振器，它使用回音壁光學(xué)效應(yīng)來限制和增強(qiáng)進(jìn)入盤中的光。正如一個(gè)回音壁的彎曲壁攜帶聲波，以允許耳語在房間中被清楚聽到，微盤的彎曲內(nèi)表面攜帶光波穿過圓盤，增強(qiáng)光。這使得微盤能夠促進(jìn)來自細(xì)胞、蛋白質(zhì)或感興趣的病毒的光信號(hào)，允許更敏感地檢測(cè)與狼瘡、纖維肌痛和某些心臟問題等疾病相關(guān)的細(xì)微變化。 \WE/#To
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一種新的端射注入技術(shù)使用直接連接到微盤邊緣的波導(dǎo)（W）制作而成。一種稱為激光時(shí)間反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象產(chǎn)生了一種激光，它吸收光而不是發(fā)射光，從而使光有效地進(jìn)入微盤，它利用回音壁光學(xué)效應(yīng)限制和增強(qiáng)進(jìn)入光盤的光。 xDe ^>(,"
“雖然有回音壁模式微諧振器，已經(jīng)可以用來解決單分子，其應(yīng)用是由裝置重復(fù)性問題有限，穩(wěn)定性和波長(zhǎng)范圍，”來自哈爾濱工業(yè)大學(xué)研究小組組長(zhǎng)Qinghai Song說�！拔覀兊男略O(shè)計(jì)使器件性能優(yōu)異，具有多種波長(zhǎng)，成本低，穩(wěn)定性高，器件重復(fù)性好的特點(diǎn)。” bN?*p($/
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在光學(xué)協(xié)會(huì)的高影響研究雜志《Optica》雜志上，研究人員詳細(xì)介紹了他們的新的端射注入配置，這提供了一種簡(jiǎn)單，成本效益和有效的方式來獲得光進(jìn)入微盤諧振器。他們還表明，使用微盤和端火注射的裝置可用于檢測(cè)溫度變化和納米粒子的存在。 yMW3mx301j
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研究人員的最終目標(biāo)是使用他們的新的末端注射技術(shù)來制造一種便攜式和低成本的傳感器，它能檢測(cè)出早期癌癥指標(biāo)的細(xì)胞變化。然而，他們指出，新的光耦合配置也可以用于集成的光子電路，用于通信應(yīng)用和各種傳感器，例如國(guó)土安全或環(huán)境監(jiān)測(cè)中使用的傳感器。 f.ua,,P.
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這種掃描電子顯微鏡圖像顯示了一個(gè)裝置的俯視圖，該裝置包括一個(gè)連接到波導(dǎo)的具有5微米半徑的微盤。為了測(cè)量端部的火焰注入，它們引入了Y分光鏡，允許通過分光鏡的光被注入到微盤中，然后沿著相同的波導(dǎo)從微盤傳輸出去。研究人員發(fā)現(xiàn)，光可以耦合到微盤，效率高達(dá)57%。圖片來源：哈爾濱工業(yè)大學(xué)。 0of :tZU
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大多數(shù)微盤被設(shè)計(jì)成使用一種稱為倏逝光耦合的光學(xué)現(xiàn)象將光間接地注入到微盤中。然而，這種方法需要在波導(dǎo)和微盤之間非常精確的對(duì)準(zhǔn)，這增加了制造成本并使器件容易受到穩(wěn)定性問題的影響。 tDAX
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研究人員的端火注入技術(shù)使用直接連接到微盤邊緣的波導(dǎo)。雖然光垂直于圓盤側(cè)的光會(huì)從界面反彈，但光的角度僅略小于垂直，則會(huì)產(chǎn)生一種稱為激光時(shí)間反轉(zhuǎn)的反直觀現(xiàn)象。這就產(chǎn)生了一種吸收光而不是發(fā)射光的激光器，從而使光有效地進(jìn)入微盤。 1mgw 0QO
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Song說：“因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)不需要任何小于500納米的零件，所以可以用低成本的技術(shù)制造�！� ++2a xRl
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為了測(cè)試他們的設(shè)計(jì)，研究人員制作了一個(gè)裝置，包括一個(gè)半徑為5微米的微圓盤與波導(dǎo)相連。為了測(cè)量端射注入，它們引入了Y分光鏡，允許通過分光鏡的光被注入到微盤中，然后沿著相同的波導(dǎo)從微盤傳輸出去。記錄來自Y結(jié)的光譜表明，光可以耦合到微盤中，效率高達(dá)57%。 eI2041z
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上圖所示是研究人員創(chuàng)建的基于芯片的設(shè)備，包括微盤和它們的新的端射-注入耦合技術(shù)。新的光傳輸技術(shù)可以降低芯片生物傳感器的成本，提高芯片的性能。 iMVQt1/
他們還表明，該裝置表現(xiàn)出很高的Q因子，即微盤限制和放大光的度量。此外，即使在制造偏差，如增加波導(dǎo)寬度從400納米到700納米，器件仍保持良好的性能參數(shù)。 aQhT*OT{Q
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Song說：“我們表明，端火注入技術(shù)的性能與傳統(tǒng)的微盤相媲美，但具有改進(jìn)的魯棒性和降低的成本�？偟膩碚f，我們的研究結(jié)果表明，微盤現(xiàn)在已經(jīng)準(zhǔn)備好用于商業(yè)應(yīng)用�！� f: q2JgX
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研究人員還表明，傳感器結(jié)合微盤和端火注射可以檢測(cè)到多個(gè)大的納米粒子以及單個(gè)納米顆粒的存在，只要30納米。他們感興趣的是使用大約40-100納米的細(xì)胞衍生囊泡來檢測(cè)癌癥，基于這些結(jié)果應(yīng)該是可能的。 5UL5C:3R9
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研究人員正在研究該設(shè)備的其他部分，需要使用末端端射技術(shù)來制造一種便攜式和低成本的傳感器，可以檢測(cè)癌癥的早期指標(biāo)。 [HXd|,~_j-
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原文來源：https://phys.org/news/2018-05-light-delivery-technique-biosensors.html（實(shí)驗(yàn)幫譯）
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