Nella cattedrale di St. Paul di Londra, un sussurro può essere sentito lontano attraverso la galleria circolare dei sussurri mentre il suono curva intorno alle pareti. Ora, un risonatore ottico in modalità galleria sussurrante sviluppato dagli ingegneri elettrici della Penn State può far ruotare la luce attorno alla circonferenza di una minuscola sfera milioni di volte, creando un sensore basato su microchip ultrasensibile per molteplici applicazioni.

"Risuonatori in modalità galleria sussurrante, che sono fondamentalmente risonatori ottici, sono stati intensamente studiati per almeno 20 anni, " disse Srinivas Tadigadapa, professore di ingegneria elettrica. "Quello che le persone hanno fatto è prendere una fibra ottica e toccarne l'estremità con un cannello. Quando la fibra fusa si ricondensa, forma una sfera alla punta. Questo può essere accoppiato a una fonte di luce per creare un sensore".

Quel tipo di sensore è costituito da sfere solide e non è compatibile con i metodi di microfabbricazione, ma recentemente Tadigadapa e il suo team hanno sviluppato un modo innovativo per coltivare gusci microsferici di vetro su chip con sensibilità incredibili che potenzialmente possono essere utilizzati per il movimento, temperatura, pressione o rilevamento biochimico.

Le sfere cave di vetro borosilicato vengono soffiate da cavità cilindriche sigillate e pressurizzate incise in un substrato di silicio. Utilizzando una tecnica di soffiatura del vetro, la sottile cialda di vetro, ad alta temperatura e vuoto esterno, forma una bolla quasi perfetta. I ricercatori hanno coltivato matrici di sfere da 230 micron a 1,2 millimetri di diametro con spessori di parete compresi tra 300 nanometri e 10 micrometri.

"Il fondo della sfera si assottiglia fino a diventare fondamentalmente un buco, " Ha detto Tadigadapa. "Puoi mettere la luce sulla parte esterna della sfera ma fare tutta la chimica sulla faccia interna del guscio. Puoi portare qualsiasi analita che desideri identificare, ma va sulla superficie interna. Questo porta molte possibilità. Puoi eseguire il rilevamento chimico, rilevamento del vapore, rilevamento biofisico, rilevamento della pressione e rilevamento della temperatura davvero eccezionale."

Dopo molti tentativi falliti, il team ha scoperto che la chiave per realizzare un sensore di alta qualità consiste nell'assicurarsi che il piano equatoriale della sfera, il suo centro, è sopra la superficie del chip.

Per comprendere la qualità delle loro sfere, Lo studente di dottorato di Tadigadapa Chenchen Zhang e il neolaureato Eugene Freeman hanno lavorato con Alexander Cocking, uno studente di dottorato nel laboratorio dell'esperto di laser della Penn State Zhiwen Liu, professore di ingegneria elettrica.

"Facciamo le bolle e poi le portiamo al laboratorio del dottor Liu per ottenere i livelli di risonanza e fare le misurazioni, "disse Zhang, autore principale su un articolo che descrive il loro lavoro, che appare oggi (2 novembre) in Rapporti scientifici , un in linea, giornale ad accesso libero. Questo risultato avrà un significato particolare per il rilevamento biofisico lab-on-a-chip per il rilevamento delle malattie, ha detto Zhang. "Oppure aggiungendo un rivestimento polimerico all'interno della bolla, potresti realizzare un sensore di umidità davvero sensibile."

Tadigadapa ha aggiunto, "Ci sono alcune possibilità davvero entusiasmanti. Penso che genererà un grande lavoro di follow-up".