Gli scienziati dell'Università dell'Arizona hanno ottenuto l'accoppiamento in campo lontano della luce con microtoroidi con fattore di qualità ultraelevato utilizzando un unico obiettivo. Ciò potrebbe fornire le basi per una piattaforma di rilevamento microtoroide multiplexata completamente su chip.
L'articolo è pubblicato sulla rivista Light:Science &Applications .
Sono necessari sensori rapidi e sensibili senza etichetta per molte applicazioni biochimiche, tra cui la diagnostica e la prognostica precoce, il monitoraggio della qualità degli alimenti e dell'acqua, il rilevamento delle minacce chimiche e il rilevamento precoce di gas pericolosi. I risonatori ottici microtoroidi in modalità Whispering Gallery Mode (WGM) sono uno dei sensori biochimici più sensibili esistenti, in grado di rilevare singole molecole.
La luce viene generalmente accoppiata a questi risonatori utilizzando una fibra ottica rastremata, che si rompe facilmente, è soggetta a rumore vibrazionale e richiede molto tempo per la sua realizzazione, richiedendo strumentazione ingombrante e costosa, nonché competenze specializzate. L'uso di fibre ottiche rastremate è la principale barriera al lancio di questi sensori fuori dal laboratorio.
Guidato dalla Prof.ssa Judith Su, un gruppo di ricerca del Wyant College of Optical Sciences e del Dipartimento di Ingegneria Biomedica dell'Università dell'Arizona ha dimostrato un modo per eliminare la necessità di una fibra conica eseguendo l'eccitazione in campo lontano con un SNR> 26 dB. Ciò è stato fatto utilizzando una lente obiettivo singola per l'eccitazione del risonatore, monitorando la lunghezza d'onda di risonanza e l'imaging.
Il sistema è più compatto, economico e stabile rispetto agli accoppiatori rastremati a base di fibra. Il complicato processo di trazione di una fibra affusolata non è più necessario. Fattori di altissima qualità (> 10 8 ) sono stati ottenuti utilizzando microtoroidi da 100 micron di diametro. Il team di Su ha dimostrato che era possibile migliorare l'efficienza dell'accoppiamento del campo lontano utilizzando un raggio laser altamente divergente e, scansionando il raggio del campo lontano, era possibile studiare il profilo del campo elettrico all'interno del risonatore.
La realizzazione di un sistema di eccitazione a campo lontano rende possibili per l'uso sul campo piattaforme di rilevamento del risonatore microtoroide completamente su chip. Il gruppo di Su ha precedentemente dimostrato che i risonatori microtoroidi possono rilevare gas pericolosi a basse parti per trilione, e quindi un sistema di rilevamento precoce di gas pericolosi per uso pratico potrà essere presto sviluppato. Le prestazioni di rilevamento di questo sistema sono state verificate attraverso un esperimento di rilevamento della temperatura.
Parallelamente, il gruppo di Su sta lavorando all'adattamento del sistema per il rilevamento tramite biosensing in ambienti acquatici e al multiplexing dei sensori per il rilevamento simultaneo di più target.
"Crediamo che questo sistema di accoppiamento a campo lontano possa essere utilizzato per la spettroscopia e il biorilevamento e costituisca il fondamento di una piattaforma di rilevamento del risonatore microtoroide completamente su chip. Questo approccio ha reso i nostri esperimenti molto più semplici. Puntiamo a miniaturizzare il nostro sistema per renderlo più conveniente per l'uso pratico", ha affermato Sartanee Suebka, primo autore dell'articolo.
