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 que, por lo general, no tiene más de unos pocos centímetros cuadrados de tamaño. permitiendo pruebas automatizadas en el consultorio del médico o varios tipos de análisis químicos o biológicos con instrumentos portátiles.

El material más común que se utiliza hoy en día para fabricar dispositivos de laboratorio en un chip es el polidimetilsiloxano de silicona (PDMS) debido a su óptica, propiedades mecánicas y químicas, su bajo costo y la facilidad con la que se puede estructurar a 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 totalmente PDMS, como guías de ondas, 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 ondas ópticas integradas pueden ser una gran herramienta para aplicaciones de monitoreo o diagnóstico basados ​​en la luz, "dijo Mathieu Hautefeuille de la Universidad Nacional Autónoma de México, coautor del artículo.

En el diario Materiales ópticos Express , de The Optical Society (OSA), los investigadores describen su método simple y económico para hacer guías de ondas PDMS que se pueden integrar fácilmente en un dispositivo de laboratorio en un chip hecho del mismo material. Utilizan su nuevo enfoque para fabricar un divisor de haz PDMS, que divide la salida del láser en dos haces.

"A lo mejor de nuestro conocimiento, esta es la primera vez que el grabado con 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, basado en una unidad de CD / DVD en nuestro caso, puede competir con los láseres de alta potencia para este tipo de aplicaciones ".

Los investigadores dicen que su nueva técnica de fabricación podría ser útil para otras aplicaciones, incluidos los que requieren una microestructuración de precisión, y que puede usarse para grabar otros materiales poliméricos además de PDMS.

Grabado a baja potencia de un material transparente

Para hacer las guías de ondas PDMS, los investigadores comenzaron creando un molde. Utilizaron el rayo láser fuertemente enfocado de una grabadora de CD / DVD que tenían a mano para grabar una hoja transparente de acrílico. Debido a que las fuentes láser de baja potencia como las de las grabadoras de CD / DVD generalmente no son absorbidas por materiales transparentes, los investigadores recubrieron el acrílico con nanocarbono altamente absorbente. Esto creó áreas precisas de calor intenso que podrían usarse para grabar el material con una resolución de microescala.

A continuación, los investigadores crearon PDMS con dos índices de refracción diferentes modificando cuidadosamente las condiciones de mezcla y curado del material. Llenaron el micromolde grabado con PDMS de un índice de refracción, curado el material, luego colocó una capa de PDMS con un índice de refracción diferente en la parte superior. Después de otro paso de curado, los investigadores quitaron el PDMS del molde, le dio la vuelta y agregó otra capa de PDMS para crear una guía de ondas completamente incrustada en dos losas de PDMS.

Para verificar la reproducibilidad de la receta de mezcla y curado utilizada para controlar las propiedades ópticas de PDMS, los investigadores midieron el índice de refracción de sus capas PDMS fabricadas varias veces. También mostraron que las pérdidas ópticas de las guías de ondas hechas con esta técnica coincidían con las reportadas para técnicas de fabricación más complicadas.

"Además de ser de bajo costo, nuestra técnica logra la creación rápida de prototipos de guías de ondas que pueden hacer posible integrar capacidades basadas en la luz, como dispositivos interferométricos, en dispositivos de laboratorio en un chip, ", dijo Hautefeuille." También es posible fabricar guías de ondas largas con nuestro método, lo que puede ser una gran ventaja en dispositivos de laboratorio en chip ".

Hacer un divisor de haz PDMS

Usando el nuevo enfoque, los investigadores fabricaron una de 8 milímetros de largo, Divisor de haz en forma de Y. Además de demostrar que el divisor de haz separó un rayo láser en los dos brazos de salida, los investigadores también demostraron que la luz se podía cambiar entre cada brazo cambiando la posición y el ángulo de la fibra óptica que emite la luz.

Los investigadores ahora están trabajando para demostrar que su método se puede utilizar 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 da nueva vida a la tecnología anterior al tiempo que demuestra que la alta precisión no siempre requiere costosos, equipos de última generación. "Nuestro estudio muestra que los láseres de pulso corto no son estrictamente necesarios para grabar polímeros y plásticos transparentes con una resolución de escala micrométrica, ", dijo Hautefeuille." El uso de una unidad de CD / DVD reciclada muestra además que es posible que pueda ampliar el uso de equipos que podrían estar empezando a parecer obsoletos ".