Por primera vez, Los investigadores han fabricado estructuras de guía de luz conocidas como guías de ondas de poco más de una micra de ancho en una silicona transparente que se usa comúnmente para aplicaciones biomédicas. El pequeño Las guías de ondas flexibles se pueden utilizar para fabricar dispositivos basados ​​en la luz, como sensores biomédicos y endoscopios, que son más pequeños y complejos de lo que es posible actualmente.

"A lo mejor de nuestro conocimiento, estas son las guías de ondas ópticas más pequeñas jamás creadas en polidimetilsiloxano, o PDMS, ", dijo el miembro del equipo de investigación Ye Pu de la École Fédérale de Lausanne en Suiza." Nuestras guías de ondas flexibles podrían integrarse en sistemas de laboratorio de microfluidos en un chip para eliminar la óptica externa voluminosa necesaria para realizar análisis de sangre, por ejemplo. También pueden proporcionar luz para dispositivos portátiles, como una camisa con pantalla ".

Como se informó en la revista Materiales ópticos Express , Las nuevas guías de ondas ópticas no solo son más delgadas que un trozo de polvo, también exhiben una pérdida de luz muy baja cuando se usan con ciertas longitudes de onda de luz. Una señal basada en luz puede viajar a través de las nuevas guías de ondas durante 10 centímetros o más antes de que ocurra una degradación inaceptable de la señal.

Creando estructuras con luz

Los investigadores crearon las nuevas guías de ondas optimizando la escritura directa con láser, un enfoque de microfabricación que crea estructuras tridimensionales detalladas mediante la polimerización de una sustancia química sensible a la luz con un láser enfocado posicionado con precisión. La polimerización convierte moléculas relativamente pequeñas llamadas monómeros en grandes, polímeros en forma de cadena.

El nuevo enfoque no requiere un fotoiniciador, que se usa típicamente para absorber eficientemente la luz láser y convertirla en energía química que inicia la polimerización. "Al no utilizar un fotoiniciador, simplificamos el proceso de fabricación y también mejoramos la compatibilidad del dispositivo final con tejido vivo, Pu dijo:"Esta biocompatibilidad mejorada podría permitir que el enfoque se utilice para fabricar sensores y dispositivos implantables".

Las nuevas guías de ondas flexibles también podrían servir como bloques de construcción para placas de circuito impreso fotónico que utilizan señales ópticas de alta velocidad en lugar de enlaces eléctricos para transmitir datos en computadoras y otros dispositivos electrónicos.

Confinando la luz

Para lograr una pequeña guía de ondas óptica que confine eficientemente la luz, debe haber una gran diferencia entre el índice de refracción del material que forma las guías de ondas y el PDMS circundante. Los investigadores utilizaron fenilacetileno para las guías de ondas porque, en comparación con los materiales usados ​​tradicionalmente, tiene un índice de refracción más alto una vez polimerizado. Como beneficio adicional, también se puede cargar fácilmente en PDMS simplemente sumergiendo el PDMS en fenilacetileno líquido.

Después de remojar el PDMS en fenilacetileno, Los investigadores utilizaron pulsos de láser ultrarrápidos enfocados para inducir un fenómeno óptico conocido como absorción multifotónica en el que se absorben múltiples fotones a la vez. La escritura directa con láser multifotón produce estructuras mucho más finas que los procesos de un fotón porque el volumen de polimerización en cada punto de escritura es mucho menor. El uso de la escritura directa con láser multifotón también permitió a los investigadores iniciar directamente la polimerización de fenilacetileno sin un fotoiniciador. Luego evaporaron el fenilacetileno no polimerizado calentando el PDMS.

Los investigadores demostraron que este nuevo enfoque podría producir guías de ondas flexibles en PDMS de solo 1,3 micrones de ancho. Para la banda espectral de 650 a 700 nanómetros, sólo el 0,07 por ciento de la luz transmitida a través de las guías de ondas se pierde cada centímetro. La optimización de la configuración probablemente permitiría la fabricación de guías de onda de menos de 1 micrón, según los investigadores.

Un endoscopio flexible

Los investigadores ahora están trabajando para mejorar el rendimiento del proceso de fabricación mediante el desarrollo de un sistema de control que ayudaría a evitar daños materiales durante la escritura con láser. También planean crear una serie de guías de ondas estrechas en PDMS que podrían usarse para construir un endoscopio muy flexible con un diámetro de menos de un milímetro.

"Tan pequeño, El endoscopio mecánicamente flexible permitiría obtener imágenes de una serie de lugares difíciles de alcanzar en el cuerpo para el diagnóstico en la clínica, o para seguimiento en una cirugía mínimamente invasiva, "dijo Pu.