Científicos de la Universidad de Arizona han logrado un acoplamiento de luz de campo lejano con microtoroides de factor de calidad ultra alta utilizando una única lente objetivo. Esto podría proporcionar la base para una plataforma de detección de microtoroides multiplexados totalmente en un chip.
El artículo se publica en la revista Light:Science &Applications. .
Se necesitan sensores rápidos y sensibles sin etiquetas para muchas aplicaciones bioquímicas, incluidos diagnósticos y pronósticos tempranos, monitoreo de la calidad del agua y los alimentos, detección de amenazas químicas y detección temprana de gases peligrosos. Los resonadores ópticos microtoroides en modo de galería susurrante (WGM) son uno de los sensores bioquímicos más sensibles que existen, capaces de detectar una sola molécula.
La luz normalmente se acopla a estos resonadores mediante una fibra óptica cónica, que se rompe fácilmente, está sujeta a ruidos vibratorios y su fabricación requiere mucho tiempo, lo que requiere instrumentación voluminosa y costosa, así como experiencia especializada. El uso de fibras ópticas cónicas es la principal barrera para lanzar estos sensores fuera del laboratorio.
Dirigido por la Prof. Judith Su, un grupo de investigación de la Facultad de Ciencias Ópticas de Wyant y el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Arizona ha demostrado una forma de eliminar la necesidad de una fibra cónica realizando una excitación de campo lejano con una SNR> 26. dB. Esto se hizo utilizando una lente de objetivo único para la excitación del resonador, monitoreando la longitud de onda de resonancia y generando imágenes.
El sistema es más compacto, rentable y estable que los acopladores cónicos de fibra. Ya no es necesario el complicado proceso de tirar de una fibra cónica. Factores de calidad ultraalta (> 10 8 ) se lograron utilizando microtoroides de 100 micrones de diámetro. El equipo de Su demostró que era posible mejorar la eficiencia del acoplamiento de campo lejano mediante el uso de un rayo láser altamente divergente y, al escanear el rayo de campo lejano, fue posible estudiar el perfil del campo eléctrico dentro del resonador.
Lograr un sistema de excitación de campo lejano hace que las plataformas de detección de resonador microtoroide totalmente integradas en un chip sean factibles para uso en campo. El grupo de Su ha demostrado previamente que los resonadores microtoroides pueden detectar gases peligrosos en bajas partes por billón y, por lo tanto, pronto se podrá desarrollar un sistema de detección temprana de gases peligrosos para uso práctico. El rendimiento de detección de este sistema se verificó mediante un experimento de detección de temperatura.
Paralelamente, el grupo de Su está trabajando en la adaptación del sistema para la detección mediante biosensores en entornos acuosos, así como en la multiplexación de los sensores para la detección simultánea de múltiples objetivos.
"Creemos que este sistema de acoplamiento de campo lejano se puede utilizar para espectroscopia y biodetección, y es la base de una plataforma de detección de resonador microtoroide totalmente en un chip. Este enfoque ha hecho que nuestros experimentos sean mucho más fáciles. Nuestro objetivo es miniaturizar nuestro sistema para hacerlo más conveniente para el uso práctico", afirmó Sartanee Suebka, primer autor del artículo.
