Ny lavprismetode til fremstilling af lysbaserede lab-on-a-chip-enheder til hurtige medicinske tests

En ny fremstillingsproces kan gøre det lettere og billigere at integrere optisk sensing på laboratorie-på-en-chip-enheder. Disse enheder integrerer laboratoriefunktioner på en "chip" af plast eller glas, typisk ikke mere end et par kvadratcentimeter i størrelse, tillader automatiseret test på lægekontoret eller forskellige typer kemiske eller biologiske analyser med bærbare instrumenter.

Det mest almindelige materiale, der bruges til at fremstille lab-on-a-chip enheder i dag, er silikone poly-dimethylsiloxan (PDMS) på grund af dets optiske, mekaniske og kemiske egenskaber, dens lave pris og den lethed, hvormed den kan struktureres i mikroskala. Efterhånden som disse enheder bliver mere almindelige og mere komplekse, der er behov for billigere måder at inkorporere alle-PDMS optiske komponenter såsom bølgeledere til at rette lys ind på og inden i chippen.

"Vores nye metode er kompatibel med udviklingen af ​​lab-on-chip-platforme, hvor integrerede optiske bølgeledere kan være et fantastisk værktøj til lysbaseret diagnostik eller overvågningsprogrammer, "sagde Mathieu Hautefeuille fra Universidad National Autonomous University of Mexico, medforfatter af papiret.

I journalen Express optiske materialer , fra The Optical Society (OSA), forskerne beskriver deres enkle og billige metode til fremstilling af PDMS-bølgeledere, der let kan integreres i en lab-on-a-chip-enhed fremstillet af det samme materiale. De bruger deres nye tilgang til at fremstille en PDMS -strålesplitter, som deler laseroutput i to stråler.

"Så vidt vi ved, dette er første gang, at laser-ætsning med lav effekt har været brugt til mikrostrukturpolymerer til fremstilling af optisk bølgeleder, "sagde Hautefeuille." Denne undersøgelse viser, at en meget billig laserplatform, baseret på en CD/DVD -enhed i vores tilfælde, kan konkurrere med lasere med høj effekt til sådanne applikationer. "

Forskerne siger, at deres nye fremstillingsteknik kan være nyttig til andre applikationer, herunder dem, der kræver præcisionsmikrostrukturering, og at den kan bruges til at ætse andre polymermaterialer ud over PDMS.

Lav-effekt ætsning af et gennemsigtigt materiale

For at lave PDMS -bølgeledere, begyndte forskerne med at lave en form. De brugte den stærkt fokuserede laserstråle fra en CD/DVD -brænder, de havde til rådighed, til at ætse et klart stykke akryl. Fordi laserkilder med lav effekt som dem i CD/DVD-brændere typisk ikke absorberes af gennemsigtige materialer, forskerne belagte akryl med meget absorberende nanocarbon. Dette skabte præcise områder med intens varme, der kunne bruges til at ætse materialet med mikroskala-opløsning.

Forskerne skabte derefter PDMS med to forskellige brydningsindekser ved omhyggeligt at modificere materialets blandings- og hærdningsbetingelser. De fyldte den ætsede mikromuld med PDMS med et brydningsindeks, helbredt materialet, placerede derefter et lag PDMS med et andet brydningsindeks ovenpå. Efter endnu et hærdningstrin, forskerne fjernede PDMS fra formen, vendte det og tilføjede endnu et lag PDMS for at skabe en bølgeleder, der var fuldstændig integreret i to plader PDMS.

For at kontrollere reproducerbarheden af ​​blandings- og hærdningsopskriften, der bruges til at kontrollere de optiske egenskaber ved PDMS, forskerne målte brydningsindekset for deres fremstillede PDMS -lag flere gange. De viste også, at de optiske tab af bølgeledere fremstillet med denne teknik matchede dem, der blev rapporteret for mere komplicerede fremstillingsteknikker.

"Udover at være billig, vores teknik opnår hurtig prototyping af bølgeledere, der kan gøre det muligt at integrere lysbaserede funktioner såsom interferometriske enheder i laboratorie-på-en-chip-enheder, "sagde Hautefeuille." Det er også muligt at fremstille lange bølgeledere med vores metode, hvilket kan være en stor fordel i lab-on-chip enheder."

Fremstilling af en PDMS strålesplitter

Ved hjælp af den nye tilgang, forskerne fremstillede en 8 millimeter lang, Y-formet bjælkesplitter. Ud over at demonstrere, at stråledeleren adskilte en laserstråle i de to udgangsarme, forskerne viste også, at lyset kunne skiftes mellem hver arm ved at ændre positionen og vinklen på den optiske fiber, der leverer lyset.

Forskerne arbejder nu på at demonstrere, at deres metode kan bruges til at fremstille mere komplekse integrerede optiske enheder, såsom et interferometer, der kan tjene som en helt PDMS-platform til registrering af applikationer.

Holdets succes med denne tilgang puster nyt liv i ældre teknologi og viser, at høj præcision ikke altid kræver dyrt, banebrydende udstyr. "Vores undersøgelse viser, at kortpulsede lasere ikke er strengt nødvendige for at ætse gennemsigtige polymerer og plast med en opløsning i mikronskala, "sagde Hautefeuille." Brugen af ​​en genbrugt CD/DVD -enhed viser endvidere, at du måske kan strække brugen af ​​udstyr, der kunne begynde at se forældet ud. "