Fysikere foreslår en ny måde at måle hastighed i flydende mikrostrømme

Forskere fra ITMO University udviklede en ny optisk metode til måling af reagensleveringshastigheder for "laboratorier på en chip". Metoden er baseret på et dynamisk samspil mellem en nanoantenna og luminescerende molekyler, da afstanden mellem dem påvirker lysintensiteten. Behandlet matematisk, disse lysdynamikker bestemmer strømningshastigheden. Denne metode kan også bruges til måling af temperatur og identifikation af strømningstyper. Undersøgelsen blev offentliggjort i Laser &fotonik anmeldelser .

"Lab on a chip" er en lille enhed, der udfører kemiske reaktioner, analyse eller syntese på en chip, der kun måler flere kvadratcentimeter. Det kan bruges til at estimere koncentrationer af stoffer, udføre diagnostik, eller udføre komplekse biokemiske processer. Reagenser leveres via mikrotubuli med mikrometer. Leveringshastigheden påvirker reaktionsforløbet, så forskere udvikler specielle sensorer til at overvåge denne variabel.

ITMO University forskere udviklede en ny optisk metode til måling af hastigheden af ​​flydende mikrostrømme. Det er baseret på Purcell -effekten, som vises, når luminescerende molekyler interagerer med et nanoantenna -koncentreret elektromagnetisk felt. Effekten beskriver den indvirkning afstanden til nanoantenna har på luminescensen af ​​ophidsede molekyler. Overvågning af hvordan en opløsning indeholdende selvlysende molekyler ændrer sin stråling, når den bevæger sig forbi nanoantenna, hjælper med at bestemme dens hastighed.

"Selvlysende molekyler udsender lys, når de exciteres af en laserpuls. Imidlertid, varigheden af ​​denne emission kan variere afhængigt af hvor langt de er fra nanoantenna. Vi kører en selvlysende molekyleopløsning forbi nanoantenna, bestråle området nær nanoantenna med en kort laserpuls, og registrer, hvordan signalet falmer. Efter særlig behandling, analysen af, hvordan signalet falmer i tide, giver os mulighed for at forstå, hvor hurtigt løsningen bevægede sig, "forklarer Alexey Kadochkin, forskningsassistent ved ITMO University's International Laboratory of Nano-opto-mechanics.

Efterbehandling af det modtagne fadesignal hjælper forskere med at vælge komponenter med forskellige fadinghastigheder. Den mest intense komponent svarer til stråling, løsningen udsender, når den er placeret længst fra nanoantenna. På samme tid, fadingfrekvensspektret indeholder komponenter, der svarer til emission af molekyler, der interagerer med nanoantenna. Etablering af placeringen af ​​disse komponenter hjælper med at måle strømningshastigheden.

"Dette arbejde er stadig inden for det teoretiske område, så vi er virkelig stolte over, at det lavede forsiden. I den nærmeste fremtid planlægger vi at udvide metoden til måling af temperaturer ved at registrere den brune bevægelse, lære at skelne mellem forskellige flowtyper, og foretage forsøg. Som resultat, vi ønsker at designe en afgørende model for "lab on a chip" sensorer, "siger Alexander Shalin, leder af ITMO University's International Laboratory of Nano-opto-mechanics.