«Резонаторы типа" шепчущей галереи ", которые в основном являются оптическими резонаторами, интенсивно изучаются не менее 20 лет, — сказал Шринивас Тадигадапа, профессор электротехники. «Люди взяли оптическое волокно и коснулись его конца паяльной лампой. Когда расплавленное волокно повторно конденсируется, оно образует сферу на конце. Его можно подключить к источнику света, чтобы сделать датчик».Этот тип сенсора состоит из твердых сфер и несовместим с методами микрообработки, но недавно Тадигадапа и его команда разработали инновационный способ выращивания стеклянных микросферических оболочек на кристалле с невероятной чувствительностью, которые потенциально могут быть использованы для измерения движения, температуры, давления или биохимии. зондирование.
Полые шарики из боросиликатного стекла выдуваются из герметичных цилиндрических полостей под давлением, вытравленных в кремниевой подложке. Используя технику выдувания стекла, тонкая стеклянная пластина под действием высокой температуры и внешнего вакуумного давления образует почти идеальный пузырь. Исследователи вырастили массивы сфер от 230 микрон до 1,2 миллиметра в диаметре с толщиной стенок от 300 нанометров до 10 микрометров.
«Нижняя часть сферы истончена до тех пор, пока не станет дырой», — сказал Тадигадапа. «Вы можете направить свет на внешнюю сторону сферы, но всю химию проделать на внутренней стороне оболочки. Вы можете ввести любой аналит, который хотите идентифицировать, но он попадает на внутреннюю поверхность. возможностей.
Вы можете выполнять химические измерения, измерения паров, биофизические измерения, измерения давления и действительно выдающиеся измерения температуры ».После многих неудачных попыток команда обнаружила, что ключ к созданию высококачественного датчика заключается в том, чтобы убедиться, что экваториальная плоскость сферы, ее центр, находится над поверхностью чипа.Чтобы получить представление о качестве своих сфер, докторант Тадигадапы Ченчен Чжан и недавний аспирант Юджин Фриман работали с Александром Кокингом, докторантом в лаборатории эксперта по лазерам штата Пенсильвания Чивен Лю, профессора электротехники.«Мы делаем пузыри, а затем доставляем их в лабораторию доктора Лю, чтобы получить уровни резонанса и провести измерения», — сказал Чжан, ведущий автор статьи, описывающей их работу, которая опубликована сегодня (2 ноября) в журнале «Scientific Reports». онлайн, журнал открытого доступа.
По словам Чжана, этот результат будет иметь особое значение для биофизического зондирования «лаборатория на чипе» для выявления болезней. «Или, добавив полимерное покрытие на внутреннюю часть пузыря, можно сделать действительно чувствительный датчик влажности».Тадигадапа добавил: «Есть несколько действительно захватывающих возможностей.
Я думаю, что это приведет к большой последующей работе».