Een nieuw fabricageproces zou het gemakkelijker en goedkoper kunnen maken om optische detectie op lab-on-a-chip-apparaten op te nemen. Deze apparaten integreren laboratoriumfuncties op een plastic of glazen "chip" die doorgaans niet groter is dan enkele vierkante centimeters, waardoor geautomatiseerd testen in de spreekkamer of verschillende soorten chemische of biologische analyses met draagbare instrumenten mogelijk zijn.

Het meest gebruikte materiaal dat tegenwoordig wordt gebruikt om lab-on-a-chip-apparaten te maken, is het siliconen poly-dimethylsiloxaan (PDMS) vanwege zijn optische, mechanische en chemische eigenschappen, de lage kosten en het gemak waarmee het op microschaal kan worden gestructureerd. Naarmate deze apparaten steeds gebruikelijker en complexer worden, er is behoefte aan goedkopere manieren om all-PDMS optische componenten zoals golfgeleiders op te nemen om licht op en in de chip te richten.

"Onze nieuwe methode is compatibel met de ontwikkeling van lab-on-chip-platforms waar geïntegreerde optische golfgeleiders een geweldig hulpmiddel kunnen zijn voor op licht gebaseerde diagnostiek of monitoringtoepassingen, " zei Mathieu Hautefeuille van de Universidad National Autonomous University of Mexico, co-auteur van het artikel.

In het journaal Optische materialen Express , van The Optical Society (OSA), de onderzoekers beschrijven hun eenvoudige en goedkope methode om PDMS-golfgeleiders te maken die gemakkelijk kunnen worden geïntegreerd in een lab-on-a-chip-apparaat van hetzelfde materiaal. Ze gebruiken hun nieuwe aanpak om een ​​PDMS-straalsplitser te fabriceren, die de laseroutput in twee stralen splitst.

"Voor zover wij weten, dit is de eerste keer dat laseretsen met laag vermogen is gebruikt om polymeren te microstructureren voor de fabricage van optische golfgeleiders, " zei Hautefeuille. "Deze studie toont aan dat een zeer goedkoop laserplatform, gebaseerd op een cd/dvd-eenheid in ons geval, kan voor dergelijke toepassingen concurreren met krachtige lasers."

De onderzoekers zeggen dat hun nieuwe fabricagetechniek nuttig kan zijn voor andere toepassingen, inclusief die welke nauwkeurige microstructurering vereisen, en dat het kan worden gebruikt om naast PDMS ook andere polymeermaterialen te etsen.

Laagvermogen etsen van een transparant materiaal

Om de PDMS-golfgeleiders te maken, de onderzoekers begonnen met het maken van een mal. Ze gebruikten de sterk gefocuste laserstraal van een cd/dvd-brander die ze bij de hand hadden om een ​​heldere acrylplaat te etsen. Omdat laserbronnen met een laag vermogen zoals die in cd-/dvd-branders doorgaans niet worden geabsorbeerd door transparante materialen, de onderzoekers bedekten het acryl met sterk absorberende nanokoolstof. Hierdoor ontstonden precieze gebieden met intense hitte die konden worden gebruikt om het materiaal te etsen met een resolutie op microschaal.

De onderzoekers creëerden vervolgens PDMS met twee verschillende brekingsindices door de meng- en uithardingsomstandigheden van het materiaal zorgvuldig aan te passen. Ze vulden de geëtste micromold met PDMS van één brekingsindex, het materiaal genezen, vervolgens een laag PDMS met een andere brekingsindex erop geplaatst. Na nog een uithardingsstap, de onderzoekers haalden het PDMS uit de mal, draaide het om en voegde nog een laag PDMS toe om een ​​golfgeleider te creëren die volledig is ingebed in twee platen PDMS.

Om de reproduceerbaarheid van het meng- en uithardingsrecept te verifiëren dat wordt gebruikt om de optische eigenschappen van PDMS te regelen, de onderzoekers maten de brekingsindex van hun gefabriceerde PDMS-lagen meerdere keren. Ze toonden ook aan dat de optische verliezen van golfgeleiders gemaakt met deze techniek overeenkwamen met die gerapporteerd voor meer gecompliceerde fabricagetechnieken.

"Behalve dat het goedkoop is, onze techniek zorgt voor snelle prototyping van golfgeleiders die het mogelijk maken om op licht gebaseerde mogelijkheden zoals interferometrische apparaten te integreren in lab-on-a-chip-apparaten, " zei Hautefeuille. "Het is ook mogelijk om met onze methode lange golfgeleiders te fabriceren, wat een groot voordeel kan zijn in lab-on-chip-apparaten."

Een PDMS-straalsplitser maken

Door gebruik te maken van de nieuwe aanpak, de onderzoekers fabriceerden een 8 millimeter lange, Y-vormige bundelsplitser. Naast het aantonen dat de bundelsplitser een laserstraal scheidde in de twee uitgangsarmen, de onderzoekers toonden ook aan dat het licht tussen elke arm kan worden geschakeld door de positie en hoek van de optische vezel die het licht afgeeft te veranderen.

De onderzoekers zijn nu bezig om aan te tonen dat hun methode kan worden gebruikt om complexere geïntegreerde optische apparaten te fabriceren, zoals een interferometer die zou kunnen dienen als een volledig PDMS-platform voor detectietoepassingen.

Het succes van het team met deze aanpak blaast nieuw leven in oudere technologie en laat zien dat hoge precisie niet altijd dure, geavanceerde apparatuur. "Onze studie toont aan dat lasers met korte pulsen niet strikt noodzakelijk zijn om transparante polymeren en kunststoffen te etsen met een resolutie op micronschaal, "zei Hautefeuille. "Het gebruik van een gerecyclede cd/dvd-eenheid toont verder aan dat je het gebruik van apparatuur die misschien verouderd begint te kunnen oprekken."