Wetenschappers van de ITMO University hebben een nieuwe optische methode ontwikkeld voor het meten van reagensafgiftesnelheden voor 'labs on a chip'. De methode is gebaseerd op een dynamische interactie tussen een nanoantenne en luminescente moleculen, aangezien de afstand ertussen de lichtintensiteit beïnvloedt. wiskundig verwerkt, deze lichtdynamiek bepaalt de stroomsnelheid. Deze methode kan ook worden gebruikt voor het meten van temperatuur en het identificeren van stromingstypen. Het onderzoek is gepubliceerd in Laser- en fotonica-beoordelingen .

'Lab on a chip' is een klein apparaatje dat chemische reacties uitvoert, analyse of synthese op een chip van slechts enkele vierkante centimeters. Het kan worden gebruikt voor het schatten van concentraties van stoffen, het uitvoeren van diagnostiek, of het uitvoeren van complexe biochemische processen. Reagentia worden geleverd via microtubuli met een diameter van micron. De leveringssnelheid beïnvloedt het verloop van de reactie, daarom ontwikkelen wetenschappers speciale sensoren om deze variabele te bewaken.

Wetenschappers van de ITMO University hebben een nieuwe optische methode ontwikkeld om de snelheid van vloeibare microstromen te meten. Het is gebaseerd op het Purcell-effect, die verschijnt wanneer lichtgevende moleculen een interactie aangaan met een nanoantenne die een elektromagnetisch veld concentreert. Het effect beschrijft de impact die de afstand tot de nanoantenne heeft op de luminescentie van geëxciteerde moleculen. Door te volgen hoe een oplossing met lichtgevende moleculen van straling verandert wanneer ze langs de nanoantenne beweegt, kan de snelheid worden bepaald.

"Luminescente moleculen zenden licht uit wanneer ze worden geëxciteerd door een laserpuls. de duur van deze emissie kan variëren, afhankelijk van hoe ver ze van de nanoantenne verwijderd zijn. We laten een oplossing van lichtgevende moleculen langs de nanoantenne lopen, het gebied nabij de nanoantenne bestralen met een korte laserpuls, en noteer hoe het signaal vervaagt. Na speciale verwerking, de analyse van hoe het signaal in de tijd vervaagt, stelt ons in staat te begrijpen hoe snel de oplossing bewoog, " legt Alexey Kadochkin uit, onderzoeksmedewerker bij het International Laboratory of Nano-opto-mechanicas van de ITMO University.

Nabewerking van het ontvangen fadingsignaal helpt wetenschappers bij het selecteren van componenten met verschillende fadingsnelheden. De meest intense component komt overeen met de straling die de oplossing afgeeft wanneer deze zich het verst van de nanoantenne bevindt. Tegelijkertijd, het spectrum van fadingsnelheden bevat componenten die overeenkomen met de emissie van moleculen die een interactie aangaan met de nanoantenne. Het bepalen van de positie van deze componenten helpt bij het meten van de stroomsnelheid.

"Dit werk blijft nog steeds op het gebied van theoretische, dus we zijn echt trots op het feit dat het de voorkant heeft gehaald. In de nabije toekomst zijn we van plan de methode voor het meten van temperaturen uit te breiden door de Brownse beweging vast te leggen, leer onderscheid te maken tussen verschillende stromingstypes, en experimenten uit te voeren. Als resultaat, we willen een sluitend model ontwerpen voor "lab on a chip" sensoren, " zegt Alexander Shalin, hoofd van het International Laboratory of Nano-opto-mechanicas van de ITMO University.