Nová metoda s nízkými náklady na výrobu zařízení na bázi světla založených na laboratořích pro rychlé lékařské testy

Peter Joseph: Economic Calculation in a Natural Law / Resource Based Economy - CZ sub (Červen 2019).

Anonim

Nový výrobní proces by mohl usnadnit a snížit náklady na začlenění optického snímání do zařízení typu lab-on-a-chip. Tato zařízení integrují laboratorní funkce do plastového nebo skleněného "čipu" typicky ne větší než několik čtverečních centimetrů, což umožňuje automatizované testování v kanceláři lékaře nebo různé typy chemických nebo biologických analýz s přenosnými nástroji.

Nejčastějším materiálem, který je dnes používán k výrobě přístrojů typu lab-on-a-chip je silikonový polydimethylsiloxan (PDMS) vzhledem k jeho optickým, mechanickým a chemickým vlastnostem, jeho nízké ceně a snadnosti při jeho strukturování na mikroskopu. Vzhledem k tomu, že tato zařízení se stávají běžnějšími a stále složitějšími, je zapotřebí levnějších způsobů, jak včlenit všechny optické součásti PDMS, jako jsou vlnovody, do přímého světla na čip a uvnitř čipu.

"Naše nová metoda je kompatibilní s vývojem platforem typu lab-on-chip, kde integrované optické vlnovody mohou být skvělým nástrojem pro diagnostické nebo monitorovací aplikace na bázi světla", říká Mathieu Hautefeuille z Universidad National Autonomous University of Mexico, spoluautor papír.

V časopise Optical Materials Express od společnosti Optical Society (OSA) výzkumníci popisují své jednoduché a nenákladné metody pro vytváření PDMS vlnovodů, které lze snadno integrovat do zařízení typu lab-on-a-chip vyrobeného ze stejného materiálu. Používají svůj nový přístup k výrobě rozdělovače paprsků PDMS, který rozděluje laserový výstup na dva nosníky.

"Podle našeho nejlepšího vědomí je to poprvé, kdy laserové leptání s nízkým výkonem bylo použito pro mikrostrukturu polymerů pro výrobu optických vlnovodů, " říká Hautefeuille. "Tato studie ukazuje, že velmi levná laserová platforma, založená na jednotce CD / DVD v našem případě, může soutěžit s vysoce výkonnými lasery pro takové aplikace."

Vědci tvrdí, že jejich nová výrobní technika by mohla být užitečná pro jiné aplikace, včetně těch, které vyžadují přesné mikrostruktury, a že je možné je použít k leptavosti dalších polymerních materiálů kromě PDMS.

Leptání průsvitného materiálu s malým výkonem

Pro vytvoření PDMS vlnovodů začali výzkumníci vytvářet formu. Použili silně zaostřený laserový paprsek na CD / DVD hořáku, který měli k dispozici, aby vylévali čirý list akrylu. Vzhledem k tomu, že laserové zdroje s nízkým výkonem, jako jsou zdroje v CD / DVD hořácích, nejsou obvykle absorbovány průhlednými materiály, vědci pokrývali akrylovou vrstvu vysoce absorbující nanokarbon. Toto vytvořilo přesné oblasti intenzivního tepla, které by mohly být použity k etherování materiálu s mikro-měřítkem.

Výzkumníci dále vytvořili PDMS se dvěma různými indexy lomu pečlivě modifikujícími podmínky míchání a vytvrzování materiálu. Naplní leptaný mikromold s PDMS jednoho indexu lomu, vytvrdí materiál a poté umístí vrstvu PDMS s jiným indexem lomu nahoře. Po dalším vytvrzovacím kroku vědci odstranili PDMS z formy, převrátili ji a přidali další vrstvu PDMS, aby vytvořili vlnovod úplně zabudovaný do dvou desek PDMS.

Aby se ověřila reprodukovatelnost míchacího a vytvrzovacího receptu používaného pro řízení optických vlastností PDMS, vědci naměřili index lomu svých vyrobených PDMS vrstev několikrát. Rovněž ukázaly, že optické ztráty vlnovodů provedené touto technikou odpovídají optickým ztrátám, které byly hlášeny pro komplikovanější výrobní techniky.

"Kromě toho, že naše technologie dosahují nízké ceny, dosahuje rychlého prototypování vlnovodů, které umožňují integraci schopností založených na světle, jako jsou interferometrické přístroje, do zařízení typu lab-on-a-chip, " říká Hautefeuille. "Je také možné vyrobit s naší metodou dlouhé vlnovody, což může být velkou výhodou v zařízeních typu lab-on-chip."

Vytvoření rozdělovače paprsků PDMS

Pomocí nového přístupu výzkumníci vytvořili dělič lana ve tvaru Y o délce 8 milimetrů. Kromě toho, že rozdělovač paprsků rozdělil laserový paprsek do dvou výstupních ramen, výzkumníci také ukázali, že světlo může být přepínáno mezi každým ramenem změnou polohy a úhlu optického vlákna, které dodává světlo.

Vědci nyní pracují na tom, aby dokázali, že jejich metoda může být použita k výrobě složitějších integrovaných optických zařízení, jako je interferometr, který by mohl sloužit jako platforma pro PDMS pro snímání aplikací.

Úspěch týmu s tímto přístupem dýchá nový život do starších technologií, přičemž ukazuje, že vysoká přesnost nevyžaduje vždy drahé špičkové vybavení. "Naše studie ukazuje, že lasery s krátkým impulsem nejsou striktně nutné pro leptání transparentních polymerů a plastů s rozlišením v mikronách, " říká Hautefeuille. "Použití recyklované jednotky CD / DVD dále ukazuje, že byste mohli prodloužit používání zařízení, které by mohlo začínat vypadat neaktuálně."

menu
menu