En ny tillverkningsprocess kan göra det enklare och billigare att införliva optisk avkänning på lab-on-a-chip-enheter. Dessa enheter integrerar laboratoriefunktioner på ett plast- eller glas "chip" vanligtvis inte mer än några få kvadratcentimeter i storlek, möjliggör automatisk testning på läkarkontoret eller olika typer av kemisk eller biologisk analys med bärbara instrument.

Det vanligaste materialet som används för att göra lab-on-a-chip-enheter idag är silikonpoly-dimetylsiloxan (PDMS) på grund av dess optiska, mekaniska och kemiska egenskaper, dess låga kostnad och den lätthet som den kan struktureras i mikroskala. Eftersom dessa enheter blir mer vanliga och alltmer komplexa, det finns ett behov av billigare sätt att införliva optiska PDMS-komponenter såsom vågledare för att rikta ljus på och inuti chipet.

"Vår nya metod är kompatibel med utvecklingen av lab-on-chip-plattformar där integrerade optiska vågledare kan vara ett bra verktyg för ljusbaserad diagnostik eller övervakningsapplikationer, "säger Mathieu Hautefeuille vid Universidad National Autonomous University of Mexico, medförfattare till tidningen.

I journalen Expressmaterial Express , från The Optical Society (OSA), forskarna beskriver deras enkla och billiga metod för att göra PDMS-vågledare som enkelt kan integreras i en lab-on-a-chip-enhet tillverkad av samma material. De använder sin nya metod för att tillverka en PDMS -stråldelare, som delar laserutmatningen i två strålar.

"Som vi förstår det, detta är första gången som laser-etsning med låg effekt har använts för mikrostrukturpolymerer för tillverkning av optisk vågledare, "sa Hautefeuille." Denna studie visar att en mycket billig laserplattform, baserat på en CD/DVD -enhet i vårt fall, kan konkurrera med högeffektlasrar för sådana applikationer. "

Forskarna säger att deras nya tillverkningsteknik kan vara användbar för andra applikationer, inklusive de som kräver precisionsmikrostrukturering, och att den kan användas för att etsa andra polymermaterial utöver PDMS.

Låg effekt etsning av ett transparent material

För att göra PDMS -vågledarna, forskarna började med att skapa en form. De använde den starkt fokuserade laserstrålen från en CD/DVD -brännare som de hade till hands för att etsa ett klart akrylark. Eftersom laserkällor med låg effekt som de i CD/DVD-brännare vanligtvis inte absorberas av transparenta material, forskarna belagde akrylen med mycket absorberande nanokol. Detta skapade exakta områden med intensiv värme som kunde användas för att etsa materialet med mikroskalaupplösning.

Forskarna skapade sedan PDMS med två olika brytningsindex genom att noggrant modifiera blandnings- och härdningsförhållandena för materialet. De fyllde den etsade mikromolden med PDMS med ett brytningsindex, botade materialet, placerade sedan ett lager PDMS med ett annat brytningsindex ovanpå. Efter ytterligare ett härdningssteg, forskarna tog bort PDMS från formen, vända den och lade till ytterligare ett lager PDMS för att skapa en vågledare helt inbäddad i två plattor av PDMS.

För att verifiera reproducerbarheten av blandnings- och härdningsreceptet som används för att kontrollera de optiska egenskaperna hos PDMS, forskarna mätte brytningsindex för deras tillverkade PDMS -lager flera gånger. De visade också att de optiska förlusterna för vågledare gjorda med denna teknik stämde överens med dem som rapporterats för mer komplicerade tillverkningstekniker.

"Förutom att det är billigt, vår teknik åstadkommer snabb prototypering av vågledare som kan göra det möjligt att integrera ljusbaserade funktioner som interferometriska enheter i lab-on-a-chip-enheter, "sa Hautefeuille." Det är också möjligt att tillverka långa vågledare med vår metod, vilket kan vara en stor fördel i lab-on-chip-enheter. "

Gör en PDMS -stråldelare

Med den nya metoden, forskarna tillverkade en 8 millimeter lång, Y-formad balkdelare. Förutom att visa att stråldelaren separerade en laserstråle i de två utgångsarmarna, forskarna visade också att ljuset kunde växlas mellan varje arm genom att ändra position och vinkel för den optiska fibern som levererar ljuset.

Forskarna arbetar nu med att visa att deras metod kan användas för att tillverka mer komplexa integrerade optiska enheter som en interferometer som kan fungera som en helt PDMS-plattform för avkänning av applikationer.

Lagets framgångar med detta tillvägagångssätt blåser nytt liv i äldre teknik samtidigt som det visar att hög precision inte alltid kräver dyrt, banbrytande utrustning. "Vår studie visar att kortpulserade lasrar inte är absolut nödvändiga för att etsa transparenta polymerer och plaster med en mikronskala upplösning, "sa Hautefeuille." Användningen av en återvunnen CD/DVD -enhet visar vidare att du kanske kan sträcka ut användningen av utrustning som kan börja se inaktuell ut. "