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チューナブルオプティクスに光流体プラットフォームを使用

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October, 11, 2016, Santa Cruz--電気技術者、Holger Schmidtは、10年以上前から、集積チップベースのプラットフォームでサンプルの光学的解析用デバイスを開発してきた。アプリケーションは、生物学センサ、ウイルス検出、化学分析。同氏のラボからの最新のデバイスは、動的光チューニングサンプル処理を行う高性能マイクロフルイディクスとスイッチングとを組み合わせた新技術をベースにしており、全て柔軟なシリコーン材料でできた低コスト「チップ」をベースにしている。
 以前のデバイスでは、光機能は、コンピュータチップ製造に利用される同じ製造技術を用いてシリコンチップに組み込まれていた。新しいデバイスは、ポリジメチルシロキサン(PDMS)でできている。これは、マイクロ流体工学で使用される柔らかく柔軟な材料。またコンタクトレンズや医療デバイスなどの製品でも使用されている。
 W.M. Keckセンタディレクタ/オプトエレクトロニクスKapany Professor、Schmidt氏は、「オールインワンデバイスの製造にこの製法を使うことができる。これによって、生体サンプル処理と光検出がワンチップでできる」とコメントしている。

PDMSの柔軟性により、チップ上で光と流体の両方を制御する新たな方法が可能になる。多層ソフトリソグラフィ技術を使い、院生Joshua Parksは、光信号導波用に中実コアと中空コア導波路を含むチップを作製した。両氏は、「光バルブ」として機能する特殊なマイクロバルブを開発した、これにより光と流体の両方の流れを制御することができる。
 Schmidt氏によると、それはシリコンチップではできなかった、全く新しい機能を開くことになる。「ライトバルブは、非常に素晴らしい素子である。単純なON/OFFスイッチだけでなく、ウイルスやバクテリアなど生物粒子の分析に、可動光トラップを作製した」。
 以前の研究では、BYUとUCバークリーの研究者とともにSchmidt、Parksは、ハイブリッドデバイスを実証した。そこでは、サンプル準備用のPDMSマイクロフルイディクチップが、ウイルス病原体の光検出用にシリコンベースの光フルイディックチップと統合されている。新しいデバイスは、両機能を同じチップに統合している。加えて、その材料は相対的に安価であり、デバイスの迅速なプロトタイプが可能である、とSchmidtは話している。

同氏によると、この技術の潜在的なアプリケーションは、幅広いバイオセンサ、分析デバイスを含む。例えば、ウイルス診断分析では、蛍光標識された抗体を用いて光検出用に特殊ウイルス株を区別する。最近の論文では、Schmidtの研究チームは、マルチモード干渉(MMI)導波路で蛍光検出を用いて多様なインフルエンザ株の検出と同定を実証した。新しいデバイスで、チップ上のMMI導波路を能動的に調整できることを示した。
 オプトフルイディックデバイスの動的チューニングは、オプトフルイディックチャネルに圧力を加えることで達成される。その寸法を変え、それによって光学特性を変える。「われわれは実際に、干渉導波路によってチャネル内のスポットパタンを調整できる、これはシリコンチップではできなかったことである」とSchmidt氏は話している。