Dans la cathédrale Saint-Paul de Londres, un murmure peut être entendu loin à travers la galerie de chuchotement circulaire alors que le son se courbe autour des murs. Maintenant, un résonateur optique en mode galerie à chuchotement développé par les ingénieurs électriciens de Penn State peut faire tourner la lumière autour de la circonférence d'une minuscule sphère des millions de fois, la création d'un capteur à puce ultrasensible pour de multiples applications.

"Résonateurs en mode galerie chuchotant, qui sont essentiellement des résonateurs optiques, ont été intensément étudiés pendant au moins 20 ans, " dit Srinivas Tadigadapa, professeur de génie électrique. "Ce que les gens ont fait, c'est de prendre une fibre optique et de toucher l'extrémité avec un chalumeau. Lorsque la fibre fondue se recondense, il forme une sphère à la pointe. Cela peut être couplé à une source lumineuse pour faire un capteur."

Ce type de capteur est constitué de sphères solides et n'est pas compatible avec les méthodes de microfabrication, mais récemment, Tadigadapa et son équipe ont développé un moyen innovant de faire pousser des coques microsphériques en verre sur puce avec des sensibilités incroyables qui peuvent potentiellement être utilisées pour le mouvement, Température, pression ou détection biochimique.

Les sphères creuses en verre borosilicaté sont soufflées à partir de cavités cylindriques scellées et pressurisées gravées dans un substrat de silicium. En utilisant une technique de soufflage de verre, la fine tranche de verre, sous haute chaleur et pression de vide externe, forme une bulle presque parfaite. Les chercheurs ont développé des réseaux de sphères de 230 microns à 1,2 millimètre de diamètre avec des épaisseurs de paroi comprises entre 300 nanomètres et 10 micromètres.

"Le fond de la sphère est aminci jusqu'à ce qu'il soit fondamentalement un trou, " a déclaré Tadigadapa. " Vous pouvez mettre la lumière à l'extérieur de la sphère mais faire toute la chimie sur la face interne de la coquille. Vous pouvez apporter n'importe quel analyte que vous souhaitez identifier, mais il va sur la surface intérieure. Cela apporte beaucoup de possibilités. Vous pouvez faire de la détection chimique, détection de vapeur, détection biophysique, une détection de pression et une détection de température vraiment exceptionnelle."

Après de nombreuses tentatives infructueuses, l'équipe a découvert que la clé pour fabriquer un capteur de haute qualité consistait à s'assurer que le plan équatorial de la sphère, son centre, est au-dessus de la surface de la puce.

Pour comprendre la qualité de leurs sphères, Le doctorant de Tadigadapa, Chenchen Zhang, et le récent doctorant Eugene Freeman ont travaillé avec Alexander Cocking, un doctorant dans le laboratoire de l'expert laser de Penn State Zhiwen Liu, professeur de génie électrique.

"Nous fabriquons les bulles, puis les emmenons au laboratoire du Dr Liu pour obtenir les niveaux de résonance et effectuer les mesures, " dit Zhang, auteur principal sur un article décrivant son travail, qui paraît aujourd'hui (2 novembre) dans Rapports scientifiques , un en ligne, revue en libre accès. Ce résultat aura une importance particulière pour la détection biophysique en laboratoire sur puce pour la détection des maladies, dit Zhang. " Soit en ajoutant un revêtement polymère à l'intérieur de la bulle, vous pourriez faire un capteur d'humidité très sensible."

Tadigadapa ajouté, "Il y a des possibilités vraiment excitantes. Je pense que cela engendrera un gros travail de suivi."