Des scientifiques de l'Université ITMO ont mis au point une nouvelle méthode optique de mesure des taux d'administration de réactifs pour les « laboratoires sur puce ». La méthode est basée sur une interaction dynamique entre une nanoantenne et des molécules luminescentes car la distance entre elles affecte l'intensité lumineuse. Traité mathématiquement, ces dynamiques lumineuses déterminent la vitesse d'écoulement. Cette méthode peut également être utilisée pour mesurer la température et identifier les types de flux. La recherche a été publiée dans Avis sur les lasers et la photonique .
"Labor on a chip" est un petit appareil qui effectue des réactions chimiques, analyse ou synthèse sur une puce mesurant seulement quelques centimètres carrés. Il peut être utilisé pour estimer les concentrations de substances, réaliser des diagnostics, ou effectuer des processus biochimiques complexes. Les réactifs sont délivrés via des microtubules de diamètre micron. Le taux de livraison affecte le cours de la réaction, les scientifiques développent donc des capteurs spéciaux pour surveiller cette variable.
Les scientifiques de l'Université ITMO ont développé une nouvelle méthode optique pour mesurer la vitesse des micro-écoulements liquides. Il est basé sur l'effet Purcell, qui apparaît lorsque des molécules luminescentes interagissent avec une nanoantenne concentrant le champ électromagnétique. L'effet décrit l'impact de la distance à la nanoantenne sur la luminescence des molécules excitées. Surveiller comment une solution contenant des molécules luminescentes modifie son rayonnement lorsqu'elle passe devant la nanoantenne permet de déterminer sa vitesse.
"Les molécules luminescentes émettent de la lumière lorsqu'elles sont excitées par une impulsion laser. Cependant, la durée de cette émission peut varier en fonction de leur distance de la nanoantenne. Nous passons une solution de molécule luminescente au-delà de la nanoantenne, irradier la région proche de la nanoantenne avec une courte impulsion laser, et enregistrez comment le signal s'estompe. Après un traitement spécial, l'analyse de l'évanouissement du signal dans le temps permet de comprendre à quelle vitesse la solution évoluait, " explique Alexey Kadochkin, chercheur associé au Laboratoire International de Nano-opto-mécanique de l'Université ITMO.
Le post-traitement du signal d'évanouissement reçu aide les scientifiques à sélectionner des composants avec différents taux d'évanouissement. La composante la plus intense correspond au rayonnement émis par la solution lorsqu'elle est située le plus loin de la nanoantenne. À la fois, le spectre des taux de fading contient des composantes qui correspondent à l'émission de molécules interagissant avec la nanoantenne. L'établissement de la position de ces composants permet de mesurer la vitesse d'écoulement.
"Ce travail reste encore dans le domaine de la théorie, donc nous sommes vraiment fiers du fait qu'il a fait la couverture avant. Dans un avenir proche, nous prévoyons d'étendre la méthode de mesure des températures en enregistrant le mouvement brownien, apprendre à distinguer les différents types de flux, et faire des expériences. Par conséquent, nous voulons concevoir un modèle probant de capteurs "lab on a chip", " dit Alexandre Shalin, directeur du Laboratoire international de nano-opto-mécanique de l'Université ITMO.
