Um novo processo de fabricação pode tornar mais fácil e menos caro incorporar sensor óptico em dispositivos lab-on-a-chip. Esses dispositivos integram funções de laboratório em um "chip" de plástico ou vidro, normalmente não mais do que alguns centímetros quadrados de tamanho, permitindo testes automatizados em consultório médico ou vários tipos de análises químicas ou biológicas com instrumentos portáteis.
O material mais comum usado para fazer dispositivos lab-on-a-chip hoje é o silicone poli-dimetilsiloxano (PDMS) por causa de sua óptica, propriedades mecânicas e químicas, seu baixo custo e a facilidade com que pode ser estruturado em microescala. À medida que esses dispositivos se tornam mais comuns e cada vez mais complexos, há uma necessidade de maneiras menos dispendiosas de incorporar componentes ópticos totalmente PDMS, como guias de onda para direcionar a luz para e dentro do chip.
"Nosso novo método é compatível com o desenvolvimento de plataformas lab-on-chip onde guias de ondas ópticas integradas podem ser uma ótima ferramenta para diagnósticos baseados em luz ou aplicações de monitoramento, "disse Mathieu Hautefeuille da Universidad National Autonomous University of Mexico, co-autor do artigo.
No jornal Optical Materials Express , da The Optical Society (OSA), os pesquisadores descrevem seu método simples e barato para fazer guias de onda PDMS que podem ser facilmente integrados em um dispositivo lab-on-a-chip feito do mesmo material. Eles usam sua nova abordagem para fabricar um divisor de feixe PDMS, que divide a saída do laser em dois feixes.
"Para o melhor de nosso conhecimento, esta é a primeira vez que a gravação a laser de baixa potência foi usada para microestruturar polímeros para a fabricação de guias de ondas ópticas, "disse Hautefeuille." Este estudo mostra que uma plataforma de laser muito barata, baseado em uma unidade de CD / DVD no nosso caso, pode competir com lasers de alta potência para tais aplicações. "
Os pesquisadores dizem que sua nova técnica de fabricação pode ser útil para outras aplicações, incluindo aqueles que requerem microestruturação de precisão, e que pode ser usado para gravar outros materiais poliméricos além do PDMS.
Gravura de baixa potência de um material transparente
Para fazer os guias de onda PDMS, os pesquisadores começaram criando um molde. Eles usaram o feixe de laser fortemente focalizado de um gravador de CD / DVD que tinham à mão para gravar uma folha de acrílico transparente. Como as fontes de laser de baixa potência, como as dos gravadores de CD / DVD, normalmente não são absorvidas por materiais transparentes, os pesquisadores revestiram o acrílico com nanocarbono altamente absorvente. Isso criou áreas pontuais de calor intenso que poderiam ser usadas para gravar o material com resolução em microescala.
Em seguida, os pesquisadores criaram o PDMS com dois índices diferentes de refração, modificando cuidadosamente as condições de mistura e cura do material. Eles preencheram o micromold gravado com PDMS de um índice de refração, curou o material, em seguida, colocou uma camada de PDMS com um índice de refração diferente no topo. Depois de outra etapa de cura, os pesquisadores removeram o PDMS do molde, inverteu e adicionou outra camada de PDMS para criar um guia de ondas completamente embutido em duas placas de PDMS.
Para verificar a reprodutibilidade da receita de mistura e cura usada para controlar as propriedades ópticas do PDMS, os pesquisadores mediram o índice de refração de suas camadas de PDMS fabricadas várias vezes. Eles também mostraram que as perdas ópticas de guias de ondas feitas com esta técnica correspondiam às relatadas para técnicas de fabricação mais complicadas.
“Além de ser de baixo custo, nossa técnica realiza prototipagem rápida de guias de onda que podem tornar possível integrar recursos baseados em luz, como dispositivos interferométricos em dispositivos lab-on-a-chip, "disse Hautefeuille." Também é possível fabricar guias de ondas longas com o nosso método, o que pode ser uma grande vantagem em dispositivos lab-on-chip. "
Fazendo um divisor de feixe PDMS
Usando a nova abordagem, os pesquisadores fabricaram um 8 milímetros de comprimento, Divisor de feixe em forma de Y. Além de demonstrar que o divisor de feixe separou um feixe de laser nos dois braços de saída, os pesquisadores também mostraram que a luz pode ser trocada entre cada braço, mudando a posição e o ângulo da fibra óptica que fornece a luz.
Os pesquisadores agora estão trabalhando para demonstrar que seu método pode ser usado para fabricar dispositivos ópticos integrados mais complexos, como um interferômetro que poderia servir como uma plataforma totalmente PDMS para aplicações de detecção.
O sucesso da equipe com esta abordagem dá uma nova vida à tecnologia mais antiga, ao mesmo tempo que mostra que a alta precisão nem sempre exige custos elevados, equipamentos de última geração. "Nosso estudo mostra que os lasers de pulso curto não são estritamente necessários para gravar polímeros e plásticos transparentes com uma resolução em escala de mícron, "disse Hautefeuille." O uso de uma unidade de CD / DVD reciclada mostra ainda que você pode ser capaz de esticar o uso de equipamentos que podem estar começando a parecer desatualizados. "
