Na Catedral de São Paulo, em Londres, um sussurro pode ser ouvido ao longe através da galeria circular de sussurros enquanto o som se curva ao redor das paredes. Agora, um ressonador óptico de modo de galeria silencioso desenvolvido por engenheiros elétricos da Penn State pode girar a luz ao redor da circunferência de uma esfera minúscula milhões de vezes, criar um sensor ultrassensível baseado em microchip para múltiplas aplicações.

"Sussurrando ressonadores do modo de galeria, que são basicamente ressonadores ópticos, foram intensamente estudados por pelo menos 20 anos, "disse Srinivas Tadigadapa, professor de engenharia elétrica. “O que as pessoas fizeram foi pegar uma fibra ótica e tocar na extremidade com um maçarico. Quando a fibra derretida se condensa novamente, ele forma uma esfera na ponta. Isso pode ser acoplado a uma fonte de luz para fazer um sensor. "

Esse tipo de sensor consiste em esferas sólidas e não é compatível com métodos de microfabricação, mas recentemente Tadigadapa e sua equipe desenvolveram uma maneira inovadora de cultivar conchas microesféricas de vidro no chip com sensibilidades incríveis que podem ser potencialmente usadas para movimento, temperatura, pressão ou detecção bioquímica.

As esferas ocas de vidro de borossilicato são sopradas de cavidades cilíndricas seladas e pressurizadas gravadas em um substrato de silício. Usando uma técnica de sopro de vidro, a fina pastilha de vidro, sob alta temperatura e pressão de vácuo externa, forma uma bolha quase perfeita. Os pesquisadores cultivaram matrizes de esferas de 230 mícrons para 1,2 mm de diâmetro, com espessuras de parede entre 300 nanômetros e 10 micrômetros.

"A parte inferior da esfera é afinada até que se torne basicamente um buraco, "Tadigadapa disse." Você pode colocar a luz do lado de fora da esfera, mas fazer toda a química na face interna da concha. Você pode trazer qualquer analito que deseja identificar, mas vai na superfície interna. Isso traz muitas possibilidades. Você pode fazer sensoriamento químico, detecção de vapor, sensoriamento biofísico, sensor de pressão e sensor de temperatura realmente excepcional. "

Depois de muitas tentativas fracassadas, a equipe descobriu que a chave para fazer um sensor de alta qualidade está em garantir que o plano equatorial da esfera, seu centro, está acima da superfície do chip.

Para entender a qualidade de suas esferas, O aluno de doutorado de Tadigadapa, Chenchen Zhang, e o recente doutorando Eugene Freeman trabalharam com Alexander Cocking, um estudante de doutorado no laboratório do especialista em laser da Penn State Zhiwen Liu, professor de engenharia elétrica.

"Nós fazemos as bolhas e depois as levamos ao laboratório do Dr. Liu para obter os níveis de ressonância e fazer as medições, "disse Zhang, autor principal em um artigo que descreve seu trabalho, que aparece hoje (2 de novembro) em Relatórios Científicos , um online, diário de acesso aberto. Este resultado terá um significado particular para a detecção biofísica lab-on-a-chip para detecção de doenças, Zhang disse. "Ou adicionando um revestimento de polímero no interior da bolha, você poderia fazer um sensor de umidade realmente sensível. "

Tadigadapa adicionado, "Existem algumas possibilidades realmente empolgantes. Acho que vai gerar um grande trabalho de acompanhamento."