Pela primeira vez, pesquisadores fabricaram estruturas de guia de luz conhecidas como guias de onda com pouco mais de um mícron de largura em um silicone transparente comumente usado para aplicações biomédicas. O minúsculo, guias de ondas flexíveis podem ser usados ​​para fazer dispositivos baseados em luz, como sensores biomédicos e endoscópios, que são menores e mais complexos do que atualmente é possível.

"Para o melhor de nosso conhecimento, estes são os menores guias de ondas ópticas já criados em polidimetilsiloxano, ou PDMS, "disse o membro da equipe de pesquisa Ye Pu, da École Fédérale de Lausanne, na Suíça." Nossos guias de onda flexíveis podem ser integrados em sistemas microfluídicos lab-on-a-chip para eliminar a ótica externa volumosa necessária para realizar exames de sangue, por exemplo. Eles também podem fornecer luz para dispositivos vestíveis, como uma camisa com uma tela. "

Conforme relatado no jornal Optical Materials Express , os novos guias de ondas ópticas não são apenas mais finos do que um pedaço de poeira, eles também exibem uma perda de luz muito baixa quando usados ​​com certos comprimentos de onda de luz. Um sinal baseado em luz pode viajar através dos novos guias de ondas por 10 centímetros ou mais antes que ocorra uma degradação inaceitável do sinal.

Criando estruturas com luz

Os pesquisadores criaram os novos guias de onda otimizando a escrita direta do laser, uma abordagem de microfabricação que cria estruturas 3-D detalhadas polimerizando um produto químico sensível à luz com um laser focalizado precisamente posicionado. A polimerização converte moléculas relativamente pequenas chamadas monômeros em grandes, polímeros em cadeia.

A nova abordagem não requer um fotoiniciador, que normalmente é usado para absorver com eficiência a luz do laser e convertê-la em energia química que inicia a polimerização. "Por não usar um fotoiniciador, simplificamos o processo de fabricação e também aprimoramos a compatibilidade do dispositivo final com o tecido vivo, "Pu disse." Esta biocompatibilidade melhorada pode permitir que a abordagem seja usada para fazer sensores e dispositivos implantáveis. "

Os novos guias de ondas flexíveis também podem servir como blocos de construção para placas de circuito impresso fotônico que usam sinais ópticos de alta velocidade em vez de links elétricos para transmitir dados em computadores e outros dispositivos eletrônicos.

Confinando a luz

Para obter um pequeno guia de onda óptico que confina a luz de forma eficiente, deve haver uma grande diferença entre o índice de refração do material que compõe os guias de onda e o PDMS circundante. Os pesquisadores usaram fenilacetileno para os guias de onda porque, em comparação com os materiais tradicionalmente usados, tem um índice de refração mais alto uma vez polimerizado. Como um benefício adicional, ele também pode ser facilmente carregado no PDMS simplesmente mergulhando o PDMS em fenilacetileno líquido.

Depois de embeber o PDMS em fenilacetileno, os pesquisadores usaram pulsos de laser ultrarrápidos focalizados para induzir um fenômeno óptico conhecido como absorção multifotônica, no qual vários fótons são absorvidos de uma vez. A escrita direta do laser multifotônico produz estruturas muito mais finas do que os processos de um fóton porque o volume de polimerização em cada ponto de escrita é muito menor. O uso de gravação direta de laser multifotônico também permitiu aos pesquisadores iniciar diretamente a polimerização do fenilacetileno sem um fotoiniciador. Eles então evaporaram qualquer fenilacetileno não polimerizado por aquecimento do PDMS.

Os pesquisadores mostraram que esta nova abordagem poderia fazer guias de ondas flexíveis em PDMS com apenas 1,3 mícron de largura. Para a banda espectral de 650 a 700 nanômetros, apenas 0,07 por cento da luz transmitida através dos guias de ondas é perdida a cada centímetro. Otimizar a configuração provavelmente permitiria a fabricação de guias de ondas menores que 1 mícron, de acordo com os pesquisadores.

Um endoscópio flexível

Os pesquisadores agora estão trabalhando para melhorar o rendimento do processo de fabricação, desenvolvendo um sistema de controle que ajudaria a evitar danos materiais durante a gravação a laser. Eles também planejam criar uma série de guias de onda estreitos em PDMS que podem ser usados ​​para construir um endoscópio muito flexível com um diâmetro de menos de um milímetro.

"Tão pequeno, endoscópio mecanicamente flexível permitiria uma série de locais difíceis de alcançar no corpo a serem fotografados para diagnóstico na clínica, ou para monitoramento em uma cirurgia minimamente invasiva, "disse Pu.