Tunable Micro-Optofluidic Ring Resonator Arrays as Micro Gas Chromatograph Detectors

可调谐微光流控环形谐振器阵列作为微型气相色谱检测器

基本信息

项目摘要

The objective of this research is to develop arrays of nanoparticle-coated microfabricated opto-fluidic ring resonator sensors with unprecedented capabilities to discriminate among different volatile organic compounds, to use such an array as the detector in a gas chromatographic microsystem, and to demonstrate the quantitative analysis of targeted compounds in arbitrarily complex mixtures. The approach entails micromachining high-aspect-ratio resonators with wave confinement contours, demonstrating enhanced vapor discrimination by use of vapor-sorptive interface layers comprising thiolate-monolayer-protected gold nanoparticles, and integrating arrays of such micro-resonators into the microsystem.Intellectual Merit This research entails a new approach to vapor sensor array design, which will lead to the first microfabricated optofluidic ring resonator detectors made using scalable, precision microfabrication techniques. The proposed device structures promise inherently greater vapor sensitivity. Since vapor induced changes in refractive index will vary with the nanoparticle size, thiolate-ligand functionality, and probing wavelength, arrays of such devices promise response diversity inherently greater than that produced by current sensor arrays, which will enhance vapor discrimination.Broader ImpactsThe successful project will fill a need for small, inexpensive, turn-key instrumentation for the determination of multiple vapors at trace levels in complex mixtures, with direct application to the detection of disease biomarkers, explosives, and airborne toxicants. Dissemination of project results to representatives of technology-oriented companies and leading microsystem research centers throughout the world will be facilitated through extant affiliations of the investigators. This will promote the commercialization of the developed technologies and expand the scope of training provided to the students on the project.
这项研究的目的是开发纳米颗粒涂层微制造光流环谐振器传感器阵列,具有前所未有的能力来区分不同的挥发性有机化合物,使用这种阵列作为气相色谱微系统中的检测器,并演示任意复杂混合物中目标化合物的定量分析。 该方法需要对具有波限制轮廓的高纵横比谐振器进行微加工,通过使用包含硫醇盐单层保护的金纳米颗粒的蒸气吸附界面层来证明增强的蒸气辨别能力,并将此类微谐振器阵列集成到微系统中。 智力优点这项研究需要一种蒸气传感器阵列设计的新方法,它将 导致第一个使用可扩展的精密微加工技术制造的微加工光流控环形谐振器探测器。所提出的装置结构本质上保证了更高的蒸气灵敏度。 由于蒸气引起的折射率变化将随纳米颗粒尺寸、硫醇配体功能和探测波长而变化,因此此类设备的阵列本质上保证了比当前传感器阵列产生的响应多样性更大的响应多样性,这将增强蒸气辨别力。更广泛的影响这个成功的项目将满足对小型、廉价、交钥匙仪器的需求,用于测定复杂环境中痕量水平的多种蒸气。 混合物,直接应用于疾病生物标志物、爆炸物和空气传播毒物的检测。 通过现有的研究人员关系,将有助于向世界各地的技术型公司和领先微系统研究中心的代表传播项目结果。 这将促进所开发技术的商业化,并扩大为该项目学生提供的培训范围。

项目成果

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