Miniaturisation of label free surface analytics by Whispering Gallery Modes

Abstract

Zusammenfassung Es wird ein neues Instrument für labelfreie Messungen auf der Basis von optischen Low Q-Whispering Gallery Modes vorgestellt, bei der mit miniaturisierten Sensorbeads verschiedene Anwendungsfelder adressiert werden. Als Sensoren dienen fluoreszente sphärische Beads mit Durchmessern von 7–12 Mikrometern, die unabhängig vom Meßgerät in kleinsten Räumen eingesetzt werden können und mit Analytmengen im Femtogrammbereich auskommen. Die sphärischen Beads mit einer sehr glatten Oberfläche und hohem Brechungsindex dienen als Resonatoren für zirkulare Lichtwellen. Für die Messung wird der Fluoreszenzfarbstoff in den Sensoren mit einem Laser angeregt. Ein Teil der Fluoreszenz wird an der Partikeloberfläche total ins Partikel zurück reflektiert, so dass sich zirkulierende Wellen bilden, die bis zu 10,000 Mal umlaufen. Ihre Resonanzfrequenz hängt empfindlich vom Partikeldurchmesser und der Brechungsindexdifferenz zwischen Partikel und Medium ab. Bei Adsorbtion von Molekülen verschiebt sich die Resonanzfrequenz, da sich beide Parameter ändern. Für die Messung dieser Verschiebung wurde ein kompaktes Gerät mit Anregungslaser, hochauflösendem Spektrometer, CCD-Zeile, XYZ -Stage, Mikroskop, Kamera, Gerätesteuerung und Auswertesoftware entwickelt. Es werden einige Anwendungsbeispiele in der Biosensorik, der Layer-by-Layer Beschichtung, der Wirkstofffreisetzung und der Lösungsmittelsensorik präsentiert, die das breite Potential und Vorteile gegenüber auf dem Markt befindlicher, alternativer Meßmethoden demonstrieren.