Sensore opto-microfluidico di indice di rifrazione

Con opto-microfluidica intendiamo lo studio e la manipolazione di quantità di fluido su scala micrometrica in cui vengono integrati componenti ottici nei circuiti microfluidici in un unico setup sperimentale molto compatto: questa tecnologia permette di realizzare dispositivi miniaturizzati chiamati Lab-On- a-Chip (LOC), capaci di realizzare diverse operazioni e analisi in molteplici campi. Nella maggioranza dei casi l’integrazione di “ottica” con “microfluidica” è effettuata utilizzando sistemi ottici massivi, quali microscopi, eventualmente accoppiando la luce mediante fibre ottiche. Gli stadi multifunzionali che si ottengono richiedono perciò strumentazione il cui uso necessita esperienza e non è facilmente trasportabile. Per questo motivo, sono stati fatti enormi sforzi per realizzare dispositivi multifunzionali portabili, che potessero quindi coniugare le prestazioni delle indagini ottiche, anche per immagine, con la microfluidica ma in una piattaforma dell’ordine di non più di qualche decina di centimetro di lato. Nella maggioranza dei casi il circuito microfluidico è realizzato in materiali polimerici come PPMA e PDMS, meno frequentemente in vetro. In questi casi il costo di produzione è molto limitato ma la durata e la performance non è stabile nel tempo e spesso è addirittura focalizzata ad un impiego usa e getta. Il progetto di ricerca in cui si inserisce il presente lavoro di tesi si colloca nel contesto di fornire uno sensore opto-fluidico multifunzionale ma monolitamente integrato in un unico substrato, le cui performance siano stabili nel tempo, riproducibili e ripetibili. Il presente lavoro di tesi si è focalizzato allo studio di fattibilità di realizzare un sensore opto-fluidico di nuova generazione capace di distinguere fluidi diversi in base all’indice di rifrazione. Tale sensore consiste in una piattaforma opto-microfluidica totalmente integrata in niobato di litio in cui la luce è confinata in un array di guide di luce che illuminano i canali microfluidici in una geometria non convenzionale, in quanto non ortogonale al bordo del canale stesso. E’ noto che la luce risente del fenomeni della rifrazione quando attraversa mezzi di indice di rifrazione: dallo studio dell’intensità della luce trasmessa attraversa il fluido è quindi possibile discernere l’indice di rifrazione del fluido stesso purché tutti gli altri parametri, anche geometrici, siano noti e stabili nel tempo. La tipica configurazione già studiata ed ottimizzata dal gruppo di fisica di materia sperimentale presso UNIPD è quella in cui la guida di luce che illumina il fluido (guida di luce di input) ha di fronte, autoallineata, una seconda guida (detta di output) che raccoglie la luce trasmessa in modo collineare. In tal modo si effettua una misura diretta della trasmittanza, sensibile alle proprietà del fluido attraversato. La piattaforma qui proposta riguarda varie funzioni di sensing per applicazioni biologiche, mediche e di analisi chimico-fisica rispettivamente sebbene qui si sia limitata l’attenzione al solo indice di rifrazione. Lo studio di fattibilità condotto ha permesso di dimostrare che tale configurazione è idonea alla rilevazione dell’indice di rifrazione, in modo stabile nel tempo e altamente riproducibile. In particolare, permette di rilevare variazioni di indice di rifrazione dell’ordine di 1/100, ulteriormente migliorabili ottimizzando in futuro la geometria.