Limiti di rilevabilità e prospettive per l’optofluidica in LiNbO3 applicata all’environmental sensing

L’inquinamento ambientale causato dal rilascio di microplastiche (MP) è ampiamente documentato, con studi recenti che ne riportano la presenza non solo in una notevole varietà di ecosistemi, sia terrestri che acquatici, ma anche all’interno di alimenti comunemente consumati dall’uomo, inclusa l’acqua potabile. Diverse tecniche sono state proposte e sviluppate per la rilevazione di MPs, sebbene le metodologie utilizzate per la rilevazione di frammenti polimerici con dimensioni inferiori ai 10-20 micron (per esempio spettroscopia Raman e SEM imaging) richiedano tempi ingenti e la necessità di far fronte a costi e risorse non indifferenti. Considerando il livello di diffusione documentato delle MPs, soprattutto negli ecosistemi acquatici, e il loro potenziale danno alla salute di numerosi esseri viventi, si rende necessario lo sviluppo di metodi di rilevazione rapidi, accurati e a basso costo. In tale contesto, i dispositivi Lab-On-a-Chip che combinano microfluidica e ottica integrata permettono non solo un processo di analisi efficiente e preciso di campioni provenienti da ambienti acquatici, ma anche un elevato grado di portabilità, permettendo analisi direttamente sul campo. In particolare, la microfluidica droplet-based, che combina tecniche di produzione di emulsioni consolidate negli ultimi anni, consente la manipolazione di volumi di fluido tra i nL e i pL, riducendo la quantità di fluido necessaria e garantendo al tempo stesso la ridotta perturbazione di quest’ultimo. Nel presente lavoro, si utilizza un dispositivo Lab-On-a-Chip integrato in Niobato di Litio che impiega, sullo stesso substrato, una cross-junction per la generazione di gocce (stadio microfluidico) e un array di guide d’onda in configurazione a interferometro Mach-Zehnder (stadio ottico). Il dispositivo è utilizzato con lo scopo di verificare la rilevabilità di microsfere plastiche, di diversa taglia e a differenti concentrazioni, disperse in gocce di acqua pura, generate in una fase continua immiscibile (esadecano). Particolare attenzione è dedicata allo studio dei limiti di rilevabilità del device, sia in termini di dimensione che di concentrazione.