Sıvıların Kimyasal Bileşimini Tespit Eden Kimyasal Sensörlü Çip Üretildi

Minyatürize edilmiş lazer teknolojisi kullanılarak, Viyana Teknik Üniversitesi araştırmacıları tarafından oluşturulan sensör-çip sayesinde sıvıların kimyasal bileşimini tespit etmek mümkün. Bu çipler sıvılar ve gazlar için mükemmel bir uyumluluk göstermektedir. Bu tarz analizlerde, farklı moleküller tarafından farklı kızılötesi lazer ışınları soğurulmaktadır. Bu etki, örneğin, kandaki oksijen derişimini ölçmek için kullanılabilir. Viyana Teknik Üniversitesi araştırmacıları, bu tekniği minyatürize ederek, yeni bir sensör için uygulamayı başardılar.

Yapım aşamasında, özel dizaynlı ardışık kuantum lazerler ve ışık dedektörleri üretildi. Lazer ve dedektör arasındaki fark sadece 50 mikrometre olarak belirlendi. Sistem, altın ve silikon nitrürden yapılmış olan plazmonik frekans yönlendiricisi ile birbirine bağlandı. Bu yeni yaklaşım daha basit ve ucuz olan ve çok çeşitli uygulamalarda kullanılabilen küçük sensörlerin üretilmesine olanak sağlamış oldu.

Lazer ve Dedektör

Basit katı hal lazerleri, kırmızı yakut lazeri gibi, sadece tek bir maddeden oluşurlar. Diğer bir yandan, ardışık kuantum lazerleri farklı maddelerin optimize edilmiş katmanlarından oluşurlar. Bu şekilde, lazerin dalgaboyu gibi özellikler ayarlanabilmektedir. Bir katmana voltaj uygulandığı zaman; lazer, ışığı yansıtmaya başlar, fakat sistem diğer şekilde de çalışabilmektedir. Sistem ışığa maruz bırakıldığı zaman, bir elektrik sinyal oluşturulabilmektedir. Şu an geliştirilen bu metodla, lazer ve dedektör aynı zamanda, aynı çip üzerinde, lazer ve dedektörün dalgaboyları eşleşecek şekilde oluşturuldu. Viyana Teknik Üniversitesi’nden Benedikt Schwarz, “ İki parça da tek basamakta oluşturuldu, lazer ve dedektör ayarlanmak zorunda değillerdi. Her ikisi de mükemmel bir biçimde hizalanmıştı.” şeklinde konuştu.

Işığın Dedektöre Gönderilmesi

Alışılagelmiş sistemlerde, lazer ışığı dedektöre dikkatlice yerleştirilmiş lensler aracılığıyla gönderilmelidir. Alternatif olarak, optik fiberler kullanılabilir, fakat optik fiberler genellikle çevre ile etkileşimine olanak sağlamadan bütün ışığı iletirler ve böylece sensör olarak kullanılamazlar.

Viyana Teknik Üniversitesi tarafından oluşturulan bu yeni parçada, ardışık kuantum lazeri ve dedektörü arasındaki optik bağlantı çok daha farklı bir şekilde işliyor. Benedikt Schwarz, “Işık, elektronlarla metalin içinde, ışığın altın yüzeyde yönlendirilebileceği bir biçimde etkileşiyor.” şeklinde açıklama yaptı ve ekledi, “ Bu durum, ışığın lazer ve dedektör arasında moleküller tarafından neden emildiğini açıklıyor.”

Sensör çip, sıvının içine bırakılabilir. Saptanmış olan ışık yoğunluğu, ışığı emen moleküllerin bulunduğu ortamda giderek azalır. Bu azalma miktarı ölçülerek, sıvının bileşenleri tespit edilebilir. Bu sensör su ve alkol karışımıyla test edildi. Bu sensörler aracılığıyla, su konsantrasyonu %0.06 lık hata payıyla ölçülebilir. Dalgaboyu, katmanlı yapı dizaynının değiştirilmesinden etkilendiği için; bu sensörler bir çok farklı molekül için uygulanabilmekteler. Bu sensörler, karbonhidratlar ve proteinler için kullanılabildiği gibi; kimyasal, biyolojik ve ilaç sektöründe kullanılabilme potansiyeline de sahipler.