Sensor de índice de refracción basado en un resonador de microanillo de Si₃N₄ para muestras líquidas: Comparación de...

Área de la Ciencia:

• Fotónica y Microfluídica; Química Analítica; Biosensores

Sus antecedentes:

• La medición del índice de refracción (RI) es crucial para la detección de líquidos, pero los detectores comerciales tienen limitaciones en rango y velocidad.
• Los resonadores de microanillo (MRR) integrados con microfluídica ofrecen un rendimiento mejorado de detección de RI con bajo volumen de muestra y mayor rango dinámico.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y demostrar un detector de índice de refracción compacto y a escala de chip utilizando un resonador de microanillo (MRR) de nitruro de silicio (Si₃N₄) integrado en un sistema microfluídico.
• Comparar dos modalidades de interrogación para la detección de líquidos de flujo continuo: escaneo de longitud de onda de resonancia y sondeo de longitud de onda fija.
• Evaluar el rendimiento del dispositivo para mediciones en tiempo real bajo condiciones de flujo dinámico y su aplicabilidad en separaciones cromatográficas.

Principales métodos:

• Fabricación de un resonador de microanillo (MRR) de nitruro de silicio (Si₃N₄) integrado con un sistema microfluídico de bajo volumen.
• Comparación experimental de escaneo de longitud de onda de resonancia y sondeo de longitud de onda fija para interrogar el MRR.
• Evaluación comparativa del dispositivo con un detector de RI comercial utilizando soluciones de glucosa.
• Demostración de la capacidad del sensor para resolver picos transitorios de RI durante la separación isocrática de cuatro azúcares.

Principales resultados:

• El detector basado en MRR de Si₃N₄ logró una alta sensibilidad (113 nm/RIU) y un bajo límite de detección (sLOD de 2.3 × 10⁻⁶ RIU).
• El dispositivo demostró operación en tiempo real bajo condiciones de flujo dinámico, resolviendo con éxito picos transitorios de índice de refracción.
• Aplicación exitosa en una separación isocrática de cuatro azúcares, mostrando su utilidad en el análisis cromatográfico.

Conclusiones:

• Los MRR integrados de Si₃N₄ proporcionan una plataforma versátil y miniaturizada para la detección cuantitativa y de alta velocidad del índice de refracción en sistemas analíticos basados en flujo.
• El detector de RI a escala de chip desarrollado ofrece un rendimiento mejorado en comparación con alternativas comerciales, particularmente para condiciones de flujo dinámico.
• Esta tecnología tiene un potencial significativo para esquemas de detección avanzados y aplicaciones en ciencias de la separación y biosensores.