Si₃N₄ マイクロリング共振器ベースの屈折率センシングによる液体サンプル分析：波長走査と固定波長プローブの比較

科学分野:

• フォトニクスとマイクロ流体工学; 分析化学; バイオセンシング

背景:

• 屈折率（RI）測定は液体センシングに不可欠ですが、市販の検出器には範囲と速度の制限があります。; マイクロ流体と統合されたマイクロリング共振器（MRR）は、低サンプル量と動的範囲の増加により、RIセンシング性能を向上させます。

研究 の 目的:

• マイクロ流体システムに統合された窒化ケイ素（Si3N4）マイクロリング共振器（MRR）を使用した、コンパクトでチップスケールの屈折率検出器を開発および実証すること。; 流通式液体センシングのための2つのインターロゲーションモダリティ、すなわち共鳴波長走査と固定波長プローブを比較すること。; 動的な流れ条件下でのリアルタイム測定に対するデバイスの性能と、クロマトグラフィー分離におけるその適用性を評価すること。

主な方法:

• 低体積マイクロ流体システムと統合された窒化ケイ素（Si3N4）マイクロリング共振器（MRR）の製造。; MRRのインターロゲーションのための共鳴波長走査と固定波長プローブの実験的比較。; グルコース溶液を使用した市販のRI検出器に対するデバイスのベンチマーキング。; 4種類の糖のアイソクラティック分離中に一時的なRIピークを解決するセンサーの能力の実証。

主要な成果:

• Si3N4 MRRベースの検出器は、高感度（113 nm/RIU）と低検出限界（sLOD 2.3 × 10-6 RIU）を達成しました。; 動的な流れ条件下でのリアルタイム動作を実証し、一時的な屈折率ピークを正常に解決しました。; 4種類の糖のアイソクラティック分離への適用に成功し、クロマトグラフィー分析における有用性を示しました。

結論:

• 統合されたSi3N4 MRRは、フローベースの分析システムにおける定量的で高速な屈折率センシングのための汎用性と小型化されたプラットフォームを提供します。; 開発されたチップスケールRI検出器は、特に動的な流れ条件下において、市販の代替品と比較して強化された性能を提供します。; この技術は、分離科学およびバイオセンシングにおける高度なセンシングスキームおよびアプリケーションにおいて大きな可能性を秘めています。