I sensori optofluidici rappresentano una recente innovazione nel campo della sensoristica che unendo le caratteristiche uniche dei liquidi a quelle della microfluidica permette la realizzazione di dispositivi innovativi. In tale ambito ricadono ad esempio i sensori basati su guide liquide a getto recentemente realizzati all’IREA. Inoltre, i sensori optofluidici si prestano agevolmente ad una integrazione con altri dispositivi elettronici.
La realizzazione di sensori ottici integrati con circuiti microelettronici deputati all’elaborazione del segnale ed incorporati all’interno di micro-analizzatori offre notevoli vantaggi in termini di peso, dimensioni e costo. Essi possono essere, infatti, realizzati con costi notevolmente inferiori rispetto alle strumentazioni convenzionali, hanno un elevata portabilità, ed inoltre consentono di eseguire numerose analisi con una ridottissima quantità di sostanza con ulteriore riduzione dei costi in termini di reagenti e manutenzione.
L’attività di ricerca svolta è indirizzata allo sviluppo di dispositivi optofluidici, in cui i sistemi ottici vengono sintetizzati mediante l’uso di fluidi. Ciò consente in principio una completa integrazione tra componente ottica e componente microfluidica, che si traduce in una maggiore compattezza e stabilità del dispositivo e, grazie al confinamento della luce e del fluido nella stessa regione del dispositivo, alla realizzazione di sensori ad elevata efficienza. Tali dispositivi optofluidici sono stati realizzati utilizzando diversi materiali e tecnologie di fabbricazione. In particolare, sono stati sviluppati micro-dispositivi optofluidici in polimero e micro-dispositivi ibridi, questi ultimi ottenuti attraverso l’integrazione di componenti in silicio e materiali polimerici. I dispositivi optofluidici realizzati con materiali polimerici (quali ad esempio PMMA e PDMS) sono stati fabbricati impiegando tecniche di fabbricazione quali la litografia “soffice” e la microfresatura.
In questo contesto i ricercatori dell’IREA hanno sviluppato un approccio alternativo che consiste nell’utilizzare un diverso tipo di guide integrate, chiamate guide ottiche a riflessione antirisonante (ARROW), il cui principale vantaggio risiede nella possibilità di realizzare guide con indice di rifrazione del core più basso dei cladding circostanti.
Guide ARROW ibride (h-ARROW), fabbricate sostituendo allo strato antirisonante un sottile layer di PDMS, sono state progettate e caratterizzate e applicate con successo come elemento base per la realizzazione di piattaforme optofluidiche di tipo lab-on-a-chip per applicazioni biomedicali.
Le guide ARROW, secondo come sono progettate, possono essere usate sia direttamente come sensori d’indice di rifrazione sia come celle per aumentare l’interazione fra la luce e le sostanze, liquidi o gas, di cui è riempito il core. Infatti, esse consentono di confinare simultaneamente nel core della guida sia la luce sia la sostanza sotto analisi. Esse inoltre possono essere utilizzate come elemento base per la realizzazione di complessi sensori e dispositivi ottici integrati in cui la luce non si propaga in un solido bensì in un liquido. Quest’approccio ha consentito la realizzazione di:
- Sensori d’indice di rifrazione
- Accoppiatori direzionali optofluidici tunabili
- Filtri optofluidici tunabili
- Inteferometri Mach-Zhender optofluidici
- Risonatori optofluidici ad anello
- Dispositivo optofluidico integrato ibrido per misure di fluorescenza
