Esperimenti

Sensori a risonanza plasmonica di superficie basati su cavità ottiche

I sensori a risonanza plasmonica di superficie (SPR) sono ormai uno strumento consolidato per l’analisi chimica e biologica. Nei sensori convenzionali, la lettura del segnale è comunemente basata su tecniche spettroscopiche e interferometriche, oppure su una misura diretta di potenza ottica. Anche nel sensore più performante, miglioramenti oltre il limite di risoluzione di 10 ^-7 unità di indice di rifrazione (RIU) non sembrano essere possibili con queste tecniche di lettura. Abbiamo proposto un nuovo approccio in cui un chip SPR serve come uno specchio a riflettività variabile in un risonatore ottico. In questo sistema, ogni variazione di indice di rifrazione (RI) cambia la quantità di luce accoppiata al SPR e quindi la finezza del risonatore. Una variazione di RI sulla superficie del chip può dunque essere rilevata misurando il tempo di vita medio dei fotoni in cavità. Tale misura è insensibile alle fluttuazioni di ampiezza della sorgente luminosa. Una prima prova sperimentale ha indicato una risoluzione RI di 10 ^-5 RIU. Con un estrapolazione ad una banda di 1 Hz, una risoluzione di 10 ^-7 è raggiungibile.
Inoltre, abbiamo studiato le prestazioni di un sensore di RI basata su uno schema di rilevamento sensibile alla polarizzazione: qui la SPR transduce variazioni di indice di rifrazione in variazioni della birifrangenza della cavità. Eccitando due modi della cavità a polarizzazione ortogonale, il segnale SPR può essere letto come una frequenza di battimento che varia con la birifrangenza. Il sensore SPR è trasformato quindi in una microbilancia RF ottica. Un’analisi teorica preliminare mostra che una risoluzione del 10 ^-8 -10 ^-9 RIU è realizzabile su tempi di osservazione di 1-30 s. Attualmente sono in corso misure di test delle prestazioni per rivelazione di biomolecole.

Schema della cavità SPR