可用于快速医疗测试光学芯片的新型技术

　　新的制造工艺使得在实验室中把光学传感器件制作到芯片上更便宜也更方便。这些设备将实验室功能集成到塑料或玻璃的“芯片”上，这种芯片大小一般不超过几平方厘米，允许在医生的办公室进行某些自动化的测试，也可以使用便携式仪器进行各种化学或生物分析。

　　在今天，芯片实验室设备最常用的材料是硅树脂，即聚二甲基硅氧烷（PDMS）。由于其光学、机械和化学性能，这种低成本和易操作的材料可以在微观尺度进行制作。由于这些设备变得越来越普遍，其结构也越来越复杂，因此需要一个更便宜的方法，将所有的聚二甲基硅氧烷材料的光学元件，如波导等器件直接在芯片内接入光。

　　“我们新的方法是与实验室中的芯片平台相兼容的，集成光波导可以是基于光的诊断或监测应用的一个很好的工具，”国立墨西哥自治大学的Mathieu Hautefeuille说，他是该论文的共同作者。

　　在光学学会（OSA）的《光学材料快报》杂志上的论文中，研究人员描述了他们聚二甲基硅氧烷材料波导的简单和廉价的制作方法，并且这种波导可以很容易地集成到相同的材料中，制成的微器件。他们用他们的新方法来制造一个聚二甲基硅氧烷材料分束器，将激光输出分成两束。

　　“据我们所知，这是首次利用激光蚀刻技术用来制备微结构聚合物光波导，”Hautefeuille说。“这项研究表明，一个非常便宜的激光平台，在我们的研究中，CD / DVD单元的基础上，可以与高功率激光器等应用相竞争。”

　　研究人员说，他们的新的制造技术对于其他应用也可能是有用的，包括那些需要精密的微结构的器件，它可以用来蚀刻除了聚二甲基硅氧烷材料之外的高分子材料。

　　为了制作聚二甲基硅氧烷材料波导，研究人员开始创建一个模具。他们使用强烈聚焦激光束的CD / DVD刻录机，他们进行蚀刻一个干净的丙烯酸片。因为低功率激光源如CD和DVD刻录机的人通常不是由透明材料吸收，研究人员涂丙烯酸高吸水纳米碳。这创造了精确的区域上的强烈的热量，可用于在微尺度分辨率上进行蚀刻材料。

　　研究人员接下来通过仔细修改材料的混合和固化条件，创建具有两个不同折射率的聚二甲基硅氧烷材料。他们让具有同一折射率的聚二甲基硅氧烷材料进行填充，材料固化后，再放一层不同折射率的聚二甲基硅氧烷材料上面。经过另一个固化步骤，研究人员从模具中取出聚二甲基硅氧烷材料，翻转它，并添加另一层聚二甲基硅氧烷材料创建一个波导，即完全嵌入两块聚二甲基硅氧烷材料。

　　为了验证混合和固化配方用于控制聚二甲基硅氧烷材料的光学性质的重现性，研究人员多次测量了他们制造的聚二甲基硅氧烷材料层的折射率。他们还报告了利用更复杂的制造技术制造这种波导时的光损失情况。

　　“除了低成本，我们的技术实现了波导可以将光基础能力如干涉装置，在实验室设备制备的快速成型，”Hautefeuille说。“利用我们的方法，也可以制造长波导，这将是一个很大的优势，用于实现实验室芯片的设备。”

　　制作一种基于聚二甲基硅氧烷材料的分束器

　　使用新的方法，研究人员制作了一种8mm长，Y形分束器。除了证明分束器将激光束分离成两个输出臂外，研究人员还表示，通过改变光导纤维的位置和角度，可以在每个臂之间切换光。

　　研究人员现在正在努力证明，他们的方法可以用来制造更复杂的集成光学器件，如干涉仪，可以作为一个全聚二甲基硅氧烷材料平台的传感应用。

　　该团队的成功之处是，利用成熟的技术实现新的产品制作，同时显示，高精度并不总是需要昂贵尖端设备。“我们的研究表明，蚀刻的透明聚合物和塑料到微米级的分辨率并不总是需要昂贵复杂的短脉冲激光器的，”Hautefeuille说。“一个回收的CD / DVD单元的使用进一步表明，你可能能够拓展各种设备的使用，有些甚至是过时的。”