ES2552709B1 - Sistema modular de análisis de haces de luz - Google Patents
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Abstract
Sistema modular de análisis de haces de luz que comprende una pluralidad de piezas que se ensamblan y se pueden intercambiar indistintamente entre sí mediante machihembrado y cada pieza comprende un material substrato y comprende al menos un elemento micro-óptico o fotónico. Adicionalmente las piezas pueden comprender elementos microfluídicos.
Description
SISTEMA MODULAR DE ANALISIS DE HACES DE LUZ
D E S C R I P C I ON
5 OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se puede incluir en el campo tecnico de los sistemas de analisis de haces de luz.
10 ANTECEDENTES DE LA INVENCION
En la actualidad existen dos tecnicas principales para la obtencion de dispositivos y sistemas de analisis de haces de luz de una manera generica, que son la tecnica monolrtica y la tecnica heterogenea.
15
La tecnica monolrtica parte de un sustrato unico (ya sea vidrio, silicio, etc.) y se realizan todos los pasos tecnologicos sobre ese sustrato conformando asi el sistema final. Las principales ventajas son que el sistema que se obtiene esta inherentemente alineado y que la probabilidad de error y defectos es muy baja. La desventaja de esta tecnica esta 20 en que los sistemas que se pueden obtener estan limitados a tecnologias compatibles con dicho sustrato.
La tecnica heterogenea se basa en el acople o combination de sustratos tecnologicamente incompatibles a fin de obtener un sistema que proporciona las ventajas 25 de ambos. Las desventajas son los errores de alineamiento y el aumento de la complejidad del sistema.
En ambos metodos descritos existe el riesgo de fallo, tanto de manera inicial (error de fabrication) como despues de un cierto tiempo de uso (error de funcionamiento). Para 30 resolver ese problema se han desarrollado los sistemas modulares.
En el campo de los sistemas fluidicos se conocen sistemas modulares de analisis basados en tecnologia de silicio acoplados en vertical y alineados mediante agujeros
pasantes y tornillos. Tambien se conocen sistemas que se obtienen mediante una combination vertical de dos chips comerciales (como por ejemplo un sistema de reaction en cascada de polimerasa con un chip de electroforesis capilar) mediante una junta torica de hidroxietilcelulosa definida litograficamente. Estos sistemas presentan problemas de 5 alineamiento.
Asimismo se conocen del estado de la tecnica sistemas flwdicos compuestos por unas estructuras almenadas en silicio positivas y negativas que permiten el alineamiento vertical de sistemas microfluidicos, como las descritas en C. Gonzalez et al. Sens. Act. 10 B, 49, 40-45, 1998. El problema es que no se permite ni su fijacion ni su estanqueidad y es necesario emplear juntas toricas fabricadas en silicona foto-estructurable y una posterior soldadura entre las partes del dispositivo. El problema asociado a esta estrategia es la imposibilidad de reemplazar las posibles piezas danadas. Para solucionar dicho problema se conoce una tecnologia que permite una soldadura reversible y una 15 desoldadura (mediante un bano de diclorometano). Ademas se conoce el empleo de materiales polimericos.
Asimismo se conocen sistemas fluidicos con configuraciones horizontales en los que se emplea el polimero polidimetilsiloxano para las piezas pasivas y una placa de base hibrida 20 realizada en silicio/PDMS. Otro tipo de sistema tambien conocido emplea piezas simples de PDMS unidas mediante tubos externos pero esta configuration tiene como desventaja que conlleva un volumen muerto excesivamente elevado.
Un sistema mejorado comprende piezas fabricadas individualmente mediante litografia 25 estereo pero cada pieza tiene un elevado coste por lo que no es viable su reemplazo en un numero elevado de ocasiones.
Posteriormente se desarrollo un sistema con tubos de teflon para la microfluidica, y piezas de aluminio para sujetar los elementos necesarios para hacer la lectura optica desde el 30 exterior del sistema. Los elementos necesarios para la lectura estan definidos fuera del sistema.
Asimismo se conoce un sistema modular modificable, descrito en la publication P.K. Yuen Lab chip, 8, 1374-1378, 2008, en el cual se presentan once piezas entre las que hay cinco piezas con un tipo de anclaje, cinco piezas iguales (desde el punto de vista fltidico) pero con el anclaje inverso, y un reactor. El problema que surge con esta 5 tecnologia es que el sistema tiene fugas por un desacople entre los elementos que puede ser incluso superior a 10 micras.
Por otra parte los sistema micro-opticos no requieren de estanqueidad y de reduction de volumenes muertos sino de minimization de desalineamiento entre las diferentes piezas 10 del modular asi como de una alta calidad de las paredes laterales (para el guiado de la luz en su interior) y de las paredes frontales (para el acoplo pieza a pieza).
Se conocen unos sistemas micro-opticos modulares, como el descrito en J.A. Mohr, Jour Light. Tech, 21(3), 643-647, 2003, que comprenden dos modulos que son una 15 placa base optica donde se fijan los elementos opticos (como por ejemplo lentes y espejos) y una placa electro-optica donde se situan los elementos opticamente activos. Un inconveniente es que no se permiten el anclaje y alineamiento en direction vertical.
No se conoce en la actualidad ningun sistema modular optico u optofltidico de analisis de 20 haces de luz capaz de ser disenado in situ segun los requerimientos espedficos del usuario.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
25 La presente invention propone un sistema modular de analisis de haces de luz que es optico u optofltidico. El ensamblaje de las piezas que lo componen se realiza mediante unos elementos autoencastrables identicos que llevan todas las piezas. El ensamblaje es reversible y de facil utilization, incluso para usuarios esporadicos. Dicha configuration proporciona al sistema modular una versatilidad extremadamente 30 alta ya que permite una combination casi infinita de piezas (repetidas o diferentes). Con el sistema modular de la presente invencion no existe un orden preferente de posicionamiento de las piezas, ni un sistema de ensamblaje que involucre imanes o
piezas de alineamiento irreversible (como podrian ser pegamentos o estructuras fotocurables). Los elementos autoencastrables son unos salientes y unos entrantes que permiten ensamblar las piezas por machihembrado. Tiene un bajo coste y puede ser ensamblado in situ de acuerdo con los requerimientos espedficos de cada 5 usuario, de cada analisis o de cada situation sin necesidad de soporte o sistema de alineamiento adicional.
Se trata de un sistema que puede ser optico u optofltidico. Cada pieza comprende un material substrato, comprende al menos un elemento micro-optico o fotonico y puede 10 contener al menos un elemento microfltidico (en el caso de no contener ningun elemento fltidico, los sistemas son opticos, en caso contrario, son optofltidicos). El sistema de analisis de haces de luz se conforma combinando piezas entre si de una pluralidad de piezas que se describen a continuacion. En funcion de sus necesidades cada usuario puede intercambiarlas entre si, colocar una o varias piezas de cada tipo, etc.
15
Como se ha comentado anteriormente, del estado de la tecnica se conocen tecnologias para fabrication de piezas de sistemas de analisis de haces de luz que se basan en mecanizado (milling), es decir, en el empleo de una broca para eliminar el material que no interesa del material sustrato y fabricar asi los canales y elementos 20 necesarios para el sistema en cada caso. Esta tecnica no es valida para la fabricacion de elementos fotonicos de calidad, ya que generalmente su rugosidad es superior a la longitud de onda de trabajo.
Asimismo se conocen sistemas basados en elementos comerciales sobre los que se 25 hacen cambios empleando fibras opticas para acoplar y desacoplar la luz. Los elementos opticos que forman parte de estos sistemas son actuables mediante potenciales y que permiten modificar su configuration para acceder al canal optico de salida deseado. Estas configuraciones no son intercambiables, tienen un orden pre- establecido y su precio es significativo.
Por el contrario el sistema de la presente invention se basa en integration monolrtica en chip. Una ventaja muy importante de la presente invencion es que si se puede controlar la propagation de la luz en el interior de la pieza. Ademas las piezas del
sistema tienen emisores, filtros, gwas de onda, etc. En todas ellas la luz esta confinada en el interior de la pieza y hay elementos micro-opticos o fotonicos para optimizar el recorrido de la luz.
5 Otra diferencia importante respecto a los sistemas del estado de la tecnica es que en el sistema de la presente invention hay elementos de guiado optico y que la detection del haz de luz se realiza dentro de las piezas. Asimismo las piezas del sistema propuesto son completamente intercambiables, ya que sus elementos de autoencastrado son identicos entre si, su fabrication no requiere de sistemas 10 complejos y su utilization puede ser realizada incluso por usuarios esporadicos, ya que la implementacion de los sistemas se basa en machihembrado.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
15 Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
20
Figura 1a.- Muestra una vista de la primera pieza fotonica.
Figura 1b.- Muestra una vista de la segunda pieza fotonica.
25 Figura 1c.- Muestra una vista de la tercera pieza fotonica.
Figura 1d.- Muestra una vista de la cuarta pieza fotonica.
Figura 1e.- Muestra una vista de la quinta pieza fotonica.
30
Figura 1f.- Muestra una vista de la sexta pieza fotonica.
Figura 1g.- Muestra una vista de la primera pieza optofluidica.
Figura 1h.- Muestra una vista de la segunda pieza optoflwdica.
Figura 1i.- Muestra una vista de la tercera pieza optoflwdica.
5 Figura 1j.- Muestra una vista de la cuarta pieza optoflwdica.
Figura 1k.- Muestra una vista de la quinta pieza optoflwdica.
Figura 1l.- Muestra una vista de la primera pieza flwdica.
10
Figura 1m.- Muestra una vista de la segunda pieza flwdica.
Figura 2.- Muestra una vista de un primer ejemplo de configuracion del sistema modular.
15 Figura 3.- Muestra una vista de un segundo ejemplo de configuracion del sistema modular.
Figura 4a.- Muestra una vista un tercer ejemplo de configuracion del sistema modular empleando solo piezas fotonicas.
20
Figura 4b.- Muestra una vista de un cuarto ejemplo de configuracion del sistema modular empleando tambien piezas opticas.
Figura 5.- Muestra una vista de un cuarto ejemplo de configuracion del sistema modular.
25
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
A continuation se presenta, con ayuda de las figuras 1 a 5, unas realizaciones preferentes de la invencion.
La presente invention propone un sistema modular de analisis de haces de luz que comprende una pluralidad de piezas que se ensamblan y se pueden intercambiar indistintamente entre si mediante machihembrado. Cada pieza comprende unos
elementos de union (1) que permiten su union con otras piezas adyacentes que comprenden elementos de union (1) complementarios. Es dedr, en una de las piezas puede haber un elemento de union macho (1.1) (como por ejemplo un saliente) y en otra pieza adyacente a la que se une hay un elemento de union hembra (1.2) (como por 5 ejemplo un entrante) destinado a recibir al elemento de union macho (1.1) de la otra pieza.
Se trata de un sistema que puede ser optico u optoflddico. Cada pieza comprende un material substrato, comprende al menos un elemento micro-optico o fotonico y 10 adicionalmente dichas piezas pueden contener al menos un elemento microflddico (en el caso de no contener ningun elemento flddico, los sistemas son opticos, en caso contrario, son optoflddicos). Las piezas de las que esta compuesto el sistema se pueden seleccionar entre las mostradas en las figuras 1a-1m.
15 Las piezas que conforman el sistema se seleccionan entre las siguientes:
- una primera pieza fotonica (2) que comprende un al menos un elemento de confinamiento (3) de luz,
-una segunda pieza fotonica (4) que comprende al menos dos elementos de confinamiento de luz (5, 6) y una estructura hueca (7) dispuesta entre ellos y destinada a 20 acoger una sustancia absorbente Kquida, solida o gaseosa que absorbe longitudes de onda espedficas, y dicha estructura hueca (7) esta dispuesta entre los elementos de confinamiento de luz (5, 6) tal que el haz de luz que pasa por uno de los elementos de confinamiento (5) interacciona con la sustancia absorbente dispuesta en la estructura hueca (7) y el haz de luz emergente es recogido en otro elemento de confinamiento (6),
25 -una tercera pieza fotonica (8) que comprende al menos un elemento de
confinamiento de luz (9), una estructura hueca (10) destinada a acoger una sustancia emisora Kquida, solida o gaseosa, y una pluralidad de espejos (11) situados alrededor de la misma destinados a redirigir la emision hacia el elemento de confinamiento de luz (9), -una cuarta pieza fotonica (12) que comprende un canal (13) que permite el auto- 30 alineamiento y fijacion de al menos una fibra optica, y comprende al menos un elemento de confinamiento de luz (14),
-una quinta pieza fotonica (15) que comprende al menos un elemento de confinamiento de luz (16), al menos un divisor de haz (17) y al menos unelemento de
confinamiento de luz (18) con una configuration nxm siendo n el numero de canales opticos de entrada y m el numero de canales opticos de salida,
-una sexta pieza fotonica (19) que consiste en al menos un elemento de confinamiento de luz (20), una pluralidad de espejos (21) para redireccionar el haz de luz 5 que circula por los elementos de confinamiento de luz (20), un cruce de los elementos de confinamiento, formando un cierto angulo entre si, un segundo conjunto de espejos (22) destinados a encauzar de nuevo el haz de luz y al menos un elemento de confinamiento de luz de salida (23)
-una primera pieza de optofluidica (24) que comprende un canal microfluidico (25) 10 destinado al paso de un fluido, y al menos un elemento de confinamiento (26) con un eje optico comun destinadas a analizar opticamente el fluido que circula por el interior del canal microfluidico (25),
-una segunda pieza de optofluidica (27) que es de tipo cruce en "X” con una pluralidad de elementos de confinamiento (28) formando un cierto angulo entre ellas y un 15 canal microfluidico (29), y una pluralidad de espejos alrededor de la intersection entre los elementos de confinamiento (28) y el canal microfluidico (29),
-una tercera pieza de optofluidica (30) que comprende una pluralidad de elementos de confinamiento (31) dispuestas formando un cierto angulo entre ellos y comprende al menos un sistema microfluidico, el cual incluye una section central de 20 retention de particulas (32), unos filtros (33) fisicos destinados a permitir el paso de particulas de un cierto tamano y una seccion exterior microfluidica (34), y una pluralidad de espejos destinados a bloquear opticamente la zona microfluidica de cualquier otro haz de luz proveniente de un punto exterior a la zona microfluidica alrededor de la interseccion entre los ejes opticos formados por los elementos de confinamiento,
25 -una cuarta pieza de optofluidica (35) que comprende al menos un canal
microfluidico (36) en forma de zig-zag, dos elementos de confinamiento del haz optico, que son uno de entrada y otro de salida, y comprende una pluralidad de espejos (39) a ambos lados del canal microfluidico (36),
-una quinta pieza optofluidica (40) que comprende al menos un elemento de 30 confinamiento destinada al paso de un haz de luz (41) y que esta acoplada a al menos un canal fluidico (42),
-una primera pieza fluidica (46) que comprende canales fluidicos autosellables (47) destinados a permitir una conexion con un elemento exterior,
-una segunda pieza flddica (48) que comprende al menos un canal microflddico de entrada (49) y al menos un canal microflddico de salida (50).
En un ejemplo preferente de invention, las piezas del sistema son las que se muestran 5 en las figuras 1a-1m y estan seleccionadas entre las siguientes:
-una primera pieza fotonica (2) que comprende un elemento de confinamiento (3) de un haz optico, mostrada en la figura 1a;
-una segunda pieza fotonica (4) que comprende dos elementos de confinamiento de luz (4, 6) y una estructura hueca (7) dispuesta entre ellos y destinada a acoger una 10 sustancia absorbente Kquida, solida o gaseosa que absorbe longitudes de onda espedficas, y dicha estructura hueca (7) esta dispuesta entre los dos elementos de confinamiento de luz (5, 6) tal que el haz de luz que pasa por uno de los elementos de confinamiento (5) interacciona con la sustancia absorbente dispuesta en la estructura hueca (7) y el haz de luz emergente es recogido en el otro elemento de confinamiento (6), 15 mostrada en la figura 1b;
-una tercera pieza fotonica (8) que comprende un elemento de confinamiento de un haz optico (9), una estructura hueca (10) destinada a acoger una sustancia emisora liquida, solida o gaseosa, y una pluralidad de espejos (11) situados alrededor de la misma destinados a redirigir la emision hacia la gtia de ondas, mostrada en la figura 1c;
20 -una cuarta pieza fotonica (12) que comprende un canal que permite el auto-
alineamiento y fijacion de al menos una fibra optica (12), y comprende un elemento de confinamiento de un haz optico (13), mostrada en la figura 1d;
-una quinta pieza fotonica (15) que comprende un elemento de confinamiento del haz optico (13), un divisor de haz (17) y dos elementos de confinamiento del haz optico 25 de salida (18), formando una configuration 1x2, mostrada en la figura 1e;
-una sexta pieza fotonica (19) que consiste en dos elementos de confinamiento de dos haces opticos de entrada, un primer par de espejos (21) para redireccionar el haz de luz que circula por los elementos de confinamiento (20), un cruce de los elementos de confinamiento con un cierto angulo entre si, un segundo par de espejos (22) destinados a 30 encauzar de nuevo el haz de luz y dos elementos de confinamiento de dos haces opticos de salida mostrada en la figura 1f;
-una primera pieza de optofltidica (24) que comprende un canal microfltidico (25) destinado al paso de un fluido, y dos elementos de confinamiento (26) con un eje optico
comun destinados a analizar opticamente el fluido que circula por el interior del canal microflwdico (25), mostrada en la figura 1g;
-una segunda pieza de optoflwdica (27) que es de tipo cruce en "X” con cuatro elementos de confinamiento de luz (28) formando un cierto angulo entre ellos y un canal 5 microfluidico (29), mostrada en la figura 1h;
-una tercera pieza de optofluidica (30) que comprende cuatro elementos de confinamiento (31) dispuestas formando un cierto angulo entre ellos y comprende un sistema microfluidico, el cual incluye una seccion central de retention de particulas (32), unos filtros (33) fisicos destinados a permitir el paso de particulas de un cierto tamano, 10 una seccion exterior microfluidica (34) destinada a permitir la interconexion con otras piezas adyacentes, y unos espejos que estan dispuestos radialmente alrededor del sistema microfluidico para bloquear la zona microfluidica de cualquier otro haz de luz proveniente de un punto exterior a ella, mostrada en la figura 1i;
-una cuarta pieza de optofluidica (35) que comprende un canal microfluidico (36) 15 en forma de zig-zag, dos elementos de confinamiento de haces opticos (uno de entrada y otro de salida) de entrada, y comprende una pluralidad de espejos (39) a ambos lados del canal microfluidico (36), mostrada en la figura 1j;
-una quinta pieza optofluidica (40) que comprende un elemento de confinamiento destinada al paso de un haz de luz (41) y que esta acoplada a un canal fluidico (42), 20 mostrada en la figura 1 k;
-una primera pieza fluidica (46) que comprende canales fluidicos autosellables (47) destinados a permitir una conexion con un elemento exterior, mostrada en la figura 1m;
-una segunda pieza fluidica (48) que comprende un canal microfluidico de 25 entrada (49) y al menos dos canales microfluidicos de salida (50).
En la segunda pieza de optofluidica (27) unos espejos situados radialmente bloquean la zona microfluidica de cualquier otro haz de luz proveniente de un punto exterior a la zona microfluidica (29).
Preferentemente el elemento de confinamiento de la primera pieza fotonica, de la segunda pieza fotonica, de la tercera pieza fotonica, de la sexta pieza fotonica y de la quinta pieza optofluidica esta conformado por guias de onda. En la cuarta pieza
fotonica el elemento de confinamiento son microlentes, y en la quinta pieza fotonica, la segunda pieza optoflwdica, la tercera pieza optoflwdica y la cuarta pieza optoflwdica, los elementos de confinamiento son combinacion de gwas de onda y de lentes.
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Preferentemente el tamano de las piezas es del orden de 1 o 2 cm. Respecto a los tamanos de algunos de los elementos de las piezas, las microlentes tienen un tamano del orden de micrometros y las guias de onda tambien. En un ejemplo de realization las microlentes tienen un diametro de 300 um y las guias de onda tienen unas dimensiones 10 de 300um de ancho por 250 um de alto.
En una realizacion de la invention el elemento de confinamiento de luz (6) que recoge el haz de luz emergente de la estructura hueca (7) en la segunda pieza fotonica (4) (mostrada en la figura 1b) tiene una geometria variable destinada a aumentar la 15 eficiencia de la recoleccion. El elementos de confinamiento de luz (6) de salida tiene forma de embudo de angulo constante de salida pero este embudo podria ser, por ejemplo, parabolico, o con cualquier otro tipo de geometria que permita reducir las perdidas (esto es lo que se ha denominado geometria variable del elemento de confinamiento de luz (6)).
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En otra realizacion de la invencion en la tercera pieza fotonica (8), la segunda pieza de optofluidica, la tercera pieza de optofluidica, la cuarta pieza de optofluidica, los espejos, mostrados en la figura 1c, son espejos de reflexion de Fresnel o son espejos de reflexion total interna, pero podria ser otra geometria o estructura reflectora.
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En la cuarta pieza fotonica (12) el elemento de confinamiento del haz optico (14) pueden ser unas microlentes o una guia de onda. Respecto a los elementos de confinamiento del haz optico de la quinta pieza fotonica (15), estos pueden ser lentes o espejos. Tambien los elementos de confinamiento y modification del haz optico de 30 la sexta pieza fotonica (19) son lentes.
En la primera pieza fluidica (46) los canales autosellables (47) estan destinados a la conexion de la pieza con un tubo de entrada o con una punta de jeringuilla tipo Luer,
aunque la geometria podria aplicarse para otros tipos de puntas.
En un ejemplo de realization de la invention el sistema puede incluir tambien primeras piezas flwdicas (46) con dispositivos pasivos internos de control de la 5 presion (51) del fluido que circula por los canales autosellables (47). Este control se realiza mediante la creation de una burbuja de aire u otro material compresible, como se muestra en la figura 1o.
En un ejemplo de realizacion de la invencion se implementan dos construcciones, 10 que se muestran las figuras 2 y 3, y en las que la primera se basa en la utilization exclusiva de piezas de fotonica y la segunda se basa en una combination de piezas de fotonica, optofluidica y microfluidica.
En el primer ejemplo de realizacion el sistema se forma empleando piezas de fotonica 15 tal y como se aprecia en la figura 2. En este ejemplo se emplea una cuarta pieza fotonica (12) que se emplea como entrada del sistema. A continuation de ella se ha dispuesto una tercera pieza fotonica (8), unida a ella mediante conexion de la guia de ondas (9) de la tercera pieza fotonica (8) a la guia de ondas (3) de una primera pieza fotonica.
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Posteriormente se dispone una segunda pieza fotonica (4) unida a la guia de ondas (9) de la tercera pieza fotonica (8) por uno de sus propios elementos de confinamiento de luz (5), para dirigir la luz hacia la estructura hueca (7) en la que hay una sustancia absorbente que interacciona con el haz de luz, siendo este recogido 25 por el otro elemento de confinamiento de luz (6) de esta tercera pieza fotonica. La ultima pieza del sistema es otra cuarta pieza fotonica (12) que dispone de un canal (13) con una lente que recibe el haz emergente.
La luz acoplada mediante una fibra optica posicionada en una cuarta pieza fotonica 30 (12) sirve para excitar a un emisor que se ha introducido en la tercera pieza fotonica
(8). La luz emitida es acoplada a un elemento de confinamiento (3) (guia de ondas) de una primera pieza fotonica (2). La segunda pieza fotonica (4) permite seleccionar, mediante el filtro de absorbancia que tiene integrado en su estructura hueca (7), las
longitudes de onda que llegan a la fibra optica de salida, dispuesta en el canal (13) de la otra cuarta pieza fotonica.
En un segundo ejemplo de realization del sistema, mostrado en la figura 3, se ha 5 ensamblado una combination de piezas para aplicaciones de optoflwdica. En este ejemplo se han dispuesto tres primeras piezas fluidicas (46) cada una de ellas con canales fluidicos autosellables (47) que se han conectado a una segunda pieza fluidica (48) con tres canales de entrada (49) y un canal de salida (50). La segunda pieza fluidica (48) esta conectada a una primera pieza de optofluidica (24) que a su 10 vez esta conectada a una segunda pieza de optofluidica (27). Dicha segunda pieza de optofluidica (27) comprende cuatro elementos de confinamiento (28) que permiten la conexion de cuatro piezas (cada una queda en correspondencia con un elemento de confinamiento). Dos de esas piezas son cuartas piezas fotonicas (12) y las otras son una primera pieza fotonica (2) y una segunda pieza fotonica (4).
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Ademas la segunda pieza de optofluidica (27) comprende un canal microfluidico (29) cuya salida se conecta en este ejemplo con otra primera pieza fluidica (26). Por otra parte la segunda pieza fotonica (4) esta unida adicionalmente a una cuarta pieza fluidica (12), y la primera pieza fotonica (2) esta unida a una tercera pieza fotonica (8) 20 que esta unida a su vez a otra cuarta pieza fotonica (12).
En este ejemplo tres liquidos son introducidos mediante puntas tipo Luer insertadas en las primera piezas fluidicas (46) (que son piezas autosellables con control interior de presion) conectadas a la segunda pieza fluidica (48) que desemboca en un unico 25 microcanal con lectura optica (primera pieza de optofluidica (24)). En base a la disposition descrita en los parrafos anteriores, desde un punto de vista optico, la luz acoplada mediante una fibra optica posicionada en una cuarta pieza fotonica (12) sirve para excitar al emisor dispuesto en la estructura hueca (10) de la tercera pieza fotonica (8) conectada a ella. La luz emitida es acoplada a una gma de ondas (3) de 30 la primera pieza fotonica (2), la cual transmite la luz a la tercera pieza de optofluidica (27). En ella se pueden realizar mediadas de absorbancia mediante la otra cuarta pieza fotonica (12) acoplada a una fibra optica de la segunda pieza fotonica (4), de esparcimiento mediante otra de las cuartas piezas fotonicas (12) acoplada a una fibra
optica y/o de fluorescencia, mediante un filtro de absorbancia (B) y otra cuarta pieza fotonica acoplada a una fibra optica.
La base para dicha realization esta en los principios que son inherentes a cada uno 5 de los tipos de medidas que se quiere tomar con ella. Los estudios de absorbancia se realizan cuando la entrada y salida estan a 180°. Los estudios de fluorescencia se hacen generalmente a 90° para evitar la luz de excitation no absorbida. Los estudios de esparcimiento se hacen a un cierto angulo (que podria ser tambien de 90°) para recoger una cierta fraction de la luz reflejada por las particulas (esparcimiento de 10 angulo largo).
En un tercer ejemplo de realizacion, mostrado en la figura 4a, se ha empleado solo piezas de fotonica. Consiste en dos piezas para el alineamiento con fibras opticas y mas concretamente se trata de cuartas piezas fotonicas (12) como las descritas 15 anteriormente. Y comprende adicionalmente una pluralidad de primeras piezas fotonicas (2), cada una de ellas con una longitud de 1 cm. Se midieron las perdidas sin guia de ondas, es decir sin primeras piezas fotonicas (2), acoplando las cuartas piezas fotonicas (12) entre si, y se midieron las perdidas resultantes de incluir, una, dos y tres primeras piezas (2). Los resultados de dicha caracterizacion se muestran 20 en la figura 4b. Un laser de longitud de onda de 632 nm se acopla a una fibra optica multimodo de tamano de nucleo de 200um, la cual a su vez se coloca en el canal (13) de una de las cuartas piezas fotonicas (12). La salida se obtiene en una cuarta pieza fotonica (12) identica con otra fibra optica acoplada en su canal (13). En la grafica de la figura 4b se han representado las medidas experimentales incorporando un 25 numero entre 0 y 3 primeras piezas opticas (2) (respectivamente los resultados representados de izquieda a derecha), representando la intensidad medida a la salida en funcion de la distancia de propagacion.
En un cuarto ejemplo de realizacion, mostrado en la figura 5a se ha demostrado la 30 viabilidad de este sistema modular para aplicaciones optofluidicas. La parte central del sistema representado es una cuarta pieza optofluidica (35) a la que se le unen dos piezas de entrada y salida de luz. En este caso a la fibra optica de entrada se le acopla un laser de longitud de onda de 405 nm, mientras que a la salida se
reemplaza el medidor de potencia por un espectrometro. Se incluyen ademas las piezas de entrada/salida de fluidos con acople directo a conector tipo Luer, siendo la pieza de entrada del tipo primera pieza fluidica (46) con autoregulacion interna de presion mientras que la salida es una primera prieza fluidica (46) sin regulador de 5 presion.
Para realizar la prueba se inyectan siete muestras con una concentracion diferente de cristal violeta y se miden para cada una de ellas su absorcion a la longitud de onda de trabajo. En la figura 5b se muestra una grafica en la que se aprecia la 10 respuesta que se obtiene, que es una respuesta lineal de la absorcion frente a la concentracion de analito, validandose asi el presente los sistemas de analisis optofluidicos.
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Claims (7)
- R E I V I N D I C A CI O N E S1.- Sistema modular de analisis de haces de luz que comprende una pluralidad de piezas que se ensamblan y cada pieza comprende un material substrato, comprende al menos 5 un elemento micro-optico o fotonico y esta caracterizado por que todas las piezas se pueden intercambiar indistintamente entre si, uniendose mediante machihembrado, y dichas piezas se seleccionan al menos entre:- una primera pieza fotonica (2) que comprende un al menos un elemento de confinamiento (3) de luz,10 -una segunda pieza fotonica (4) que comprende al menos dos elementos deconfinamiento de luz (5, 6) y una estructura hueca (7) dispuesta entre ellos y destinada a acoger una sustancia absorbente Kquida, solida o gaseosa que absorbe longitudes de onda espedficas, y dicha estructura hueca (7) esta dispuesta entre los elementos de confinamiento de luz (5, 6) tal que el haz de luz que pasa por uno de los elementos de 15 confinamiento (5) interacciona con la sustancia absorbente dispuesta en la estructura hueca (7) y el haz de luz emergente es recogido en otro elemento de confinamiento (6),-una tercera pieza fotonica (8) que comprende al menos un elemento de confinamiento de luz (9), una estructura hueca (10) destinada a acoger una sustancia emisora Kquida, solida o gaseosa, y una pluralidad de espejos (11) situados alrededor de 20 la misma destinados a redirigir la emision hacia el elemento de confinamiento de luz (9),-una cuarta pieza fotonica (12) que comprende un canal (13) que permite el auto- alineamiento y fijacion de al menos una fibra optica, y comprende al menos un elemento de confinamiento de luz (14),-una quinta pieza fotonica (15) que comprende al menos un elemento de 25 confinamiento de luz (16), al menos un divisor de haz (17) y al menos un elemento de confinamiento de luz (18) con una configuration nxm siendo n el numero de canales opticos de entrada y m el numero de canales opticos de salida,-una sexta pieza fotonica (19) que consiste en al menos un elemento de confinamiento de luz (20), una pluralidad de espejos (21) para redireccionar el haz de luz 30 que circula por los elementos de confinamiento de luz (20), un cruce de los elementos de confinamiento, formando un cierto angulo entre si, un segundo conjunto de espejos (22) destinados a encauzar de nuevo el haz de luz y al menos un elemento de confinamiento de luz de salida (23)-una primera pieza de optoflwdica (24) que comprende un canal microflwdico (25) destinado al paso de un fluido, y al menos un elemento de confinamiento (26) con un eje optico comun destinadas a analizar opticamente el fluido que circula por el interior del canal microflwdico (25),5 -una segunda pieza de optoflwdica (27) que es de tipo cruce en "X” con unapluralidad de elementos de confinamiento (28) formando un cierto angulo entre ellas y un canal microfluidico (29), y una pluralidad de espejos alrededor de la intersection entre los elementos de confinamiento (28) y el canal microfluidico (29),-una tercera pieza de optofluidica (30) que comprende una pluralidad de 10 elementos de confinamiento (31) dispuestas formando un cierto angulo entre ellos y comprende al menos un sistema microfluidico, el cual incluye una section central de retention de particulas (32), unos filtros (33) fisicos destinados a permitir el paso de particulas de un cierto tamano y una seccion exterior microfluidica (34), y una pluralidad de espejos destinados a bloquear opticamente la zona microfluidica de cualquier otro haz 15 de luz proveniente de un punto exterior a la zona microfluidica alrededor de la interseccion entre los ejes opticos formados por los elementos de confinamiento,-una cuarta pieza de optofluidica (35) que comprende al menos un canal microfluidico (36) en forma de zig-zag, dos elementos de confinamiento del haz optico, que son uno de entrada y otro de salida, y comprende una pluralidad de espejos (39) a 20 ambos lados del canal microfluidico (36),-una quinta pieza optofluidica (40) que comprende al menos un elemento de confinamiento destinada al paso de un haz de luz (41) y que esta acoplada a al menos un canal fluidico (42),-una primera pieza fluidica (46) que comprende canales fluidicos autosellables 25 (47) destinados a permitir una conexion con un elemento exterior,-una segunda pieza fluidica (48) que comprende al menos un canal microfluidico de entrada (49) y al menos un canal microfluidico de salida (50).
- 2. - Sistema modular de analisis de haces de luz segun la reivindicacion 130 caracterizado por que los materiales de los elementos micro-opticos y fotonicos de laspiezas son diferentes al material del sustrato.
- 3. - Sistema modular de analisis de haces de luz segun la reivindicacion 1caracterizado por que los elementos de confinamiento de la luz (3, 6, 9, 14, 41) pueden ser gwas de onda, microlentes o una combination de ambas.
-
4. - Sistema modular de analisis de haces de luz segun la reivindicacion 15 caracterizado por que en la segunda pieza fotonica (4) del elemento deconfinamiento de luz (6) que recoge el haz de luz de la estructura hueca (7) tiene una geometria de embudo con angulo constante de salida. -
5. - Sistema modular de analisis de haces de luz segun la reivindicacion 110 caracterizado por que en la tercera pieza fotonica (8) los espejos son espejos dereflexion de Fresnel, o de reflexion total interna o que permitan la reflexion de un haz de luz. -
6. - Sistema modular de analisis de haces de luz segun la reivindicacion 115 caracterizado por que en la cuarta pieza de optofluidica (35) los espejos (39) sonespejos de reflexion de Fresnel, o de reflexion total interna. -
7. - Sistema modular de analisis de haces de luz segun la reivindicacion 1caracterizado por que la primera pieza fluidica (46) comprende un dispositivo pasivo20 interno de control de la presion (51) del fluido que circula por los canalesautosellables (47).
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