Published June 16, 2021
| Version v1
Publication
Open
Operando monitoring transition dynamics of responsive polymer using optofluidic microcavities
Creators
- 1. Beijing University of Posts and Telecommunications
- 2. Xiamen University
- 3. Peking University
- 4. Beijing Normal University
- 5. Shanxi University
Description
Abstract Optical microcavities have become an attractive platform for precision measurement with merits of ultrahigh sensitivity, miniature footprint and fast response. Despite the achievements of ultrasensitive detection, optical microcavities still face significant challenges in the measurement of biochemical and physical processes with complex dynamics, especially when multiple effects are present. Here we demonstrate operando monitoring of the transition dynamics of a phase-change material via a self-referencing optofluidic microcavity. We use a pair of cavity modes to precisely decouple the refractive index and temperature information of the analyte during the phase-transition process. Through real-time measurements, we reveal the detailed hysteresis behaviors of refractive index during the irreversible phase transitions between hydrophilic and hydrophobic states. We further extract the phase-transition threshold by analyzing the steady-state refractive index change at various power levels. Our technology could be further extended to other materials and provide great opportunities for exploring on-demand dynamic biochemical processes.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
أصبحت التجاويف الدقيقة البصرية المجردة منصة جذابة للقياس الدقيق مع مزايا الحساسية الفائقة والبصمة المصغرة والاستجابة السريعة. على الرغم من إنجازات الكشف فائق الحساسية، لا تزال التجاويف الدقيقة البصرية تواجه تحديات كبيرة في قياس العمليات الكيميائية الحيوية والفيزيائية ذات الديناميكيات المعقدة، خاصة عند وجود تأثيرات متعددة. نوضح هنا مراقبة التشغيل لديناميكيات الانتقال لمواد تغيير الطور عبر تجويف بصري مائع ذاتي الإحالة. نستخدم زوجًا من أوضاع التجويف لفصل مؤشر الانكسار ومعلومات درجة الحرارة الخاصة بالتحليل بدقة أثناء عملية انتقال الطور. من خلال القياسات في الوقت الفعلي، نكشف عن سلوكيات التخلف التفصيلية لمؤشر الانكسار خلال انتقالات الطور التي لا رجعة فيها بين الحالات الآلفة للماء والحالات الكارهة للماء. نستخرج كذلك عتبة انتقال الطور من خلال تحليل تغير مؤشر انكسار الحالة الثابتة على مستويات الطاقة المختلفة. يمكن توسيع نطاق تقنيتنا لتشمل مواد أخرى وتوفر فرصًا كبيرة لاستكشاف العمليات الكيميائية الحيوية الديناميكية عند الطلب.Translated Description (French)
Résumé Les microcavités optiques sont devenues une plate-forme attrayante pour la mesure de précision avec des mérites de sensibilité ultra-élevée, d'empreinte miniature et de réponse rapide. Malgré les réalisations de la détection ultrasensible, les microcavités optiques sont toujours confrontées à des défis importants dans la mesure des processus biochimiques et physiques à dynamique complexe, en particulier lorsque de multiples effets sont présents. Nous démontrons ici le suivi operando de la dynamique de transition d'un matériau à changement de phase via une microcavité optofluidique auto-référencée. Nous utilisons une paire de modes de cavité pour découpler précisément l'indice de réfraction et les informations de température de l'analyte pendant le processus de transition de phase. Grâce à des mesures en temps réel, nous révélons les comportements hystérétiques détaillés de l'indice de réfraction lors des transitions de phase irréversibles entre les états hydrophiles et hydrophobes. Nous extrayons en outre le seuil de transition de phase en analysant le changement d'indice de réfraction à l'état d'équilibre à divers niveaux de puissance. Notre technologie pourrait être étendue à d'autres matériaux et offrir de grandes opportunités pour explorer les processus biochimiques dynamiques à la demande.Translated Description (Spanish)
Resumen Las microcavidades ópticas se han convertido en una plataforma atractiva para la medición de precisión con méritos de sensibilidad ultra alta, huella en miniatura y respuesta rápida. A pesar de los logros de la detección ultrasensible, las microcavidades ópticas aún enfrentan desafíos significativos en la medición de procesos bioquímicos y físicos con dinámicas complejas, especialmente cuando hay múltiples efectos presentes. Aquí demostramos el monitoreo operando de la dinámica de transición de un material de cambio de fase a través de una microcavidad optofluídica autorreferencial. Utilizamos un par de modos de cavidad para desacoplar con precisión el índice de refracción y la información de temperatura del analito durante el proceso de transición de fase. A través de mediciones en tiempo real, revelamos los comportamientos de histéresis detallados del índice de refracción durante las transiciones de fase irreversibles entre los estados hidrófilo e hidrófobo. Extraemos además el umbral de transición de fase analizando el cambio del índice de refracción en estado estacionario en varios niveles de potencia. Nuestra tecnología podría extenderse aún más a otros materiales y proporcionar grandes oportunidades para explorar procesos bioquímicos dinámicos bajo demanda.Files
s41377-021-00570-1.pdf.pdf
Files
(914.4 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c1c4c2d2fda6b03f2b98dd49e1fc60e4
|
914.4 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تعمل على مراقبة ديناميكيات الانتقال للبوليمر المستجيب باستخدام التجاويف الدقيقة للموائع البصرية
- Translated title (French)
- Operando surveillant la dynamique de transition du polymère réactif à l'aide de microcavités optofluidiques
- Translated title (Spanish)
- Operando monitoreando la dinámica de transición del polímero sensible utilizando microcavidades optofluídicas
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3169116993
- DOI
- 10.1038/s41377-021-00570-1
References
- https://openalex.org/W1792494261
- https://openalex.org/W1900812569
- https://openalex.org/W1977606665
- https://openalex.org/W1979788101
- https://openalex.org/W1985071315
- https://openalex.org/W2001853424
- https://openalex.org/W2015665105
- https://openalex.org/W2016134531
- https://openalex.org/W2019714288
- https://openalex.org/W2021409025
- https://openalex.org/W2022659726
- https://openalex.org/W2026784790
- https://openalex.org/W2048252305
- https://openalex.org/W2053897879
- https://openalex.org/W2096222162
- https://openalex.org/W2111812628
- https://openalex.org/W2117393381
- https://openalex.org/W2120305114
- https://openalex.org/W2133476804
- https://openalex.org/W2143270746
- https://openalex.org/W2144081123
- https://openalex.org/W2164697448
- https://openalex.org/W2200176946
- https://openalex.org/W2319274180
- https://openalex.org/W2467767398
- https://openalex.org/W2468686158
- https://openalex.org/W2523257312
- https://openalex.org/W2570062382
- https://openalex.org/W271484748
- https://openalex.org/W2764016299
- https://openalex.org/W2764160394
- https://openalex.org/W2766036593
- https://openalex.org/W2798288649
- https://openalex.org/W2804948447
- https://openalex.org/W2809229285
- https://openalex.org/W2885704805
- https://openalex.org/W2885965202
- https://openalex.org/W2918002819
- https://openalex.org/W2952391261
- https://openalex.org/W2962760001
- https://openalex.org/W2990044413
- https://openalex.org/W2992972773
- https://openalex.org/W2998488798
- https://openalex.org/W3009337487
- https://openalex.org/W3020507271
- https://openalex.org/W3101615186
- https://openalex.org/W3111804832
- https://openalex.org/W3114904648
- https://openalex.org/W3116622915
- https://openalex.org/W3120165331
- https://openalex.org/W3121380414
- https://openalex.org/W3127956929
- https://openalex.org/W3130179782
- https://openalex.org/W4211100070
- https://openalex.org/W4211178353
- https://openalex.org/W4254340534