这是一个晶片尺度的玻璃微球壳传感器阵列吹制在硅基板上。插入是一个近乎完美的球形外壳。图片来源:Tadigadapa实验室/宾夕法尼亚州立大学
在伦敦的圣保罗大教堂，在环绕墙壁的圆形窃窃私语长廊中，可以听到很远的地方传来的窃窃私语。现在，宾夕法尼亚州立大学的电气工程师开发了一种光学耳语画廊模式谐振器，可以使光绕一个小球体的周长旋转数百万次，从而创造出一种超灵敏的基于微芯片的传感器，可用于多种应用。
电气工程教授Srinivas Tadigadapa说:“低语画廊模式谐振器，基本上是光学谐振器，已经被深入研究了至少20年。”“人们所做的就是拿起一根光纤，用喷灯触摸它的末端。当融化的纤维重新凝结时，它在尖端形成一个球体。它可以与光源结合，形成传感器。”
这种类型的传感器由实心球体组成，与微加工方法不兼容，但最近Tadigadapa和他的团队开发了一种创新的方法来生长芯片上的玻璃微球壳，具有难以置信的灵敏度，有可能用于运动、温度、压力或生化传感。
中空硼硅酸盐玻璃球是从密封和加压的圆柱形腔吹入硅基板。使用玻璃吹制技术，薄玻璃晶圆，在高温和外部真空压力下，形成一个几乎完美的气泡。研究人员将直径从230微米增加到1.2毫米的球体阵列，壁厚在300纳米到10微米之间。
Tadigadapa说:“球体的底部变薄，直到它基本上变成一个洞。”“你可以把光放在球体的外面，但所有的化学反应都在外壳的内面进行。你可以带任何你想要鉴定的分析物进来，但它会留在内表面。这带来了很多可能性。你可以做化学传感、蒸汽传感、生物物理传感、压力传感和非常出色的温度传感。”
经过多次失败的尝试后，该团队发现，制造高质量传感器的关键在于确保球体的赤道平面，即球体的中心，高于芯片的表面。
为了了解球体的质量，Tadigadapa的博士生Chenchen Zhang和刚毕业的博士生Eugene Freeman与宾夕法尼亚州立大学激光专家、电气工程教授Zhiwen Liu实验室的博士生Alexander Cocking合作。
“我们制造气泡，然后把它们带到刘博士的实验室，获得共振水平，并进行测量，”张说，他是一篇描述他们工作的论文的第一作者，发表在今天(11月2日)的科学报告这是一种开放获取的在线期刊。张说，这一结果将对用于疾病传感的芯片实验室生物物理传感具有特殊意义。“或者通过在气泡内部添加一层聚合物涂层，你可以制作一个非常灵敏的湿度传感器。”
Tadigadapa补充说:“有一些真正令人兴奋的可能性。我认为这将催生大量后续工作。”
了下:•先进的材料
