Tecnologia SPFR

Approccio spettrofotometrico

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I sensori che sfruttano l’approccio SPFR, si basano sul fenomeno dovuto all’eccitazione collettiva della densità di carica che esiste all’interfaccia tra due materiali con costanti dielettriche di segno opposto, come per esempio un metallo ed un dielettrico. La luce incidente sul dispositivo genera un’onda superficiale di plasma (surface plasmon wave, SPW), cioè un’oscillazione collettiva della densità di carica presente sulla superficie dei materiali con elettroni liberi o semi-liberpi.

La SPW si può considerare come un’onda elettromagnetica di polarizzazione TM (transverse magnetic), ossia un’onda in cui il vettore del campo magnetico è perpendicolare alla direzione di propagazione e parallelo all’interfaccia metallo-dielettrico. I vettori del campo sono massimi all’interfaccia e decadono esponenzialmente all’interno di entrambi i materiali in modo asimmetrico, dando origine ad un’onda evanescente.

La luce incidente deve essere anch’essa polarizzata TM per consentire l’accoppiamento con la SPW. Se tale condizione è soddisfatta, la potenza viene trasferita all’onda superficiale e l’intensità riflessa è fortemente ridotta. L’eccitazione della SPW genera il fenomeno della risonanza plasmonica detto SPR.

Un sistema SPR è costituito di tre parti fondamentali: un elemento sensibile (un prisma, una guida d’onda, una fibra ottica o un dispositivo integrato), un trasduttore che registra le variazioni di indice di rifrazione provocate dall’interazione dell’analita con la superficie del sistema e, un apparato elettronico che supporta il sistema optoelettronico e fornisce dei dati processabili.

Di particolare interesse è l’elemento sensibile del sensore che generalmente consta di una sorgente di luce coerente ed una struttura costituita da un sottile strato metallico (~25-50 nm) depositato su un dielettrico, necessaria per l’eccitazione e l’indagine della SPW. Inviando luce polarizzata, si provoca la SPW che è massima all’interfaccia e, come detto precedentemente, decresce esponenzialmente nei due materiali.

Perchè
acca2o?

 

I sensori di questo progetto, caratterizzati da un consumo ridotto e da un costo contenuto permettono, di monitorare situazioni che al momento non sono monitorabili, (grazie alla semplicità dell’integrazione del sensore) e quindi in un miglioramento della qualità della vita umana da una parte, e dei processi produttivi dall’altra.

L’architettura dei sensori ed il principio di misura fanno sì che la tecnologia sviluppata in questo ambito possa essere estesa, dopo opportuno adeguamento, anche al monitoraggio di altre sostanze nell’acqua o in altri liquidi, tipo latte, vino, birra, ecc.

Sintesi schematica del sistema prototipale

Il sistema di campionamento dell’acqua fognaria attraverso l’elettrovalvola (1) .

Il sistema di miscelazione mediante 3 camere (2) e le elettrovalvole (3); le celle misura miniaturizzate su chip in PMMA (4);

Il sistema di misura mediante l’uso di sorgente broad-band, fibre ottiche di collimazione (eccitazione del campione) ed acquisizione del fascio trasmesso (risposta del campione) e sistema di scansione in frequenza (monocromatore) (5)

Il sistema di cleaning mediante l’elettrovalvola (1).