Low-­‐cost  op*cal  sensor  for  fast  and  accurate  determina*on  of  liquid  mixtures  in  foods  or  beverages  

   Pablo  Aitor  Pos,go  

E.  Baquedano,  L.  Da  Cruz  Ins*tuto  de  Micro  y  Nanotecnologia,  IMN  -­‐  CNM  -­‐  CSIC  (CEI  UAM+CSIC)  Isaac  

Newton,  8,  E-­‐28760,  Tres  Cantos,  Madrid,  Spain      

pabloaitor.pos*go@imn.cnm.csic.es    

Sensor  characteris*cs  

•  Low-­‐cost  (can  be  disposable)  •  Op*cal  (measures  changes  in  refrac*ve  index)  •  Fast  (1  s)  •  Accurate  (1.56x10−5  refrac*ve  index  units)  •  Determina*on  of  liquid  mixtures  in  foods  or  beverages:  alcohol  in  water,  mixtures  of  oil,  any  different  liquids…Examples:  –  Is  this  oil  pure  or  has  something  else  on  it?  – What  is  the  %  of  2  liquids  mixtured  in  a  beverage?  

Absop,on  of  Light  by  nanopar,cles  (plasmons)  

Copa Lycurgus (Romano tardío, IV D.C)

Luz reflejada

Luz transmitida

1)  Metallic  Nanostructures  2)  A  “good”  metal  (Au,  Ag…)  

Anomalía  de  +:  Transición  de  un  orden  evanescente  a  un  orden  de  difracción  propaga*vo  en  una  red.    Condición  de  Bragg:    

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Diseño  y  análisis  numérico  

Análisis  de  las  propiedades  óp*cas  de  una  red  de  nanocintas  de  Au.  

Nanocintas  de  Au  375  nm  de  ancho  750  nm  periodo  

λRA(vidrio)      

λ  =  1119  nm    

λRA  (superestrato)      

λ  =  748  nm    

3λ/2  resonancia       3λ/2  resonancia    

λ  =  606  nm    

λ  =  773  nm    

Vidrio  o  plas*co  

Sello  PDMS  

Resina  

1.0µm

Proceso  de  fabricación:  litografia  blanda  

Sencillo,  bajo  coste,  áreas  grandes  

Resultados:  medida  transmisión  incidencia  normal    

1.0µm

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Resultados  

§   Superestrato:  Glicerol  0%,  3%,  6%,  9%,  12%,  15%)    §   Lámpara  halógena  100W  §   Lente2x  apertura  0.06  §   Fibra  óp*ca  1  mm  de  diámetro  §   Espectrómetro  portá*l  Ocean  Op*cs  USB4000    

Variación  de  intensidad  espectral  respecto  al  agua.  

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Resultados  

Intervalo  de  integración  de  intensidad  rela*va.  650  y  750  respec*vamente.    

Número  de  longitudes  de  onda  dentro  del  intervalo  de  integración  

0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

SR=10488,86 nm%/RIU

Datos obtenidos Ajuste lineal

Res

pues

ta in

tegr

ada,

R (x

102 n

m%

)

Cambio índice de refracción (x10-2)

0 250 500 750 1000 1250

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.51.355

1.351

1.346

1.341

1.331

Res

pues

ta in

tegr

ada,

R (x

102 n

m%

)

Tiempo (s)

1.337

Resolución  de  detección:      

σ/SR=  1.56  x  10-­‐5       Nivel  de  ruido    

σ=0.16%  x  nm  Área  ac,va  0.75  mm  de  diámetro  

N=200  τ=5ms    -­‐>  Resolución  temporal  1s  

Performance  of  the  sensor  

•  Very  small  volume  for  detec*on,  0.0025  mL  •  Spot  of  detec*on  d=0.75  mm    •  In  this  small  volume,  it  can  detect  a  mass  as  small  as  0,1  mg    

•  Or  a  volume  as  small  as  8x10-­‐5  mL.    •  The  detec*on  can  be  as  fast  as  1  second.    •  It  can  be  used  with  a  smartphone  if  an  specific  but  simple  device  is  aXached  and  specific  soYware  is  used  

1  cm  

Conclusions  •  We  present  a  new  way  of  easy,  op*cal  detec*on  using  a  nanophotonic  

sensor.      •  Applica*ons  can  be  from  detec*on  of  the  quality  of  food  (virgin  or  

mixed  olive  oil,  wine  or  beers…)  quality  of  pure  or  mixed  alcohols,  gasoline,  etc.  to  iden*fica*on  of  specific  labeling  and  security.    

•  The  nanophotonic  sensor  only  needs  a  very  small  volume  for  detec*on  of  0.0025  mL  and  can  detect  a  mass  as  small  as  0,1  mg  or  a  volume  as  small  as  8x10-­‐5  mL.  The  detec*on  can  be  as  fast  as  1  second.  

 •  The  sensor  can  be  coupled  to  a  smartphone  for  an  easy  detec*on  of  the  

proper*es  of  the  substance.    

•  It  can  be  used  in  an  easy  way  with  a  smartphone  with  home-­‐made  MYSA  App  

E.  Baquedano,  M.  U.  González,  R.  Paniagua-­‐Domínguez,  J.  A.  Sánchez-­‐Gil,  and  P.  A.  Pos*go,  "Low-­‐cost  and  large-­‐size  nanoplasmonic  sensor  based  on  Fano  resonances  with  fast  response  and  high  sensi*vity,"  Opt.  Express  25,  15967-­‐15976  (2017)