Design and optimization of an opto-acoustic sensor based on porous silicon phoxonic crystals

We present the theoretical study of an opto-acoustic microdevice, a phoxonic crystal, made of porous silicon with a specific acoustic response in the range of tens of MHz and optical response in the visible and near-infrared range. We propose to control the opto-acoustic response of this device by spatially modulating the microstructure porosity. Based on this study, a multilayer microcavity is designed to have a strong coupling between the acoustic and optical response. The coupling mechanism is generated by exploiting the structural resonance due to the acoustic waves which produce maximum mechanical strains at the center of the cavity. The associated mechanical deformations of the central cavity change the optical response of the multilayer, allowing the mechanical response to be detected using optical techniques. In a phoxonic crystal, the acoustic and optic central gap frequencies are determined by the multilayer configuration which imposes a fixed relation between both resonant frequencies. This feature establishes a challenge for the microdevice design. To mitigate this problem, two microcavities, one inside the other in a matryoshka-like configuration is here proposed, placing an optical microcavity into the spacer of an acoustic microcavity. Consequently, the localized acoustic field generates a high perturbation of the optical microcavity structure. The optical microcavity is tuned at near-infrared frequencies, while the larger acoustic microcavity resonates at acoustic frequencies of the order of tens of MHz. The microdevice is designed to display a high optical response induced by acoustic deformation. Optical sensitivity to this effect is used to design a multiparametric sensor. Thanks to the porous structure of the device, it is possible to build a transducer sensitive to the presence of analytes in the environment that affect both its mechanical and optical response.Fil: Forzani, Luisina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física. Instituto de Física del Sur; ArgentinaFil: Mendez, Carlos Gustavo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; ArgentinaFil: Urteaga, Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Huespe, Alfredo Edmundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales. Universidad Nacional del Litoral. Centro de Investigaciones en Métodos Computacionales; Argentin

Optofluidic study of the pore widening in nanoporous alumina membranes

En este trabajo se utiliza una técnica optofluídica para estudiar el ensanchamiento químico de los poros de membranas de alúmina nanoporosa. La técnica optofluídica consiste en medir la evolución de la reflectancia de luz láser producida por la membrana durante la imbibición capilar de la misma con un líquido de propiedades conocidas. El cambio en la proporción aire-líquido a medida que la membrana se llena modifica el índice de refracción efectivo de la membrana produciendo sucesivamente interferencias constructivas y destructivas. La señal obtenida puede relacionarse con el volumen de líquido que penetró en la membrana utilizando una teoría de medio efectivo. Realizando las medidas de llenado capilar en ambas direcciones de la membrana es posible caracterizar la morfología del poro. Los resultados obtenidos indican que los poros de las membranas utilizadas son inicialmente cónicos y que el ensanchamiento por ataque químico con soluciones diluidas de H3PO4 es uniforme a lo largo de los mismos y proporcional al tiempo de ataque. Los resultados obtenidos son consistentes con los que produce la caracterización de las membranas por técnicas estándar de elipsometría y demuestran que esta nueva técnica optofluídica constituye una forma simple y rápida de caracterizar membranas nanoporosas. La porosidad de las membranas obtenida con esta técnica difiere de la encontrada a partir del análisis de imágenes de las muestras. Se sugiere que parte del líquido que ingresa en la membrana ocupa una sub-porosidad formada por defectos en la matriz de alúmina.In this paper we use an optofluidic technic for study the chemical pore widening process of nanoporous alumina membranes. This technic consists in measure the time evolution of the membrane reflectance during capillary imbibition of a liquid with known properties. The change in the proportion air-liquid inside the membrane, modify the effective refractive index producing successively constructive and destructive interferences. Using an effective medium theory, the obtained signal can be related with the liquid volume inside the membrane. Additionally, this information can be processed to characterize the morphology of the pores. The obtained results indicate that, initially, the pores are conical and the chemical etching with diluted H3PO4 solutions is produced in an axially uniform way at constant rate. These results are consistent with those obtained with standard ellipsometry technics and show that this novel optofluidic technic is simple, fast and suitable for characterization of nanoporous membranes. However, the porosity value obtained differs with those obtained from SEM images analysis. This result suggests that a portion of the liquid used enters to a sub-nano porosity formed by defects in the alumina matrix.Fil: Elizalde, Emanuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Rahman, M.M.. Universitat Rovira I Virgili; EspañaFil: Urteaga, Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Berli, Claudio Luis Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Koropecki, Roberto Roman. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; Argentin

Precursor Film Spreading during Liquid Imbibition in Nanoporous Photonic Crystals

When a macroscopic droplet spreads, a thin precursor film of liquid moves ahead of the advancing liquid-solid-vapor contact line. Whereas this phenomenon has been explored extensively for planar solid substrates, its presence in nanostructured geometries has barely been studied so far, despite its importance for many natural and technological fluid transport processes. Here we use porous photonic crystals in silicon to resolve by light interferometry capillarity-driven spreading of liquid fronts in pores of few nanometers in radius. Upon spatiotemporal rescaling the fluid profiles collapse on master curves indicating that all imbibition fronts follow a square-root-of-time broadening dynamics. For the simple liquid (glycerol) a sharp front with a widening typical of Lucas-Washburn capillary-rise dynamics in a medium with pore-size distribution occurs. By contrast, for a polymer (PDMS) a precursor film moving ahead of the main menisci entirely alters the nature of the nanoscale transport, in agreement with predictions of computer simulations.Fil: Cencha, Luisa Guadalupe. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Dittrich, Guido. Hamburg University Of Technology; AlemaniaFil: Huber, Patrick. Universitat Hamburg; AlemaniaFil: Berli, Claudio Luis Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Urteaga, Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; Argentin

Time-temperature indicator based on the variation of the optical response of photonic crystals upon polymer infiltration

Time-temperature indicators are used for sensing the thermal history of perishable products, like food and pharmaceutical goods. Their working principle is based on a temperature response that mimics the temperature dependence of the deterioration kinetics of a given product. For successful implementation, time-temperature indicators must be of minimum size, cost-effective, change-irreversible, and easy to read. This work presents a time-temperature sensor based on capillary imbibition of thermoplastic polymers into a mesoporous photonic crystal, which was tuned to reflect well-defined wavelengths of visible light. The photonic crystal was made by electrochemical etching of silicon, where a periodic structure was formed with microscale layers of alternating nanoscale porosity. Polymer infiltration induces an irreversible change of the effective refractive index of the crystal, leading to a progressive shift of the reflected light that can be seen by the naked eye. Importantly, the employed thermoplastic polymer (poly(ethylene vinyl-acetate)) presents a temperature-dependent viscosity that is well represented by the Arrhenius law, which is normally used to characterize the temperature-dependence of quality indexes. Therefore, each reflected color is associated to the time-temperature history of the system, representing the deterioration level of a monitored product.Fil: Cencha, Luisa Guadalupe. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: García, Guadalupe F.. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Budini, Nicolas. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Urteaga, Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Berli, Claudio Luis Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; Argentin

Optical Losses in Hybrid Microcavity Based in Porous Semiconductors and its Application as Optic Chemical Sensor

In this study the experimental and theoretical optical analysis of a hybrid microcavity (HM) based in porous silicon (PS) and nanoporous anodic alumina (NAA) are presented. The microcavity was centered in the visible region at 760 nm. Distributed Bragg reflector (DBR) was obtained using galvanostatic anodizing method and while NAA by the two-step anodization technique. From SEM micrographs the HM different regions are observed. HM optical characterization in the visible region was done, considering two different light sources, point and non-point respectively. These results reveal a decrease in the quality factor (Q) from 350 to 190 when the source is exchanged; this behavior has been mainly attributed to the light scattering at NAA. Furthermore, it was possible to study Q change, through transmittance simulation using the transfer matrix and Landau-Lifshitz-Looyenga theoretical methods. When a point light source is used, there are no optical losses making possible to sense 1% of analyte resulting in a 0.29 nm redshift of the resonant peak. According with these results we propose to apply the HM as chemical optic sensor.Fil: Hernández, Claudia Antonio. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla; MéxicoFil: Osorio, Edith. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla; MéxicoFil: Urteaga, Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Koropecki, Roberto Roman. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Alvarado, José Alberto. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla; MéxicoFil: Juárez, Héctor. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla; Méxic

Nondestructive high-throughput screening of nanopore geometry in porous membranes by imbibition

A fluid dynamic model for imbibition into closed-end, axisymmetric pores having diameters that change as a function of the pore depth is presented. Despite the fact that liquid invasion into nonbranched closed-end pores is characterized by a wealth of different transient and/or metastable nonequilibrium stages related to precursor film formation, we show that a simple hydraulic model accounting for geometry- and air compression-induced deviations from classical Lucas-Washburn dynamics precisely describes the imbibition dynamics except at the late stage. The model was validated by laser interferometry experiments with submillisecond temporal resolution. Imbibition of three simple liquids (isopropanol, ethanol, and hexane) into self-ordered anodic alumina membranes containing arrays of parallel closed-end nanopores characterized by slight conicity was studied. The model provides an improved description of nanoscale fluid dynamics and allows geometric characterization of nanoporous membranes by their imbibition kinetics accounting for the back pressure of the compressed gas. Thus, a precise calibration of porous membranes with simple liquids becomes possible, and changes in the mean pore diameter as a function of the pore depth can be assessed.Fil: Cencha, Luisa Guadalupe. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; ArgentinaFil: Huber, Patrick. Hamburg University Of Technology;Fil: Kappl, Michael. Max-planck-institut Für Polymerforschung;Fil: Floudas, George. Panepistimion Ioanninon;Fil: Steinhart, Martin. Max-planck-institut Für Polymerforschung;Fil: Berli, Claudio Luis Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química; ArgentinaFil: Urteaga, Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Santa Fe. Instituto de Física del Litoral. Universidad Nacional del Litoral. Instituto de Física del Litoral; Argentin

Polymeric Liquids in Nanoporous Photonic Structures: From Precursor Film Spreading to Imbibition Dynamics at the Nanoscale

Polymers are known to wet nanopores with high surface energy through an atomically thin precursor film followed by slower capillary filling. We present here light interference spectroscopy using a nanoporous membrane-based chip that allows us to observe the dynamics of these phenomena in situ with sub-nanometer spatial and milli- to microsecond temporal resolution. The device consists of a mesoporous silicon film (average pore size 6 nm) with an integrated photonic crystal, which permits to simultaneously measure the phase shift of the thin-film interference and the resonance of the photonic crystal upon imbibition. For a styrene dimer, we find a flat fluid front without a precursor film, while the pentamer forms an expanding molecular thin film moving in front of the menisci of the capillary filling. These different behaviors are attributed to a significantly faster pore-surface diffusion compared to the imbibition dynamics for the pentamer and vice versa for the dimer. In addition, both oligomers exhibit anomalously slow imbibition dynamics, which could be explained by apparent viscosities of six and eleven times the bulk value, respectively. However, a more consistent description of the dynamics is achieved by a constriction model that emphasizes the increasing importance of local undulations in the pore radius with the molecular size and includes a sub-nanometer hydrodynamic dead, immobile zone at the pore wall, but otherwise uses bulk fluid parameters. Overall, our study illustrates that interferometric, opto-fluidic experiments with nanoporous media allow for a remarkably detailed exploration of the nano-rheology of polymeric liquids.Comment: 9 pages, 5 figure

Plan de negocio para la puesta en marcha de una empresa de reciclaje y gestión de residuos sólidos de PET, provenientes de la agroindustria exportadora en el marco de un modelo de economía circular. Caso: Futuro Mundo Verde S. A. C.

Las empresas agroexportadoras no están gestionando el reciclaje de las mangueras de riego presurizado de material PET. Estas mangueras permanecen en el campo o son acopiadas informalmente. El producto obtenido luego del reciclado de las mangueras no supera el 1% de las importaciones de material PET realizadas por la Industria del Plástico, pudiendo ser superior al 10% del mercado potencial. Como consecuencia de ello, la instalación de mangueras de riego crece en igual proporción y deben ser desechadas, en promedio, cada 5 años. Lo que implica que el problema de trazabilidad y gestión adecuada de los desechos de estas mangueras tendrá un ritmo creciente. Por lo tanto, la necesidad de materia prima también irá en incremento. Las estimaciones financieras del proyecto Futuro Mundo Verde SAC en un horizonte de 10 años, requieren una inversión de US$68,673 a un costo de capital promedio de 20.00$ 606,000. La evaluación económica revela que el proyecto genera un Valor Actual Neto (VAN) de US$ 749,818 y una Tasa Interna de Retorno (TIR) de 156.55% lo cual demuestra que el proyecto es rentable y viable. El emprendimiento brindará la solución a una necesidad específica del mercado agroindustrial exportador: la certificación del proceso de reciclaje de las mangueras de riego de material PET en desuso, con el objeto de fomentar la Responsabilidad Social Empresarial (RSE) en el marco de un modelo de economía circular que contribuirá en aumentar la vida útil a un producto desechado, protegiendo de esta forma el medio ambiente. La certificación y el cumplimiento de las buenas prácticas agrícolas y normas vinculadas a la calidad y el medio ambiente son requisitos indispensables requeridos por los consumidores internacionales

Perfil clínico y estrategias terapéuticas en pacientes con miocardiopatía arritmogénica tratados en un instituto de referencia nacional

Objective. To determine the epidemiological, clinical, electrocardiographic, imaging characteristics and main therapeutic strategies performed in patients with arrhythmogenic cardiomyopathy treated in a national reference cardiovascular institute. Materials and methods. Observational, descriptive and retrospective study that attempts to identify the clinical characteristics, complementary tests and therapeutic strategies performed in patients with arrhythmogenic cardiomyopathy treated at the National Cardiovascular Institute - INCOR EsSalud in Lima, Peru. Results. Thirteen patients were found with arrhythmogenic cardiomyopathy. The median age at which the diagnosis was made was 38.2 years and 69.3% of those affected were male. The most frequent clinical manifestations were tachycardic palpitations (92.3%), presyncope (84.6%) and heart failure (69.2%). 23% of the patients suffered a cardiac arrest. All the patients presented at least one episode of ventricular tachycardia, 92.3% with complete left bundle branch block morphology and upper axis. 76.9% received an implantable cardioverter defibrillator (ICD), 15.3% underwent ablation and 15.3% received a heart transplant. 84.6% of the patients live to this day. Conclusions. Arrhythmogenic cardiomyopathy predominantly affected the young and male population. All the patients had a potentially fatal ventricular arrhythmia. Biventricular disease by echocardiography and cardiac magnetic resonance occurred in 69.2% and 100% of the cases, respectively. The therapeutic strategies used were antiarrhythmic medical treatment, placement of an ICD as secondary prevention, ablation, and heart transplantation. To date, 84.6% of patients survive.Objetivo. Determinar las características epidemiológicas, clínicas, electrocardiográficas, imagenológicas y principales estrategias terapéuticas realizadas en los pacientes con cardiomiopatía arritmogénica tratados en un instituto cardiovascular de referencia nacional. Materiales y métodos. Estudio observacional, descriptivo y retrospectivo que busca identificar las características clínicas, exámenes complementarios y estrategias terapéuticas en pacientes con cardiomiopatía arritmogénica tratados en el Instituto Nacional Cardiovascular – INCOR EsSalud en Lima – Perú. Resultados. Se encontraron trece pacientes con cardiomiopatía arritmogénica. La mediana de edad en la que se realizó el diagnóstico fue 38,2 años y el 69,3% de los afectados era de sexo masculino. Las manifestaciones clínicas más frecuentes fueron las palpitaciones taquicárdicas (92,3%), el presíncope (84,6%) y la falla cardiaca (69,2%). El 23% de los pacientes sufrió un arresto cardiaco. Todos presentaron, al menos, un episodio de taquicardia ventricular, el 92,3% con morfología de bloqueo completo de rama izquierda y eje superior. Al 76,9% se le colocó un desfibrilador automático implantable (DAI), al 15,3% se le realizó ablación y al 15,3% un trasplante cardiaco. El 84,6% de los pacientes vive hasta la actualidad. Conclusiones. La cardiomiopatía arritmogénica afectó predominantemente a población joven y de sexo masculino. Todos los pacientes tuvieron una arritmia ventricular potencialmente fatal. La afección biventricular por ecocardiografía y por resonancia magnética cardiaca se evidenció en el 69,2 y 100% de los casos, respectivamente. Las estrategias terapéuticas empleadas fueron el tratamiento médico antiarrítmico, colocación de un DAI como prevención secundaria, la ablación y el trasplante cardíaco. Hasta la actualidad, el 84,6% de los pacientes sobrevive

Asymmetric capillary filling of non-Newtonian power law fluids

A theoretical analysis of the capillary-driven imbibitions of non-Newtonian fluids in conical capillaries is presented. More precisely, the consequences of the variation in the fluid viscosity with the shear rate are investigated by using the inelastic power law model. Novel fluid dynamic behaviors are predicted, notably the asymmetry of filling times measured from different ends of the conical tube. The effect is due to the anisotropy of the flow domain and takes place with simple Newtonian fluids indeed. It is quantitatively described how shear-thinning fluids increase the asymmetry, and shear-thickening fluids decrease it. Relevant applications in microfluidic rheometry are envisaged. In addition, these results are of interest in active fields of research such as passive micropumping and microflow rectification, where the geometric design of microchannels is the key to control fluidic operations.Fil: Berli, Claudio Luis Alberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Desarrollo Tecnológico para la Industria Química (i); ArgentinaFil: Urteaga, Raul. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Santa Fe. Instituto de Física del Litoral; Argentin