緊湊型光纖感測器可在狹窄空間內提供敏感分析

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】研究人員開發了一種新型高靈敏度靈活感測器，用於在非常狹小的空間內進行各種化學和生物分析。感測器體積小，意味著它可能用於血管內部。隨著額外的發展，感測器可能被用來檢測特定的化學物質，DNA分子或病毒。中國長春光學精密機械與物理研究所研究小組成員陳超說：我們的新型光纖感測器結構簡單，製造成本低廉，而對於在狹窄區域進行高靈敏度測量，這種感測器足夠小，未來它可以用於各種應用中的化學和生物感測。

研究人員基於S錐形光纖探頭（STFP）設計了一種新型感測器（a），該感測器可用於高靈敏度折射率測量。當來自寬頻光源（BBS）的光線進入光纖的錐形區域時，一部分光線會與周圍的樣品發生相互作用，從而改變光線的光譜（b）。這種改變後的光通過光纖反射回光譜分析儀（OSA），監測並記錄光譜變化，提供有關樣品化學性質的信息。圖片版權：中國科學院院士陳超

新型感測器由一根1毫米長的光纖末端部分組成，該光纖縮小並彎曲成稱為S錐形的配置。通過檢測被稱為折射率的光學性質的變化，該設備可以感測濃度，pH和其他化學參數。在光學材料快報雜誌上，研究人員表明，他們的感測器設計比其他錐形光纖折射率感測器靈敏9倍。他們還表明設備的測量不受溫度變化的影響，這有助於確保準確的分析。微小的感測器可能會被用於煉油廠檢測可能導致火災或爆炸的泄漏。「該設備非常靈敏，只需很少的樣品進行分析，例如可以用於檢測食品中污染物的特性。

設計狹窄的空間

為了操作感測器，研究人員通過光纖發送來自特殊超連續譜光源的白光。當光線進入纖維的錐形區域時，其一部分逸出並與周圍的樣品相互作用，從而改變光譜的光譜。這種變化的光線在光纖末端碰到銀鏡，並通過光纖反射回光譜分析儀，監測並記錄光譜變化。光譜偏移可以用來確定樣品的化學性質。這種新型感測器改進了研究人員以前開發的一種折射率檢測技術，其特點是具有S錐度。為了使其在狹窄或有限的空間中更有用，他們設計了新的感測器，以使用反射光而不是透過樣品的光。這種變化使設備的測量對光纖在插入樣品時可能遇到的小彎曲不太敏感。S形錐體也使得光纖的感測部分比基於錐形光纖的其他反射折射率感測器更小，所述錐形光纖太長而不能形成緊湊的探測器。

為了測試新的感測器設計，研究人員在室溫下將其浸入各種濃度的甘油 - 水溶液中。通過監測反射光譜的偏移，研究人員證明，該感測器對周圍溶液的折射率變化高度敏感。當感測器以10度的增量將感測器從室溫加熱到100攝氏度時，感測器的反射光譜變化很小。這表明溫度變化不會影響感測器的精度。接下來，研究人員計劃測試是否使光纖錐度更窄可能會進一步提高感測器的靈敏度。他們還希望在纖維表面製作一種帶有功能化材料的感測器，以便與特定分子結合，從而使感測器檢測DNA或病毒的存在。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：光學材料快報

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：美國光學學會

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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