Kompakt fiberoptisk sensor tilbyder følsom analyse i trange rum

Forskere har udviklet en ny fleksibel sensor med høj følsomhed, der er designet til at udføre forskellige kemiske og biologiske analyser i meget små rum. Sensorens lille størrelse betyder, at den potentielt kan bruges inde i blodkar. Med yderligere udvikling, sensoren kan bruges til at detektere specifikke kemikalier, DNA -molekyler eller vira.

"Vores nye fibersensor har en enkel struktur og er billig at lave, mens den er lille nok til meget følsom måling i smalle områder, "sagde Chao Chen, medlem af forskergruppen fra Changchun Institute of Optics, Finmekanik og fysik, Det Kinesiske Videnskabsakademi, Kina. "I fremtiden, det kan bruges til kemisk og biologisk registrering i en række forskellige applikationer. "

Den nye sensor består af en 1 millimeter lang del af enden af ​​en optisk fiber, der indsnævres og bøjes til en konfiguration kaldet en S-konisk. Ved at registrere ændringer i en optisk egenskab kendt som brydningsindeks, enheden kan mærke koncentration, pH og andre kemiske parametre.

I journalen Express optiske materialer , forskerne viser, at deres sensordesign er ni gange mere følsom end andre koniske fiberbrydningsindekssensorer. De viser også, at enhedens målinger ikke påvirkes af temperaturændringer, hvilket hjælper med at sikre nøjagtig analyse.

"Den lille sensor kan muligvis bruges på raffinaderier til at opdage lækager, der kan føre til brand eller eksplosion, "sagde Chen." Enheden er følsom og kræver meget lidt prøve til analyse, egenskaber, der kan gøre det nyttigt til påvisning af forurenende stoffer i fødevarer, for eksempel."

Design til smalle rum

For at betjene sensoren, forskerne sender hvidt lys fra en særlig superkontinuumkilde gennem fiberen. Når lyset kommer ind i fiberens koniske område, en del af det undslipper og interagerer med den omgivende prøve på en måde, der forskyder lysets spektrum. Dette ændrede lys rammer et sølvspejl i enden af ​​fiberen og reflekteres tilbage gennem fiberen til en optisk spektrumanalysator, der overvåger og registrerer ændringen i spektrum. De spektrale forskydninger kan bruges til at bestemme prøvens kemiske egenskaber.

Den nye sensor forbedrer den, forskerne tidligere har udviklet, og som også har en S -konus til måling af brydningsindeks. For at gøre den mere nyttig til smalle eller begrænsede pladser, de designede den nye sensor til at bruge reflekteret lys frem for lys, der transmitterer gennem prøven. Denne ændring gjorde enhedens målinger mindre følsomme over for små bøjninger, som fiberen kan opleve, når den indsættes i en prøve. Den S-formede tilspidsning gør også den sansende del af fiberen mindre end andre refleksionsbrydningsindekssensorer baseret på koniske fibre, som er for lange til at danne en kompakt sonde.

For at teste det nye sensordesign, forskerne nedsænkede det i forskellige koncentrationer af glycerin-vandopløsninger ved stuetemperatur. Ved at overvåge forskydningen af ​​refleksionsspektrene, forskerne demonstrerede, at sensoren var meget følsom over for brydningsindeksændringer i den omgivende løsning. Når de opvarmede sensoren fra stuetemperatur til 100 grader Celsius i trin på 10 grader, sensorens refleksionsspektrum ændrede sig meget lidt. Dette viste, at temperaturændringer ikke påvirker sensorens nøjagtighed.

Næste, forskerne planlægger at teste, om at gøre fiberen tilspidset endnu smallere, kan øge sensorens følsomhed yderligere. De ønsker også at lave en version af sensoren med funktionaliseret materiale på fiberoverfladen, der ville binde til bestemte molekyler, giver sensoren mulighed for at detektere tilstedeværelsen af ​​DNA eller vira, for eksempel.