紧凑型光纤感测器可在狭窄空间内提供敏感分析

【博科园-科学科普（关注“博科园”看更多）】研究人员开发了一种新型高灵敏度灵活感测器，用于在非常狭小的空间内进行各种化学和生物分析。感测器体积小，意味着它可能用于血管内部。随着额外的发展，感测器可能被用来检测特定的化学物质，DNA分子或病毒。中国长春光学精密机械与物理研究所研究小组成员陈超说：我们的新型光纤感测器结构简单，制造成本低廉，而对于在狭窄区域进行高灵敏度测量，这种感测器足够小，未来它可以用于各种应用中的化学和生物感测。

研究人员基于S锥形光纤探头（STFP）设计了一种新型感测器（a），该感测器可用于高灵敏度折射率测量。当来自宽频光源（BBS）的光线进入光纤的锥形区域时，一部分光线会与周围的样品发生相互作用，从而改变光线的光谱（b）。这种改变后的光通过光纤反射回光谱分析仪（OSA），监测并记录光谱变化，提供有关样品化学性质的信息。图片版权：中国科学院院士陈超

新型感测器由一根1毫米长的光纤末端部分组成，该光纤缩小并弯曲成称为S锥形的配置。通过检测被称为折射率的光学性质的变化，该设备可以感测浓度，pH和其他化学参数。在光学材料快报杂志上，研究人员表明，他们的感测器设计比其他锥形光纤折射率感测器灵敏9倍。他们还表明设备的测量不受温度变化的影响，这有助于确保准确的分析。微小的感测器可能会被用于炼油厂检测可能导致火灾或爆炸的泄漏。“该设备非常灵敏，只需很少的样品进行分析，例如可以用于检测食品中污染物的特性。

设计狭窄的空间

为了操作感测器，研究人员通过光纤发送来自特殊超连续谱光源的白光。当光线进入纤维的锥形区域时，其一部分逸出并与周围的样品相互作用，从而改变光谱的光谱。这种变化的光线在光纤末端碰到银镜，并通过光纤反射回光谱分析仪，监测并记录光谱变化。光谱偏移可以用来确定样品的化学性质。这种新型感测器改进了研究人员以前开发的一种折射率检测技术，其特点是具有S锥度。为了使其在狭窄或有限的空间中更有用，他们设计了新的感测器，以使用反射光而不是透过样品的光。这种变化使设备的测量对光纤在插入样品时可能遇到的小弯曲不太敏感。S形锥体也使得光纤的感测部分比基于锥形光纤的其他反射折射率感测器更小，所述锥形光纤太长而不能形成紧凑的探测器。

为了测试新的感测器设计，研究人员在室温下将其浸入各种浓度的甘油 - 水溶液中。通过监测反射光谱的偏移，研究人员证明，该感测器对周围溶液的折射率变化高度敏感。当感测器以10度的增量将感测器从室温加热到100摄氏度时，感测器的反射光谱变化很小。这表明温度变化不会影响感测器的精度。接下来，研究人员计划测试是否使光纤锥度更窄可能会进一步提高感测器的灵敏度。他们还希望在纤维表面制作一种带有功能化材料的感测器，以便与特定分子结合，从而使感测器检测DNA或病毒的存在。

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参考：光学材料快报

内容：经“博科园”判定符合今主流科学

来自：美国光学学会

编译：光量子

审校：博科园

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