Onderzoekers hebben een nieuwe flexibele sensor ontwikkeld met een hoge gevoeligheid die is ontworpen om verschillende chemische en biologische analyses uit te voeren in zeer kleine ruimtes. Het kleine formaat van de sensor betekent dat deze mogelijk in bloedvaten kan worden gebruikt. Met extra ontwikkeling, de sensor kan worden gebruikt om specifieke chemicaliën te detecteren, DNA-moleculen of virussen.

"Onze nieuwe vezelsensor heeft een eenvoudige structuur en is goedkoop te maken, terwijl hij klein genoeg is voor zeer gevoelige metingen in nauwe gebieden, " zei Chao Chen, een lid van het onderzoeksteam van het Changchun Institute of Optics, Fijne mechanica en natuurkunde, Chinese Wetenschapsacademie, China. "In de toekomst, het kan worden gebruikt voor chemische en biologische detectie in verschillende toepassingen."

De nieuwe sensor bestaat uit een 1 millimeter lang deel van het uiteinde van een optische vezel dat smaller wordt en wordt gebogen in een configuratie die een S-taper wordt genoemd. Door veranderingen te detecteren in een optische eigenschap die bekend staat als de brekingsindex, het apparaat kan concentratie voelen, pH en andere chemische parameters.

In het journaal Optische materialen Express , de onderzoekers laten zien dat hun sensorontwerp negen keer gevoeliger is dan andere taps toelopende brekingsindexsensoren van vezels. Ze tonen ook aan dat de metingen van het apparaat niet worden beïnvloed door temperatuurveranderingen, wat zorgt voor een nauwkeurige analyse.

"De kleine sensor kan mogelijk worden gebruikt in raffinaderijen om lekken te detecteren die kunnen leiden tot brand of explosie, "zei Chen. "Het apparaat is gevoelig en vereist heel weinig monster voor analyse, kenmerken die het nuttig zouden kunnen maken voor het detecteren van verontreinigingen in voedsel, bijvoorbeeld."

Ontwerpen voor kleine ruimtes

Om de sensor te bedienen, de onderzoekers sturen wit licht van een speciale supercontinuümbron door de vezel. Wanneer het licht het taps toelopende gebied van de vezel binnenkomt, een deel ervan ontsnapt en interageert met het omringende monster op een manier die het spectrum van het licht verschuift. Dit veranderde licht raakt een zilveren spiegel aan het uiteinde van de vezel en wordt door de vezel teruggereflecteerd naar een optische spectrumanalysator die de verandering in het spectrum bewaakt en registreert. De spectrale verschuivingen kunnen worden gebruikt om de chemische eigenschappen van het monster te bepalen.

De nieuwe sensor is een verbetering ten opzichte van een die de onderzoekers eerder hebben ontwikkeld en die ook een S-taper had voor detectie van de brekingsindex. Om het nuttiger te maken voor smalle of beperkte ruimtes, ze ontwierpen de nieuwe sensor om gereflecteerd licht te gebruiken in plaats van licht dat door het monster wordt doorgelaten. Deze verandering maakte de metingen van het apparaat minder gevoelig voor kleine bochten die de vezel zou kunnen ervaren wanneer deze in een monster wordt ingebracht. De S-vormige tapsheid maakt het detectiegedeelte van de vezel ook kleiner dan andere reflectie-brekingsindexsensoren op basis van taps toelopende vezels, die te lang zijn om een ​​compacte sonde te vormen.

Om het nieuwe sensorontwerp te testen, de onderzoekers dompelden het bij kamertemperatuur onder in verschillende concentraties glycerine-wateroplossingen. Door de verschuiving van de reflectiespectra te volgen, de onderzoekers toonden aan dat de sensor zeer gevoelig was voor veranderingen in de brekingsindex in de omringende oplossing. Toen ze de sensor van kamertemperatuur naar 100 graden Celsius verwarmden in stappen van 10 graden, het reflectiespectrum van de sensor veranderde weinig. Hieruit bleek dat temperatuurveranderingen geen invloed hebben op de nauwkeurigheid van de sensor.

Volgende, de onderzoekers zijn van plan om te testen of het nog smaller maken van de vezel de gevoeligheid van de sensor verder kan vergroten. Ze willen ook een versie van de sensor maken met gefunctionaliseerd materiaal op het vezeloppervlak dat zich zou binden aan specifieke moleculen, waardoor de sensor de aanwezigheid van DNA of virussen kan detecteren, bijvoorbeeld.