Forskare har utvecklat en ny flexibel sensor med hög känslighet som är designad för att utföra olika kemiska och biologiska analyser i mycket små utrymmen. Sensorns lilla storlek innebär att den eventuellt kan användas inuti blodkärl. Med ytterligare utveckling, sensorn kan användas för att upptäcka specifika kemikalier, DNA-molekyler eller virus.

"Vår nya fibersensor har en enkel struktur och är billig att göra samtidigt som den är tillräckligt liten för mycket känslig mätning i trånga områden, "sa Chao Chen, medlem i forskargruppen från Changchun Institute of Optics, Finmekanik och fysik, Kinesiska vetenskapsakademien, Kina. "I framtiden, den kan användas för kemisk och biologisk avkänning i en mängd olika tillämpningar. "

Den nya sensorn består av en 1 millimeter lång del av änden av en optisk fiber som smalnar av och böjs till en konfiguration som kallas en S taper. Genom att upptäcka förändringar i en optisk egenskap som kallas brytningsindex, enheten kan känna av koncentration, pH och andra kemiska parametrar.

I journalen Expressmaterial Express , forskarna visar att deras sensordesign är nio gånger mer känslig än andra avsmalnande fiberbrytningsindexsensorer. De visar också att enhetens mätningar inte påverkas av temperaturförändringar, vilket hjälper till att säkerställa korrekt analys.

"Den lilla sensorn kan eventuellt användas vid raffinaderier för att upptäcka läckor som kan leda till brand eller explosion, "sa Chen." Enheten är känslig och kräver väldigt lite prov för analys, egenskaper som kan göra det användbart för att upptäcka föroreningar i livsmedel, till exempel."

Design för trånga utrymmen

För att använda sensorn, forskarna skickar vitt ljus från en speciell superkontinuumkälla genom fibern. När ljuset kommer in i fiberns avsmalnande område, en del av det flyr ut och interagerar med det omgivande provet på ett sätt som ändrar ljusets spektrum. Detta förändrade ljus träffar en silverspegel i änden av fibern och reflekteras tillbaka genom fibern till en optisk spektrumanalysator som övervakar och registrerar förändringen i spektrum. Spektralskiftningarna kan användas för att bestämma provets kemiska egenskaper.

Den nya sensorn förbättrar en som forskarna tidigare utvecklat som också innehöll en S-avsmalning för avkänning av brytningsindex. För att göra det mer användbart för smala eller begränsade utrymmen, de utformade den nya sensorn för att använda reflekterat ljus snarare än ljus som överförs genom provet. Denna förändring gjorde enhetens mätningar mindre känsliga för små böjningar som fibern kan uppleva när den sätts in i ett prov. Den S-formade avsmalningen gör också avkänningsdelen av fibern mindre än andra reflektionsbrytningsindexsensorer baserade på avsmalnande fibrer, som är för långa för att bilda en kompakt sond.

För att testa den nya sensordesignen, forskarna nedsänkte det i olika koncentrationer av glycerin-vattenlösningar vid rumstemperatur. Genom att övervaka förskjutningen av reflektionsspektra, forskarna visade att sensorn var mycket känslig för brytningsindexändringar i den omgivande lösningen. När de värmde sensorn från rumstemperatur till 100 grader Celsius i steg om 10 grader, sensorns reflektionsspektrum förändrades väldigt lite. Detta visade att temperaturförändringar inte påverkar sensorns noggrannhet.

Nästa, forskarna planerar att testa om fiberkvaliteten blir ännu smalare ytterligare kan öka sensorns känslighet. De vill också göra en version av sensorn med funktionaliserat material på fiberytan som skulle binda till specifika molekyler, låter sensorn upptäcka närvaron av DNA eller virus, till exempel.