I ricercatori hanno sviluppato un nuovo sensore flessibile ad alta sensibilità progettato per eseguire una varietà di analisi chimiche e biologiche in spazi molto piccoli. Le dimensioni ridotte del sensore significano che potrebbe essere potenzialmente utilizzato all'interno dei vasi sanguigni. Con ulteriore sviluppo, il sensore potrebbe essere utilizzato per rilevare sostanze chimiche specifiche, Molecole di DNA o virus.

"Il nostro nuovo sensore a fibra ha una struttura semplice ed è poco costoso da realizzare pur essendo abbastanza piccolo per misurazioni altamente sensibili in aree ristrette, " disse Chao Chen, un membro del gruppo di ricerca dell'Istituto di ottica di Changchun, Meccanica Fine e Fisica, Accademia cinese delle scienze, Cina. "Nel futuro, potrebbe essere utilizzato per il rilevamento chimico e biologico in una varietà di applicazioni".

Il nuovo sensore è costituito da una porzione lunga 1 millimetro dell'estremità di una fibra ottica che si restringe e viene piegata in una configurazione chiamata cono S. Rilevando i cambiamenti in una proprietà ottica nota come indice di rifrazione, il dispositivo può rilevare la concentrazione, pH e altri parametri chimici.

Nel diario Materiali ottici Express , i ricercatori mostrano che il loro design del sensore è nove volte più sensibile di altri sensori con indice di rifrazione a fibra conica. Dimostrano inoltre che le misurazioni del dispositivo non sono influenzate dalle variazioni di temperatura, che aiuta a garantire un'analisi accurata.

"Il minuscolo sensore potrebbe essere utilizzato nelle raffinerie per rilevare perdite che potrebbero causare un incendio o un'esplosione, " ha detto Chen. "Il dispositivo è sensibile e richiede pochissimo campione per l'analisi, caratteristiche che potrebbero renderlo utile per rilevare contaminanti negli alimenti, Per esempio."

Progettare per spazi ristretti

Per azionare il sensore, i ricercatori inviano luce bianca da una speciale sorgente di supercontinuo attraverso la fibra. Quando la luce entra nell'area rastremata della fibra, una parte di esso sfugge e interagisce con il campione circostante in un modo che sposta lo spettro della luce. Questa luce alterata colpisce uno specchio d'argento all'estremità della fibra e viene riflessa attraverso la fibra a un analizzatore di spettro ottico che monitora e registra il cambiamento di spettro. Gli spostamenti spettrali possono essere utilizzati per determinare le proprietà chimiche del campione.

Il nuovo sensore migliora uno sviluppato in precedenza dai ricercatori che presentava anche un cono S per il rilevamento dell'indice di rifrazione. Per renderlo più utile per spazi ristretti o ristretti, hanno progettato il nuovo sensore per utilizzare la luce riflessa anziché la luce che trasmette attraverso il campione. Questa modifica ha reso le misurazioni del dispositivo meno sensibili alle piccole pieghe che la fibra potrebbe subire quando inserita in un campione. La conicità a forma di S rende anche la porzione di rilevamento della fibra più piccola di altri sensori di indice di rifrazione a riflessione basati su fibre coniche, che sono troppo lunghi per formare una sonda compatta.

Per testare il nuovo design del sensore, i ricercatori lo hanno immerso in varie concentrazioni di soluzioni glicerina-acqua a temperatura ambiente. Monitorando lo spostamento degli spettri di riflessione, i ricercatori hanno dimostrato che il sensore era altamente sensibile ai cambiamenti dell'indice di rifrazione nella soluzione circostante. Quando hanno riscaldato il sensore dalla temperatura ambiente a 100 gradi Celsius con incrementi di 10 gradi, lo spettro di riflessione del sensore è cambiato molto poco. Ciò ha dimostrato che le variazioni di temperatura non influiscono sulla precisione del sensore.

Prossimo, i ricercatori hanno in programma di verificare se rendere la conicità della fibra ancora più stretta potrebbe aumentare ulteriormente la sensibilità del sensore. Vogliono anche realizzare una versione del sensore con materiale funzionalizzato sulla superficie della fibra che si legherebbe a molecole specifiche, permettendo al sensore di rilevare la presenza di DNA o virus, Per esempio.