研究人员开发出用于测量体内微变化的小型光纤压力传感器
研究人员已经开发出一种极其敏感的微型光纤传感器，有朝一日可用于测量人体的微小压力变化。先进的聚合物光学传感器设计用于长期健康监测。这种小型光纤压力传感器可测量体内微变化。
新型压力传感器是为医疗应用而设计的，它克服了使用硅基光纤的许多问题，它的灵敏度足以在呼吸时测量肺部内部的压力，这种压力的变化只有几千帕。
研究人员在光学学会(OSA)杂志《Optics Letters》上描述了他们的新型光纤传感器。该传感器是基于光纤布拉格光栅(FBG)刻入由一种名为Zeonex的新型聚合物制成的光纤中，能够检测到仅2千帕的压力变化。
FBG传感器可以用于各种医疗应用，因为除了生物相容性之外，这种纤维还具有化学惰性，而且对水分也不敏感，最终目标是使用这些类型的传感器来监测动物和人体内的各种参数–包括压力、温度和应变。
制作聚合物传感器
许多光纤传感器都是基于FBG，即可以刻在光纤上的微小周期性微结构。当压力上升时，光纤会轻微拉伸，增加光栅的周期，从而改变其折射率，使光输出向光谱的红色端移动。同样，压力的降低也会产生蓝移。
用传统的二氧化硅光纤制作FBG传感器对于医疗应用来说并不理想，尤其是那些涉及到在体内长期使用的应用，因为这些光纤表现出相对较高的刚度，而且可能会很脆。嵌入在二氧化硅光纤中的FBG对微小压力变化的灵敏度也很有限，因为这种材料不容易拉伸和收缩。虽然已经开发出了聚合物光纤，但它们往往会吸水–这可能会影响测量结果。
为了克服这些障碍，研究人员转而使用先进的聚合物Zeonex。这种新材料不仅在化学上具有惰性，在像人体中的水环境中也能很好地工作，而且与二氧化硅纤维相比，它在压力变化的反应中表现出更高的光移。尽管通常使用称为掺杂剂的物质来制造具有不同折射率的纤维内芯和外包层材料，但研究人员通过使用不同等级的Zeonex来制造单材料纤维，简化了制造过程。
高分辨率、可重复的读数
为了演示新型传感器，研究人员将其性能与类似设计的传统聚合物传感器进行了比较。传感器被放置在一个腔室内，在大气压力之上和之下，压力被手动逐级增加和减少。两个传感器均实时监控相应的光偏移。
他们发现，基于Zeonex的侧孔设计的传感器产生的响应是线性的，可重复的，滞后或误差可以忽略不计。测试表明，该传感器可用于测量高于或低于大气压50千帕的低压，分辨率为2.0千帕。与传统的聚合物型传感器相比，压力测量的灵敏度提高了80%。获取更多前沿科技信息访问：https://byteclicks.com
研究人员现在正在努力进一步缩短传感器的响应时间，目前的响应时间只有几十秒。他们还想将该传感器扩展到测量其他物理和化学参数，如pH值，并对探头进行功能化处理，使其能够检测特定气体的压力。
用于制造新型传感器的光纤完全由先进的聚合物Zeonex制成。
