光学传感器

Abstract(#br)Herein, we report polydimethylsiloxane (PDMS) based optical sensing platforms and describe how they can be tuned, using nanomaterials, to exhibit plasmonic properties that can be exploited for sensing applications. The platforms include a colorimetric-based sensor realized on gold nanoparticles grown on PDMS films. A theoretical model based on finite element analysis was developed in order to describe the optical behavior and the functional properties of these plasmonic transducers.

作者提出了一种基于Ⅱ - Ⅵ化合物组成的纳米线的柔性微谐振器，用于检测外界运动引起的微小应变。将纳米线环谐振器嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )柔性体中，以提高耦合效率。本工作将CdS纳米线制备在PDMS柔性衬底上。在纤维尖的帮助下，在显微镜下操纵单根纳米线，使弯折线成环形，使凋落物重叠。这种重叠提高了耦合效率和传感器性能。环形腔直径为1 µ m，长度为75 µ m，半径为α = 10 µ m。实验演示了制作应变传感器的过程，并检测出峰值位移。这种谐振波长在拉伸柔性衬底时出现红移和线性调谐。品质因数约为2000，规整因子约为每拉伸单元80nm。该传感器结构小、灵敏度高，可集成到芯片中。这在一定程度上促进了小型化的发展。因此，本工作有利于光学操纵，进一步推广到可调谐光源。

作者提出了一种基于Ⅱ - Ⅵ化合物组成的纳米线的柔性微谐振器，用于检测外界运动引起的微小应变。将纳米线环谐振器嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )柔性体中，以提高耦合效率。本工作将CdS纳米线制备在PDMS柔性衬底上。在纤维尖的帮助下，在显微镜下操纵单根纳米线，使弯折线成环形，使凋落物重叠。这种重叠提高了耦合效率和传感器性能。环形腔有直径1µm、长度75µm、半径10µm的参数。实验演示了制作应变传感器的过程，并检测出峰值位移。这种谐振波长在柔性基底拉伸时出现红移和线性调谐。品质因数约为2000，规整因子约为每拉伸单元80 nm。该传感器结构小、灵敏度高，可集成到芯片中。这在一定程度上促进了小型化的发展。因此，本工作有利于光学操纵，进一步推广到可调谐光源。

在测量领域，迫切需要可拉伸应变传感器。本文报道了一种适用于大规模应变和高灵敏度浓度测量的无芯聚二甲基硅氧烷( PDMS )光学传感器。本文提出的无芯PDMS纤维是由聚二甲基硅氧烷和固化剂按一定比例混合而成。无芯PDMS光纤的输出光谱损耗随拉伸或周围变化而变化。实验结果表明，在0 % ~ 25 %范围内，应变灵敏度最高，为3.5070 / ε。同时，输出光谱的强度变化与卤水浓度在2.5 % ~ 10 %范围内呈线性关系。所提出的无芯PDMS纤维在可穿戴设备、复合材料结构健康、民用建筑和浓度测量等领域具有潜在的应用前景。

本文提出了一个理论框架来解释如何利用透明弹性光栅结构来提高超声检测的力学和光学性能。入射超声波可以压缩柔性材料，其中弹性膜厚度的变化可以通过光学干涉仪测量。本文将聚二甲基硅氧烷( PDMS )应用于薄膜光栅图案的设计。光栅周期小于超声波长的PDMS光栅允许超声耦合到声表面波( SAW )模式。光栅间隙为PDMS光栅在超声照射时被压缩提供了空间。这种光栅模式可以通过法布里-珀罗谐振模式提供一种基于嵌入式薄膜的光学干涉仪。比较了几种基于光学薄膜的超声检测技术。与表面等离子体共振传感器、均匀PDMS薄膜、剪切干涉PDMS传感器和传统法布里-珀罗传感器相比，该弹性光栅对超声检测具有更高的灵敏度。PDMS光栅的灵敏度提高了1.3 × 10-5 Pa-1，品质因数提高了1.4 × 10-5 Pa-1，分别比传统法布里-珀罗结构提高了7倍和4倍。

本文提出了一个理论框架来解释如何利用透明弹性光栅结构来提高超声检测的力学和光学性能。入射超声波可以压缩柔性材料，其中弹性膜厚度的变化可以通过光学干涉仪测量。本文将聚二甲基硅氧烷( PDMS )应用于薄膜光栅图案的设计。光栅周期小于超声波长的PDMS光栅允许超声耦合到声表面波( SAW )模式。光栅间隙为PDMS光栅在超声照射时被压缩提供了空间。这种光栅模式可以通过法布里-珀罗谐振模式提供一种基于嵌入式薄膜的光学干涉仪。比较了几种基于光学薄膜的超声检测技术。与表面等离子体共振传感器、均匀PDMS薄膜、剪切干涉PDMS传感器和传统法布里-珀罗传感器相比，该弹性光栅对超声检测具有更高的灵敏度。PDMS光栅实现了灵敏度高达1.3×10 - 5 Pa-1和1.4×10 - 5 Pa-1的增强，分别比常规法布里-珀罗结构提高了7倍和4倍。

原位分析装置的研制获得了突出的科学兴趣。提出了一种将1，2 -萘醌-4 -磺酸盐( NQS )衍生化试剂嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料中的固体传感膜，用于水中NH4和尿中NH2CONH2的原位分析。对于脲酶催化水解尿素也应用了满意的策略，无论是在溶液中还是玻璃负载的脲酶固定化。采用漫反射测量结合彩色强度( RGB坐标)数字图像处理，在传感膜内部发生比色反应后，对定性和定量分析物检测进行评估。在传感器响应与分析物浓度之间找到了合适的线性关系，并用基于Berthelot反应的麝香草酚PDMS传感器对结果进行了验证。所建议的传感装置具有快速、通用性、可移植性和使用无毒试剂等优点，便于以节能的方式进行原位分析。

原位分析装置的研制获得了突出的科学兴趣。提出了一种将1，2 -萘醌-4 -磺酸盐( NQS )衍生化试剂嵌入到聚二甲基硅氧烷( PDMS )复合材料中的固体传感膜，用于水中NH4和尿中NH2CONH2的原位分析。对于脲酶催化水解尿素也应用了满意的策略，无论是在溶液中还是玻璃负载的脲酶固定化。采用漫反射测量结合彩色强度( RGB坐标)数字图像处理，在传感膜内部发生比色反应后，对定性和定量分析物检测进行评估。在传感器响应与分析物浓度之间找到了合适的线性关系，并用基于Berthelot反应的麝香草酚PDMS传感器对结果进行了验证。所建议的传感装置具有快速、通用性、可移植性和使用无毒试剂等优点，便于以节能的方式进行原位分析。