Les chercheurs ont développé un nouveau capteur flexible à haute sensibilité conçu pour effectuer diverses analyses chimiques et biologiques dans de très petits espaces. La petite taille du capteur signifie qu'il pourrait potentiellement être utilisé à l'intérieur des vaisseaux sanguins. Avec un développement supplémentaire, le capteur peut être utilisé pour détecter des produits chimiques spécifiques, Molécules d'ADN ou virus.

"Notre nouveau capteur à fibre a une structure simple et est peu coûteux à fabriquer tout en étant suffisamment petit pour des mesures très sensibles dans des zones étroites, " dit Chao Chen, membre de l'équipe de recherche de l'Institut d'optique de Changchun, Mécanique fine et physique, Académie chinoise des sciences, Chine. "À l'avenir, il pourrait être utilisé pour la détection chimique et biologique dans une variété d'applications."

Le nouveau capteur se compose d'une partie de 1 millimètre de long de l'extrémité d'une fibre optique qui se rétrécit et est pliée dans une configuration appelée un cône en S. En détectant les changements d'une propriété optique connue sous le nom d'indice de réfraction, l'appareil peut détecter la concentration, pH et autres paramètres chimiques.

Dans la revue Matériaux optiques Express , les chercheurs montrent que la conception de leur capteur est neuf fois plus sensible que les autres capteurs à indice de réfraction à fibre conique. Ils démontrent également que les mesures de l'appareil ne sont pas affectées par les changements de température, ce qui permet d'assurer une analyse précise.

"Le minuscule capteur pourrait potentiellement être utilisé dans les raffineries pour détecter des fuites pouvant entraîner un incendie ou une explosion, " a déclaré Chen. " L'appareil est sensible et nécessite très peu d'échantillon pour l'analyse, caractéristiques qui pourraient le rendre utile pour détecter les contaminants dans les aliments, par exemple."

Concevoir pour les espaces étroits

Pour faire fonctionner le capteur, les chercheurs envoient de la lumière blanche à partir d'une source spéciale de supercontinuum à travers la fibre. Lorsque la lumière pénètre dans la zone conique de la fibre, une partie s'échappe et interagit avec l'échantillon environnant d'une manière qui décale le spectre de la lumière. Cette lumière altérée frappe un miroir argenté à l'extrémité de la fibre et est réfléchie à travers la fibre vers un analyseur de spectre optique qui surveille et enregistre le changement de spectre. Les décalages spectraux peuvent être utilisés pour déterminer les propriétés chimiques de l'échantillon.

Le nouveau capteur améliore celui que les chercheurs ont développé précédemment et qui comportait également un cône en S pour la détection de l'indice de réfraction. Pour le rendre plus utile pour les espaces étroits ou limités, ils ont conçu le nouveau capteur pour utiliser la lumière réfléchie plutôt que la lumière qui se transmet à travers l'échantillon. Ce changement a rendu les mesures de l'appareil moins sensibles aux petites courbures que la fibre peut subir lorsqu'elle est insérée dans un échantillon. La conicité en forme de S rend également la partie de détection de la fibre plus petite que d'autres capteurs d'indice de réfraction par réflexion basés sur des fibres coniques, trop longues pour former une sonde compacte.

Pour tester la nouvelle conception du capteur, les chercheurs l'ont immergé dans diverses concentrations de solutions de glycérine et d'eau à température ambiante. En surveillant le décalage des spectres de réflexion, les chercheurs ont démontré que le capteur était très sensible aux changements d'indice de réfraction dans la solution environnante. Lorsqu'ils ont chauffé le capteur de la température ambiante à 100 degrés Celsius par incréments de 10 degrés, le spectre de réflexion du capteur a très peu changé. Cela a montré que les changements de température n'affectent pas la précision du capteur.

Prochain, les chercheurs prévoient de tester si le fait de rendre la fibre conique encore plus étroite pourrait augmenter encore la sensibilité du capteur. Ils veulent également fabriquer une version du capteur avec un matériau fonctionnalisé à la surface de la fibre qui se lierait à des molécules spécifiques, permettant au capteur de détecter la présence d'ADN ou de virus, par exemple.