納米技術組裝的新型光纖感測器原理與關鍵技術研究

《納米技術組裝的新型光纖感測器原理與關鍵技術研究》是依託天津大學，由呂辰剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：納米技術組裝的新型光纖感測器原理與關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：呂辰剛
• 依託單位：天津大學

項目摘要

光纖感測在物理量檢測方面已表現出優勢，而在生化量檢測方面，由於受到材料、結構和工藝等因素的束縛，不能很好地滿足生化領域迅猛發展的需求。隨著納米材料和檢測技術的進步，其在生化領域的套用日趨成熟。本項目旨在納米多波長輻射材料研究的基礎上，將光纖感測與多波長檢測技術相結合，探索納米技術組裝的光纖多波長感測理論與關鍵技術。項目研究包括（1）探索ZnO納米複合結構多波長輻射的物理本質,挖掘其在生化感測方面的優勢（2）研究ZnO納米功能材料與光纖結構的組裝，探索新型的光纖感測器的工作機理（3）結合基礎生化實驗（擬採用白蛋白標準試劑濃度檢測），驗證新型光纖感測器的功能。本項目擬解決：納米感測材料多波長輻射的可靠性和可控性、納米技術組裝光纖感測器的感測結構穩定性、以及新型納米光纖感測器在生化測試中的實用性三個關鍵科學問題。本課題目的在於探索光纖感測器的新原理、新結構，促進光纖感測技術在生化檢測領域的發展。

結題摘要

光纖感測技術在力學、振動、熱學等物理量檢測方面已表現出優勢，但是在生物、化學等領域的檢測，由於受到材料、結構和工藝等因素的束縛，不能很好地滿足其特殊行業的需求，將會直接影響到光纖感測在多領域的發展。因此，如何在傳統光纖感測基礎上，引入新的技術創新，拓展光纖感測的套用能力，就顯得尤其重要。為了解決這一問題，我們聯合香港理工大學電子及資訊工程學系（光電子研究中心）、台灣長庚大學光電所（二維納米光電生物醫療感測研究實驗室），完成了三部分內容的研究：一、適於生化檢測領域、高靈敏度、新型光纖雷射感測原理及器件技術，我們在摸索材料、工藝製備多個光纖DBR雷射感測器的基礎上，搭建了靜態應力變化，動態超聲變化的實驗平台，結合理論分析和實驗驗證，探索新型光纖DBR雷射感測器的矢量感知能力。靜態矢量測量達到角度小於10度，側向微壓力0.098牛頓的精度。動態矢量測量達到角度小於15度，超聲功率密度小於10uw/cm2的精度；二、新型光纖雷射感測器件在微納材料封裝後的理論建模及特性改變分析，我們採用微納聚合物封裝光纖DBR雷射感測器建模，實現不同封裝材料與形狀條件下，裸纖感測器靈敏度的變化以及諧振測試點偏移的要求；三、光定址生化二維影像套用探索，我們通過光定址二維影像領域的技術合作，提升感測器的H+、K+、Na+等離子的感測能力，從而實現生物、化學、醫療等多領域的實際套用。課題組圓滿的完成了項目最初設定的目標，課題負責人第一作者（通信作者）與合作單位共同發表了二、三區的SCI期刊論文3篇，國際會議論文4篇（EI檢索），申請國家發明專利6項，培養兩名研究生獲“國家獎學金”，一名研究生在台灣交流期間獲得“論文特優獎”（3名/170名）。