کامپوزیت های پلیمری لومیسنت برای سنسورهای فیبر نوری
حسگرهای فیبر نوری حاوی مواد لومیسنت برای تشخیص پارامترهای فیزیکی و گونه های بیوشیمیایی هستند. مواد فلورسنت ادغام شده روی نوک فیبرهای نوری ابزاری برای انجام ترمومتری فلورسانس فراهم می کنند در حالی که شدت میدان آن یا تغییرات طیفی سیگنال فلورسانس را کنترل می کنند. به طور مشابه، مولکول های خاص را می توان با کنترل انتشار مشخصه آنها در محدوده طول موج UV بررسی کرد. یک عنصر کلیدی برای این حسگرها کامپوزیت لومیسنت است که ممکن است با تخصیص نانوذرات لومیسنت در میزبان های شیشه ای یا پلیمری به دست آید. در اینجا، ما ویژگی های فلورسانس در دو کامپوزیت حاوی پودرهای فلورسنت دوپ شده با لانتانید را با استفاده از پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) به عنوان میزبان بررسی می کنیم. کامپوزیت ها با روش اختلاط ساده به دست می آیند و با غوطه وری یا قالب گیری روی سطوح انتهایی فیبرهای نوری رسوب می کنند. از آنجا که یکی از کامپوزیت ها برای ساخت حسگرهای دمای فیبر نوری مفید است، نتایج به دست آمده برای تشخیص اشعه UV امیدوارکننده هستند. عملکرد هر دو کامپوزیت ابتدا برای ساخت غشا با بررسی خواصی مانند پایداری فلورسنت ارزیابی می شود. ما بیشتر تأثیر پارامترهایی مانند غلظت ذرات و چگالی را بر خواص فلورسانس مخلوط های پلیمری بررسی می کنیم. در نهایت، ادغام این کامپوزیت های فلورسنت PDMS بر روی فیبرهای نوری و قابلیت های سنجش آنها را مورد بررسی قرار می دهیم.
شناسایی و تعیین کمیّت گونه های بیولوژیکی و شیمیایی در زمینه هایی مانند علوم محیطی، تشخیص بالینی، زیست شناسی و شیمی ضرورت دارد. از بین گزینه های موجود برای انجام این کار، روش های نوری چندین مزیت نسبت به سایر رویکردهای حسی دارند که مهم ترین آنها حساسیت بالا و گزینش پذیری آنها است و این دو ویژگی در سیستم های سنجش بیوشیمیایی بسیار مطلوب هستند. اگرچه از چندین تکنیک برای سنجش نوری استفاده می شود، اما ارزیابی های فلورسانس به عنوان یکی از قوی ترین ابزارهای بیوشیمیایی شناخته می شوند. جدا از قابلیت های نظارت از راه دور، سیگنال های فلورسانس را می توان به روش های مختلف تجزیه و تحلیل کرد که امکان بررسی طیف گسترده ای از طرح ها را فراهم می کنند. خواص طیفی، طول عمر و شدت میدان شاید رایج ترین نمونه از جنبه های مختلفی باشند که می توان آنها را از طریق یک سیگنال فلورسنت آنالیز کرد. ظهور ابزارهای نوری فشرده و ناهموار مانند اسپکترومترهای حالت جامد و همچنین دسترسی به فیبرهای نوری، منابع نور و آشکارسازها امکان توسعه پلتفرم های حسگر فلورسنت فشرده و پورتابل را با بهره برداری از تطبیق پذیری حسگر فلورسانس را فراهم کرده است. اگرچه برخی از تحلیل ها انتشار فلورسانس مناسب را برای حسگرها فراهم می کنند، شاخص های بیرونی و فلورسنت (مانند فلوروفورهای درون زا) به نمونه ها افزوده می شوند در صورتی که مولکول هدف فاقد فلوروفورهای درون زا باشد. انواع مختلف نانوذرات، سطوح، طلا کربن و نقاط کوانتومی با گیرنده های شیمیایی ترکیب شده و مواد فلورسنت تولید می کنند و همچنین امکان تشخیص فلورسانس را نیز فراهم می کنند. پلیمرهای فلورسنت به دست آمده یا ادغام شده با فلوروفورها در زنجیره پلیمر یا از طریق تجمع (که اصطلاحا پلیمرهای انتشار حاصل از تجمع نام دارند) به دلیل دارا بودن خواص ویسکوالاستیک و مکانیکی مطلوب در ساخت دیوایس ها بسیار مورد توجه هستند. علاوه براین، کامپوزیت های پلیمری فلورسنت ممکن است پس از ادغام رنگ ها یا نانوذرات فلورسنت در ماتریس های پلیمری شفاف نامینال یا از طریق جذب، اتصال کووالانسی یا کپسوله سازی حاصل شوند. این کامپوزیت های فلورسنت کاربرد گسترده ای در تولید فیلم های نازک و میکروسفر در حسگرها دارند. جدا از دسترسی ساده به این مواد، برای ساخت حسگر روی فیبرهای نوری و موج برها تعبیه می شوند. هم موج برهای مسطح و هم فیبرهای نوری اجزای کلیدی در سکوهای سنجش فلورسانس فشرده هستند.
فیبرها امکان بررسی اسپکتروسکوپی از راه دور موقعیت ها را در محدوده طیفی وسیعی فراهم می کنند. اگر با پلیمرهای فلورسنت پوشش داده شوند، امکان تشخیص مولکول هایی را فراهم می کنند که در غیر این صورت با اسپکتروسکوپی نوری غیر قابل مشاهده هستند. علاوه براین، دسترسی به دسته های الیاف و الیاف میکروساختار (به عنوان مثال، الیاف کریستال فتونیک) ابزار جدیدی برای توسعه دستگاه های تصویربرداری فلورسانس و همچنین آرایه های حسگر ترکیبی از ساختار فیبر نوری جدید و کامپوزیت های پلیمری فلورسنت معرفی کرده است. از بین میزبان های پلیمری مختلف گزارش شده برای رنگ های فلورسنت و نانوذرات، پلی دی متیل سیلوکسان (PDMS) ویژگی های جذابی برای سنجش فلورسانس از خود نشان می دهد. این الاستومر سیلیکونی به دلیل حرارت مطلوب، خواص رئولوژیکی، مکانیکی و بیولوژیکی در زمینه های مختلفی قابلیت استفاده دارد. از آنجا که فرآیند ساخت تراشه های میکروسیال معمولاً بر لیتوگرافی نرم در PDMS متکی است، همچنین به عنوان بلوک ساختمانی برای پلتفرم های میکروسیال کاربرد دارد و به دلیل شفافیت نوری (240 تا 1100 نانومتر) در ساخت موج برهای مسطح و فیبر نوری نیز استفاده می شود. همچنین، PDMS می تواند میزبان فلوروفورها باشد و در نتیجه، ساخت ترتیبات میکروسیال با قابلیت های حسگر فلورسانس را ممکن سازد. در این مقاله، به بحث در مورد استفاده از کامپوزیت های فلورسنت PDMS در ساخت حسگرهای فیبر نوری می پردازیم. همچنین روی دو کامپوزیت متمرکز شدیم که با پودرهای فلورسنت دوپ شده با لانتانید را با استفاده از PDMS به عنوان میزبان ترکیب شدند. از آنجا که یکی از کامپوزیت ها برای ساخت سنسورهای دمای فیبر نوری بسیار مفید است، نمونه دیگر یافته های امیدوارکننده ای برای تشخیص انتشار UV داشت. سنجش دما در کاربردهای بی شماری قابلیت استفاده دارد و تشخیص فلورسانس UV نیز در بیوسنسینگ و بیوشیمیایی مناسب است.
نتیجه گیری
کامپوزیت های پلیمری را می توان به راحتی با ترکیب پودرهای دوپ شده با لانتانید در PDMS که کاربردهای مختلفی دارد، به دست آورد. پودرهای NaY₀.₇₇Yb₀.₂₀Er₀.₀₃F₄ و Gd₂O₂S:Eu با PDMS ترکیب شدند و غشاهای این کامپوزیت ها (PDMS-YbEr و PDMS-GOS:Eu) به ترتیب برای ارزیابی ویژگی های فلورسانس آنها استفاده شدند. هر دو ماده پایداری حرارتی عالی داشتند و هیچ شواهدی مبنی بر فتوبلیچینگ یا بلیچینگ حرارتی در شرایط تجربی وجود ندارد. با اینکه کامپوزیت PDMS-YbEr به عنوان یک ماده جذاب در سنجش دما با استفاده از انتشار بالا دگرگونی تایید شد، کامپوزیت PDMS-GOS:Eu پتانسیل کنترل انتشار UV را از طریق تبدیل پایین دارد. با توجه به سهولت پردازش PDMS، هر دو ماده می توانند به راحتی برای ساخت حسگرهای فیبر نوری روی فیبرهای نوری تعبیه شوند که پاسخ آنها نیز با کمک ابزارهای فشرده که معمولاً با ترتیبات سنجش فیبر نوری استفاده می شوند، تجزیه و تحلیل می شود. در اینجا، از دو روش برای ساخت حسگرهای فیبر نوری فلورسانس استفاده کردیم: قالب گیری ساده و فرایند غوطه وری که در هر دو مورد، کامپوزیت پلیمری به نوک فیبرهای نوری متصل شده و یک پروب فیبری برای سنجش دمای فلورسنت (PDMS-YbEr) و یک پروب فیبر در تشخیص UV ایجاد می کند. انتظار را داریم این دستگاه های کامپوزیت پلیمری در کاربردهای بیوشیمیایی و زیست پزشکی به منظور سنجش دما و کنترل انتشار UV از گونه های بیوشیمیایی مفید باشند.
