基于丝素蛋白薄膜的光纤Fabry-Perot压力传感器

摘要

生物医学应用对光学接口的需求导致了对发展生物相容的光子元器件的持续增长的需求。对于包括传感器、成像、生物微机电系统（MEMS）设备以及治疗学等在内的一些应用来说，生物光子器件都是必须的。这使得它们成为了光学和生物世界之间的桥梁。丝素蛋白作为一种生物材料，由于其具备良好的生物兼容性和生物降解性，因此在生物领域有着广泛的应用。同时，在光学方面，丝素蛋白也表现出很好的特性，在光学领域具有很大的发展前景。 本论文对丝素蛋白材料应用于光纤传感技术进行了一些探索。论文首先研究了再生丝素水溶液的制备工艺。丝素蛋白作为一种天然高分子材料，其有别于其他生物相容性材料的一个显著优点在于其制备过程的环境友好性。同时，丝素蛋白的基本结构虽然简单，但二级结构却很复杂，也正是这些复杂而特殊的结构赋予了丝素蛋白各种优良的光学和物理化学特性，使它不仅可以以传统的方式应用于生物医学领域，而且为新型生物光子器件的出现创造了机会。 其次，论文对基于丝素蛋白薄膜的光纤端面Fabry-Perot传感器的制备进行了研究。通过选择合适的表面处理工艺和传感器制备工艺，再生丝素溶液可以在中空的陶瓷插芯端面形成质量良好的薄膜，并与平整的光纤端面一起构成一个性能良好的Fabry-Perot腔。测试结果表明这种基于丝素蛋白薄膜的光纤端面Fabry-Perot腔具有高质量的干涉谱，从而可用作具有高度生物相容性的光纤Fabry-Perot传感器。 最后，采用陶瓷插芯和制备的再生丝素蛋白溶液研制了能够应用于压力测量的光纤端面Fabry-Perot传感器。测量结果表明该传感器的丝素膜厚度约为20μm，在0~0.08MPa的压强范围内有较好的线性响应，使用解调精度较高的傅立叶变换法解调出腔长与压强作用的关系，结果表明腔长度变化的响应为12.3nm/kPa。

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