用于高靈敏度納米力測(cè)量的光纖尖端聚合物夾束探頭

由于設(shè)備小型化的趨勢(shì)，顯微操作一直是過去二十年來的熱門話題。與宏觀世界不同，如果接觸力沒有被準(zhǔn)確地檢測(cè)和控制，微觀物體很容易被損壞。例如，在醫(yī)療心臟導(dǎo)管插入術(shù)中，如果醫(yī)生不知道在介入過程中導(dǎo)管和血管壁之間的確切接觸力，則可能會(huì)損壞脆弱的血管網(wǎng)絡(luò)，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。然而，由于機(jī)械反饋機(jī)制和有源組件，縮小納米機(jī)械傳感器的尺寸并提高力分辨率仍然具有挑戰(zhàn)性。開發(fā)緊湊型全纖維微力傳感器可以開啟無數(shù)功能，包括實(shí)時(shí)細(xì)胞內(nèi)監(jiān)測(cè)、微創(chuàng)探測(cè)、

在Light Science & Applications發(fā)表的一篇新論文中，深圳大學(xué)王一平教授及其研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型纖維尖端聚合物夾束探針微力傳感器的微印技術(shù)，用于檢測(cè)生物樣品。所提出的傳感器由兩個(gè)底座、一個(gè)夾緊梁和一個(gè)力傳感探頭組成，它們是使用飛秒激光誘導(dǎo)的雙光子聚合技術(shù)開發(fā)的。這種微型全纖維微力傳感器具有1.51 nm/μN的超高力靈敏度、54.9 nN的檢測(cè)限和2.9 mN的明確傳感器測(cè)量范圍。使用所提出的傳感器成功測(cè)量了聚二甲基硅氧烷、蝴蝶觸角和人類頭發(fā)的楊氏模量。這種方法為實(shí)現(xiàn)小尺寸原子力顯微鏡開辟了新的途徑，可以很容易地適應(yīng)外部專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的使用。該器件將有利于高精度生物醫(yī)學(xué)和材料科學(xué)檢測(cè)，所提出的制造方法為下一代復(fù)雜纖維集成聚合物器件的研究提供了新途徑。

利用結(jié)構(gòu)相關(guān)力學(xué)，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種緊湊型全纖維微力傳感器，用于檢查生物樣品。在該傳感器中，使用TPP 3D microprintnig 方法將夾緊梁、支撐底座和力敏探頭打印在光纖端面上。采用有限元法(FEM)對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)其靜態(tài)特性進(jìn)行分析。引入光纖端面和夾緊光束定義了法布里-珀羅干涉儀 (FPI)。當(dāng)外力施加在探頭上時(shí)，探頭會(huì)偏轉(zhuǎn)夾緊的梁，從而調(diào)節(jié) FPI 的長(zhǎng)度。這種方法利用夾緊梁結(jié)構(gòu)的低剛度和高回彈力，使其在施加很小的力時(shí)能夠產(chǎn)生足夠的變形，

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