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我国科学家成功实现用于高灵敏度纳米力测量的光纤尖端聚合物夹束探头

前瞻网    2021-09-24 21:18

显微操作和生物、材料科学和医学应用通常需要控制或测量施加在小物体上的力。与宏观世界不同,如果接触力没有被准确地检测和控制,微观物体很容易被损坏。例如,在医疗心脏导管插入术中,如果医生不知道在介入过程中导管和血管壁之间的确切接触力,则可能会损坏脆弱的血管网络,从而导致严重的后果。然而,由于机械反馈机制和有源组件,缩小纳米机械传感器的尺寸并提高力分辨率仍然具有挑战性。开发紧凑型全纤维微力传感器可以开启无数功能,包括实时细胞内监测、微创探测等。在日前发布的一篇最新论文当中,深圳大学王一平教授及其研究团队提出了一种新型纤维尖端聚合物夹束探针微力传感器的微印技术,用于检测生物样品。

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传感器示意图,图源论文

这个传感器由两个底座、一个夹紧梁和一个力传感探头组成,它们是使用飞秒激光诱导双光子聚合 (TPP) 技术开发的。基于有限元法(FEM)对结构的静态性能进行模拟,为结构设计提供依据。这种类型的微型全纤维微力传感器表现出1.51 nm μN -1的超高力灵敏度,检测限为 54.9 nN,明确的传感器测量范围为 ~2.9 mN。使用所提出的传感器成功测量了聚二甲基硅氧烷、蝴蝶触角和人类头发的杨氏模量。

据研究团队,该光纤传感器在迄今为止报道的直接接触模式下具有最小的力检测极限,可与原子力显微镜 (AFM) 相媲美。这种方法为实现小尺寸原子力显微镜开辟了新的途径,可以很容易地适应外部专业实验室的使用。因此,该器件将有利于高精度生物医学和材料科学检测,所提出的制造方法为下一代复杂纤维集成聚合物器件的研究提供了新途径。

该论文题为'Fiber-tip polymer clamped-beam probe for high-sensitivity nanoforce measurements',发表于Light Science & Applications期刊。

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责任编辑: 4150ZYN

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