Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phát hiện thành phần máu bằng cảm biến sợi quang tinh thể
Tóm tắt
Bài báo này đề xuất một cảm biến dựa trên sợi quang tinh thể (PCF) được thiết kế đặc biệt để nhận diện các thành phần máu như hemoglobin, hồng cầu (RBC), bạch cầu (WBC), huyết tương và nước. Để đánh giá các tính năng lan truyền và cảm biến của thiết bị, một nghiên cứu số toàn diện đã được thực hiện với sự trợ giúp của MATLAB. Cảm biến được tối ưu hóa với vật liệu nền là silica và thiết kế các lỗ khí trong ba cấu trúc vòng. Kết quả mô phỏng tại bước sóng lý tưởng 1300 nm xác nhận rằng cảm biến có độ nhạy tương đối cao: 97,66%, 97,22%, 96,95%, 96,37% và 95,78% cho nước, huyết tương, WBC, hemoglobin và RBC tương ứng. Ngoài ra, cảm biến còn có tổn thất giam giữ thấp (~ < 10−8 dB/m), tỷ lệ công suất cao (~ 99%), hằng số lan truyền, tham số V chấp nhận được (~ < 2,3) và độ phân kỳ chùm ánh sáng thấp (~ 15°). Do đó, cảm biến PCF sáng tạo này hứa hẹn sẽ rất hữu ích cho các ứng dụng cảm biến y tế cũng như cho truyền thông quang. Thiết kế đơn giản thân thiện với quá trình chế tạo và độ nhạy cao làm cho cảm biến PCF này trở thành một ứng viên đầy hứa hẹn cho việc phát triển cảm biến.
Từ khóa
#cảm biến sợi quang tinh thể #thành phần máu #hemoglobin #hồng cầu #bạch cầu #huyết tương #mô phỏng MATLABTài liệu tham khảo
Ahmed, K., et al.: Refractive index-based blood components sensing in terahertz spectrum. IEEE Sens. J. 19(9), 3368–3375 (2019). https://doi.org/10.1109/JSEN.2019.2895166
Asaduzzaman, S., et al.: Hexa-sectored square photonic crystal fiber for blood serum and plasma sensing with ultralow confinement loss. Appl. Phys. A 128(6), 467 (2022). https://doi.org/10.1007/s00339-022-05621-x
Atakaramians, S., et al.: THz porous fibers: design, fabrication and experimental characterization. Opt. Express, OE 17(16), 14053–14062 (2009). https://doi.org/10.1364/OE.17.014053
Ayyanar, N., Thavasi Raja, G., Sharma, M., Sriram Kumar, D.: Photonic crystal fiber-based refractive index sensor for early detection of cancer. IEEE Sens. J. 18(17), 7093–7099 (2018). https://doi.org/10.1109/JSEN.2018.2854375
Design and investigation of PCF-based blood components sensor in terahertz regime | Springer Link. Accessed: Jul. 12, 2023. [Online]. Available: https://link.springer.com/article/https://doi.org/10.1007/s00339-019-3164-x
Ebendorff-Heidepriem, H., Schuppich, J., Dowler, A., Lima-Marques, L., Monro, T.M.: 3D-printed extrusion dies: a versatile approach to optical material processing. Opt. Mater. Express OME. 4(8), 1494–1504 (2014). https://doi.org/10.1364/OME.4.001494
Ghazanfari, A., Li, W., Leu, M.C., Hilmas, G.E.: A novel freeform extrusion fabrication process for producing solid ceramic components with uniform layered radiation drying. Addit. Manuf. 15, 102–112 (2017). https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.04.001
Ghosh, D., Roy, S., Pal, M., Pal, A., Bhadra, S.K.: Index-guided photonic crystal fibers: study of fiber drawing parameters. J. Opt. 37(2), 72–77 (2008). https://doi.org/10.1007/BF03354840
Giallorenzi, T.G., et al.: Optical fiber sensor technology. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 30(4), 472–511 (1982). https://doi.org/10.1109/TMTT.1982.1131089
Iqbal, F., et al.: Alcohol sensing and classification using PCF-based sensor. Sens. Bio-Sens. Res. 30, 100384 (2020). https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2020.100384
Kim, J.-C., Kim, H.-K., Paek, U.-C., Lee, B.-H., Eom, J.-B.: The fabrication of a photonic crystal fiber and measurement of its properties. J. Opt. Soc. Korea JOSK. 7(2), 79–83 (2003)
Kuiri, B., et al.: Design and optimization of photonic crystal fiber with low confinement loss guiding 98 OAM modes in THz band. Opt. Fiber Technol. 68, 102752 (2022). https://doi.org/10.1016/j.yofte.2021.102752
Kuiri, B., Dutta, B., Sarkar, N., Santra, S., Atta, R., Patra, A.S.: Development of photonic crystal fiber supporting 124 OAM modes with flat dispersion and low confinement loss. Opt. Quant. Electron. 54(8), 527 (2022). https://doi.org/10.1007/s11082-022-03942-y
Kuiri, B., et al.: Development of ring-core photonic crystal fiber based on LiNbO3 supporting higher-order OAM modes. Opt. Quant. Electron. 55(8), 726 (2023). https://doi.org/10.1007/s11082-023-05028-9
Kuiri, B., et al.: Ultra-low loss polymer-based photonic crystal fiber supporting 242 OAM modes with high bending tolerance for multimode THz communication. Results Phys 36, 105465 (2022). https://doi.org/10.1016/j.rinp.2022.105465
Kumar, A., Verma, P., Jindal, P.: Decagonal solid core PCF based refractive index sensor for blood cells detection in terahertz regime. Opt. Quant. Electron. 53(4), 165 (2021). https://doi.org/10.1007/s11082-021-02818-x
Liu, Z., Wu, C., Tse, M.-L.V., Tam, H.-Y.: Fabrication, characterization, and sensing applications of a high-birefringence suspended-core fiber. J. Lightwave Technol. 32(11), 2113–2122 (2014). https://doi.org/10.1109/JLT.2014.2319818
Paul, B.K., et al.: Design and analysis of slotted core photonic crystal fiber for gas sensing application. Results Phys. 11, 643–650 (2018). https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.10.004
Photonic crystal fibres for chemical sensing and photochemistry-chemical society reviews (RSC Publishing) DOI: https://doi.org/10.1039/C3CS60128E. Accessed: Jul. 12, 2023. [Online]. Available: https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2013/cs/c3cs60128e
Podder, E., Hossain, Md.B., Rahaman, Md.E., Bulbul, A.A.-M., Ahmed, K.: Design and optimization of terahertz blood components sensor using photonic crystal fiber. Sens. Bio-Sens. Res. 30, 100386 (2020). https://doi.org/10.1016/j.sbsr.2020.100386
Priya, K.R., Raja, A.S., Sundar, D.S.: Design of a dual-core liquid-filled photonic crystal fiber coupler and analysis of its optical characteristics. J. Opt. Technol. JOT. 83(9), 569–573 (2016). https://doi.org/10.1364/JOT.83.000569
Priyadarshini, E., Pradhan, N.: Gold nanoparticles as efficient sensors in colorimetric detection of toxic metal ions: a review. Sens. Actuators B Chem. 238, 888–902 (2017). https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.06.081
Rachana, M., Charles, I., Swarnakar, S., Krishna, S.V., Kumar, S.: Recent advances in photonic crystal fiber-based sensors for biomedical applications. Opt. Fiber Technol. 74, 103085 (2022). https://doi.org/10.1016/j.yofte.2022.103085
Richardson, C.J., Magee, E.A.M., Cummings, J.H.: A new method for the determination of sulphide in gastrointestinal contents and whole blood by microdistillation and ion chromatography. Clin. Chim. Acta 293(1), 115–125 (2000). https://doi.org/10.1016/S0009-8981(99)00245-4
Singh S., and Kaur V.: Photonic crystal fiber sensor based on sensing ring for different blood components: design and analysis. In: 2017 Ninth International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), Jul. 2017, pp. 399–403. doi: https://doi.org/10.1109/ICUFN.2017.7993816.
Sultana, J., Islam, M.S., Ahmed, K., Dinovitser, A., Ng, B.W.-H., Abbott, D.: Terahertz detection of alcohol using a photonic crystal fiber sensor. Appl. Opt. AO. 57(10), 2426–2433 (2018). https://doi.org/10.1364/AO.57.002426
Sun, H., Zhang, Y.Y., Si, S.H., Zhu, D.R., Fung, Y.S.: Piezoelectric quartz crystal (PQC) with photochemically deposited nano-sized Ag particles for determining cyanide at trace levels in water. Sens. Actuators, B Chem. 108(1), 925–932 (2005). https://doi.org/10.1016/j.snb.2004.12.120
Talataisong, W., et al.: Novel method for manufacturing optical fiber: extrusion and drawing of microstructured polymer optical fibers from a 3D printer. Opt. Express OE 26(24), 32007–32013 (2018). https://doi.org/10.1364/OE.26.032007
Vijayalakshmi, D., Manimegalai, C.T., Selvakumar, P.: Bi-core photonic crystal fiber for blood component detection. J. Opt. 52(1), 42–49 (2023). https://doi.org/10.1007/s12596-022-00848-6
Yadav, S., Lohia, P., Dwivedi, D.K.: A novel approach for identification of cancer cells using a photonic crystal fiber-based sensor in the terahertz regime. Plasmonics (2023). https://doi.org/10.1007/s11468-023-01887-w