基于扇形塑料光纤SPR传感器的折射率与温度双通道同步检测技术研究

针对传统塑料光纤表面等离子体共振(SPR)传感器在复杂环境中测量精度受限、温度交叉干扰严重的问题，研究人员创新性地开发了一种扇形结构双通道SPR传感器。通过热压法制备扇形塑料光纤(POF)，双侧沉积银膜激发SPR效应，单侧涂覆聚二甲基硅氧烷(PDMS)温度敏感层，实现了折射率(RI)1881 nm/RIU(1.333–1.363 RIU)和温度-0.83 nm/°C(10–70°C)的高灵敏度同步检测，为生物化学传感领域提供了低成本、高精度的双参数监测解决方案。

　　

在生物医学检测和环境监测领域，精确测量液体折射率(RI)和温度是至关重要的技术需求。传统表面等离子体共振(SPR)传感器虽然具有高灵敏度，但普遍存在温度交叉干扰、共振峰宽(全宽半高，FWHM)过大等问题，尤其在塑料光纤(POF)平台中，这些缺陷严重制约了其在复杂环境中的应用。针对这一技术瓶颈，国内研究人员在《Optics》发表了一项创新性研究，通过独特的扇形结构设计和双通道检测策略，成功实现了折射率与温度的高精度解耦测量。

研究团队采用热压法将标准SK40型塑料光纤加工成扇形结构，双侧沉积50 nm银膜激发SPR效应，并在单侧涂覆200 μm厚PDMS温度敏感层。该设计通过几何结构优化（展开角α=90°，热压深度D=300 μm，传感长度L=20 mm），使传感器同时具备窄FWHM（提升抗干扰能力）和双参数检测功能。实验系统采用卤素光源(360–2500 nm)和光谱仪(200–1100 nm)搭建，通过精确控制温控腔(-40–70°C)和标准甘油溶液(RI步长0.01 RIU)进行性能验证。

Results and discussion部分显示，该传感器在RI检测中表现出1881 nm/RIU的灵敏度，优于多数报道的POF-SPR传感器；温度通道的负灵敏度(-0.83 nm/°C)源于PDMS的热光效应与热膨胀效应协同作用。特别值得注意的是，扇形结构将FWHM压缩至传统U型POF传感器的60%，显著提升了信噪比。交叉敏感性实验证实，温度对RI通道的干扰系数仅为0.0003 RIU/°C，验证了双通道设计的有效性。

Conclusion部分强调，这项研究通过创新的扇形结构设计和双功能集成策略，解决了POF-SPR传感器在FWHM和交叉敏感性方面的关键难题。其1881 nm/RIU的灵敏度已达到临床生化检测要求（如血糖监测需>1000 nm/RIU），而-0.83 nm/°C的温度响应速度可满足实时生理监测需求。该技术采用全塑料材质和热压工艺，单件成本不足5美元，在一次性医用传感器领域具有显著优势。作者指出，未来通过优化PDMS配方（如掺杂碳纳米管）和银膜形貌（纳米颗粒修饰），性能还有进一步提升空间。

这项研究由Zhitao Yang团队完成，其价值不仅在于技术参数的突破，更开创了通过几何结构调控POF-SPR性能的新思路。正如通讯作者在讨论部分强调的，扇形结构产生的特殊模态分布可同时优化evanescent wave（倏逝波）强度和角度一致性，这一发现为后续多参数光纤传感器设计提供了重要理论参考。该成果已申请中国发明专利，并正与上海某三甲医院合作开展术中生理参数监测的临床转化研究。