基于Vernier效应与碳纳米管掺杂PDMS的超高灵敏度微流控流量传感器

研究人员针对微流控系统中流量监测灵敏度不足的问题，提出了一种基于Vernier效应和碳纳米管掺杂PDMS（CNTs-PDMS）的光纤传感器。通过构建级联Fabry–Perot干涉仪（FPIs）和利用CNTs的光热特性，实现了36.5 nm/(μL/s)的超高灵敏度，为微流控领域的精准流量检测提供了紧凑、稳定的解决方案。

　　

微流控技术因其在化学合成、生物医学等领域的广泛应用而备受关注，但传统流量传感器存在灵敏度低、体积大等问题。例如，激光多普勒测速需添加示踪粒子，而光纤“热线”传感器依赖昂贵的CO²⁺掺杂。针对这些挑战，上海理工大学的研究团队开发了一种基于Vernier效应和碳纳米管掺杂PDMS（CNTs-PDMS）的超紧凑流量传感器，相关成果发表于《Sensors and Actuators A: Physical》。

研究采用级联Fabry–Perot干涉仪（FPIs）结构，通过单模光纤（SMF）与空心光纤（HCF）熔接形成传感臂（SMF-HCF-PDMS）和参考臂（SMF-HCF-SMF）。CNTs-PDMS的光热效应使传感臂腔长随流量变化，通过Vernier谱包络位移实现检测。实验表明，该传感器灵敏度达36.5 nm/(μL/s)，较传统FPI提升10倍，且传感区域仅450 μm，适用于狭窄空间。

Fabrication and sensing principle
传感器通过熔接SMF与HCF构建FPIs，PDMS部分填充传感臂HCF。CNTs吸收激光产生热量，PDMS热膨胀改变腔长，微流体流动调节热平衡温度，最终通过Vernier谱包络位移反映流量。

Experimental results and discussion
实验采用超连续宽带光源（SBS）和环形器系统，验证了传感器在0.2–1.0 μL/s范围内的线性响应，灵敏度显著高于传统FPI，且具备高稳定性。

Conclusion
该研究通过Vernier效应与CNTs-PDMS的协同作用，实现了超高灵敏度微流控检测，为生物医学和化学分析提供了新型工具。作者团队（Weinan Liu等）强调其结构紧凑、成本低的优势，未来可拓展至多参数传感。研究获国家自然科学基金（62075130）等支持。