Волоконно – отптичні біомедичні сенсори
Волоконно-оптичні датчики містять джерело світла, оптичне волокно, зовнішній датчик, і фотодетектор. Вони мають чутливість шляхом виявлення модуляції одного або більше властивостей світла, які керуються інтенсивністю всередині волокна, наприклад довжини хвилі або поляризації. Модуляція виробляється прямим і відтвореним чином від зовнішнього обурення, викликаного фізичним параметром, величина якого повинна вимірюватись. Вимірюваний параметр, який нас цікавить виводиться з виявлених змін у світлових параметрах. Існують два основних типи волоконно-оптичних датчиків. Зовнішні пристрої, які працюють завдяки передачі сигналу до датчику, в той час як внутрішні пристрої цього не роблять (див. Рис. 1). У внутрішньому датчику, світло ніколи не виходить з волокна і вимірюваний параметр впливає на властивості світла, що поширюється вздовж волокна, діючи безпосередньо на саме волокно. В зовнішньому датчику, обурення діє на перетворювач і оптичне волокно просто пропускає світло з місця перехоплення.
Рис. 1. Схема, зовнішнього пристрою (а), внутрішнього пристрою (б)
Багато різних волоконно-оптичних механізмів датчиків були продемонстровані вже
промисловими зразками, а деякі для біомедичного застосування, серед яких волоконні брегівські решітки (ВБР), Фабрі-Перо порожнини або торцеві волоконно-оптичні інтерферометри Фабрі- Перо (EFPI), інтерферометр Саньяка, інтерферометр Маха-Цандера, та інші. До цих пір найбільш поширені, ті що засновані на інтерферометрі Фабрі-Перо і брегівських решітках. [7] Також поширені спектроскопічні датчики, які базуються на поглинанні світла і флуоресценції. Біомедичні ВОД можна розділити на чотири основні типи: фізичні, хімічні, біологічні та візуалізаційного призначення [8].
Фізичні датчики вимірюють різні фізіологічні параметри, як температура тіла, кров'яний тиск, і переміщення м'язів. Датчики призначені для візуалізації охоплюють, як ендоскопічні прилади для внутрішнього спостереження та обробки зображень, а також для більш просунутих методик, таких як оптична когерентна томографія і фотоакустична візуалізація, де внутрішні сканування і візуалізація можуть бути зроблені не інтрузивно (тобто з мінімально можливою ступеню проникнення).
Хімічні сенсори базуються на флуоресценції, спектроскопічних методах і індикаторах для виявлення та визначення наявності певних хімічних сполук і метаболічних змінних (таких як рН, кисню в крові, або рівень глюкози). Вони виявляють специфічні хімічні домішки для діагностичних цілей, а також контролюють хімічні реакції організму і активність.
Біологічні сенсори мають тенденцію бути більш складним і базуються на біологічних реакціях таких як розпізнання ферменту-субстрату, антиген-антитіло або ліганд-рецептор для ідентифікації і кількісної оцінки конкретних біохімічних молекул, що представляють інтерес. З точки зору розвитку датчика, базові візуалізаційні датчики є найбільш розвиненими. Волоконно-оптичні датчики для вимірювання фізичних параметрів наступні. І найменш розвинена область в плані успішності сенсорних продуктів, є датчики для біохімічного зондування.