利用喷墨打印制备新型量子点光纤微探针温度传感器

介绍

温度作为一个最重要的物理参数，在物理、化学和生物领域中发挥着极其重要的作用。基于光纤的温度传感器与传统的电传感器相比，具有重量轻、体积小、抗电磁干扰、灵敏度高等优点，研究已报道了各种类型的光纤温度传感器，包括光纤布拉格光栅类型、长周期光栅类型、马赫-曾德尔传感器、法布里-珀罗传感器、光子晶体光纤（PCF）传感器、发光探针等。量子点（QDs）具有优异的发光特性，如宽吸收光谱、窄发射光谱、高光稳定性和更高的量子产率，是最受关注的温度传感荧光材料之一，但其实际应用受到了制造工艺复杂、一致性差、结构脆弱、灵敏度低和材料昂贵的限制。

俞本立教授结合了选择性刻蚀和喷墨打印技术，研究了一种低成本、高空间分辨率的量子点微探针（QMP）温度传感器，采用高精度喷墨打印技术将量子点墨水打印到氢氟酸（HF）蚀刻的光纤微腔中，制备的QMP传感器具有更有效的荧光激发和收集、更高的空间分辨率和低成本的优点。面对不断缩小的温度测量对象（光电器件的小型化和高度集成）和新应用领域（纳米医学、精细化学品等）的要求，该传感器具有**广阔的应用前景。选择性蚀刻和喷墨打印的结合为传感器的生产提供了一种*有前途的策略。

采用化学蚀刻法制备光纤端面内锥形微腔，在不同蚀刻时间下制备不同尺寸的微腔（如图2）。MM光纤的芯径和包层直径分别为62.5μm和125μm（图2a）。蚀刻2分钟后，微腔的深度和光纤的直径分别为27.87和119.71μm。当蚀刻时间为14分钟时，微腔深度和光纤直径分别为169.70和89.65μm。锥形微腔的尺寸随着蚀刻时间的增加而增加。同时，光纤包层以较低的速率被蚀刻。微腔的大小与蚀刻时间的关系如图3所示。微腔的深度和光纤的直径对蚀刻时间有良好的线性响应，相关系数（R²）的平方值分别为0.984和0.988。因此，可以通过调整蚀刻时间来制备光纤端面上具有不同尺寸的微腔。

结论

研究提出了一种基于选择性蚀刻和光纤端面喷墨打印的QMP传感器，可以高效地激发和收集荧光。QMP传感器的制备只需要400pL的量子点墨水，不仅节省了昂贵的量子点材料，而且大大提高了测量的空间分辨率。表征测试结果表明，QMP具有良好荧光收集效率、优异的产品一致性、温度响应具有良好的可逆性以及长期稳定性。QMP传感器为荧光传感器的生产提供了一种新的思路，所开发的传感器有可能应用于生物学、环境和化学工程等各个领域。