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Highly Sensitive Physiological Sensor Based on Tapered Fiber-Optic Interferometer for Sweat pH Detection

干涉测量 光纤传感器 材料科学 光纤 聚丙烯酸 聚电解质 光电子学 光学 纤维 化学 聚合物 复合材料 生物化学 物理
作者
Yisong Lei,Zidan Gong,Yuyao Li,Jie Zhang,Zhao Liu,Zeji Sun,Xia Ouyang,Yaqi Tang,Chi Chiu Chan
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [IEEE Sensors Council]
卷期号:23 (11): 11627-11634 被引量:6
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3266346
摘要

The pH value of human sweat correlates with metabolic activities and diseases. Precise sweat pH sensing can serve as a health-profiling strategy. This study demonstrates a compact fiber-optic sweat pH sensor that contains an optimized conical structure coated with polyelectrolyte membrane as the pH sensitive layer. To functionalize the tapered sensing area for pH monitoring, chitosan/polyacrylic acid (PAA) polyelectrolytes are deposited as pH-sensitive membranes. As the swelling degree of the sensing film depends on the pH value, the tapered fiber-optic sensor based on the Mach–Zehnder interferometer (MZI) demonstrates the corresponding wavelength shift to various pH values in sweat. The fiber-optic sensor presents a high pH sensitivity of −27.06 nm/pH in the physiological sweat pH value ranging from 5.0 to 7.5 with a low temperature cross-sensitivity of 0.012 nm/°C in the normal physiological range of 25 °C–45 °C. Further, the pH sensing range can be extended to pH 10 in aqueous solutions, and the sensitivity is 28.44 nm/pH. Considering the advantages including wide sensing range, simple fabrication technique, and high sensitivity, the sensor can be potentially applied in many other liquid physiological detections for healthcare monitoring.
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