柔性聚合物倏逝波腔体在生物医学流体分析与计量中的应用研究

本文提出了一种可扩展功能且环境适应性的柔性聚合物光波导(POW)倏逝波腔体，通过近红外光激发深穿透、低散射的倏逝波，其曲面核心结构能将光场聚焦至传感区域产生增强倏逝场。该设计实现了表面与体积折射率(RI)变化的精准检测，在伴刀豆球蛋白A检测中展现高灵敏度，并成功监测乳酸钠林格氏液对失血兔的实时复苏效果，为生物医学流体分析提供了高效可靠的解决方案。

　　

亮点

本研究创新性地开发了兼具功能可扩展性和环境适应性的柔性倏逝波腔体，其核心突破在于：

1. 1.

   采用高弹性透明聚合物材料，通过近红外光激发具有深穿透特性的表面倏逝波

2. 2.

   曲面核心结构产生强度显著提升的倏逝场，灵敏度达到传统器件的3倍

3. 3.

   双芯结构赋予形变自补偿功能，弯曲状态下仍保持±0.2%的检测精度

设计原理

柔性POW倏逝波腔体基于全内反射(TIR)原理，当光在核心(高RI)与流体(低RI)界面发生TIR时产生倏逝波。其功率衰减系数β与流体RI直接相关，通过监测输出光强P_out变化即可反演RI值。数学建模显示，曲率半径5mm的弧形核心可使倏逝场强度提升215%。

化学品

采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)和苯基改性硅油(PDMDPS)作为基础材料，通过添加20nm疏水二氧化硅颗粒构建超疏水表面，接触角达158°，有效避免流体残留对检测的干扰。

机械与传感性能

测试表明该腔体可承受＞300%拉伸应变和180°弯曲：

• 在1.33-1.45RI范围内保持线性响应

• 对伴刀豆球蛋白A的检测限低至0.1μg/mL

• 实时监测25mL乳酸钠林格氏液对30mL失血兔的复苏过程，血压恢复曲线与临床数据吻合

结论

该柔性倏逝波腔体成功整合了优异光场调控、形变适应性和高灵敏度动态RI检测能力，为微创手术、穿戴医疗等场景提供了创新解决方案。其单次使用特性避免了交叉感染风险，制造成本较传统硅基器件降低62%。