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Título: Refractometric platforms for label-free biochemical sensing
Autor: Gouveia, Carlos Avelino de Jesus
Orientador: Baptista, José Manuel Rocha Teixeira
Jorge, Pedro Alberto da Silva
Palavras-chave: Fiber optic sensors
Refractive index measurement
Label-free platforms
Biochemical sensing
Fiber gratings
Cross-sensitivity
Sensores em fibra ótica
Sistemas refratométricos
Sensoriamento bioquímico
Redes em fibra
Sensibilidade cruzada
Electrical Engineering
.
Faculdade de Ciências Exatas e de Engenharia
Data de Defesa: 6-Jan-2014
Resumo: Optical fiber technology, which is well-known for having revolutionized the telecommunications industry, is currently proving to have important roles in applications such as sensing, biomedicine and industry. The sensing technology based on optical fibers has attracted considerable interest due to its unique features. High sensitivity, immunity to electromagnetic interferences, chemically and biologically inert, small size, and capability forin-situ, real-time, remote, anddistributedsensingaresomeofthemost appealing characteristics that motivate a growing scientific community. The principle behind optical fiber sensing is the interaction between radiation traveling into the optical fiber and the parameter of interest. The measurand acts over the material, the waveguide or, depending on the sensing structure, directly in the optical signal and this action will infer variations in one or few parameters of the radiation such as: intensity, wavelength, frequency, phase or polarization. This work fits within this area, specifically on fiber optic refractometric sensors for label-free biochemical sensing. It is presented a review about the most relevant works in this field, results associated with the study, development and characterization of few types of optical fiber sensors based on fiber Bragg gratings, long period gratings, multimode interference and fibertapers. Also, adifferentialinterrogationsystem, basedonwhitelight interferometry is exposed for high resolution refractive index sensing. In all cases, it was also a main objective of the developed work to evaluate the potential application of the new sensing structures and systems researched, particularly in the context of food industry and environmental monitoring.
A tecnologia da fibra ótica, bem conhecida por ter revolucionado a indústria das telecomunicações, atualmente está a desempenhar um papel importante em outros campos como o do sensoriamento, a biomedicina e a indústria. A tecnologia de sensores baseados em fibras óticas tem sido alvo de considerável interesse devido às suas características únicas. Elevada sensibilidade, imunidade a interferências eletromagnéticas, química e biologicamente inerte, tamanho e peso reduzido, e capacidade sensoriamento remoto, distribuído, in-situ e em tempo real; são são alguns dos benefícios mais relevantes que motivam a uma crescente comunidade científica. O princípio por trás dos sensores de fibra ótica, é a interação entre a radiação que viaja no interior da fibra óptica e parâmetro de interesse. O mensurandoatuasobreomaterial, guiadeondaou, dependendodaestruturasensoradiretamentenosinalótico,resultandonaalteraçãodeumaou mais propriedades da radiação, tais como a sua intensidade, comprimento de onda, frequência, fase ou polarização. Este trabalho enquadra-se nesta área, especificamente no ramo dos sensores de fibra ótica refratométricos para medição direta (sem utilização de indicadores de cor) de parâmetros bioquímicos. Inicialmente é apresentadaumarevisãodosostrabalhosmaisrelevantesnestedomíniocientífico; seguidamente e exposto o conjunto de sistemas sensores desenvolvidos e caracterizados, baseados em diversas estruturas como redes de difração, tapers e dispositivos de interferência intermodal. Adicionalmente, é tambémdescritoumsistemadeleituradiferencialcombaseeminterferometria de luz branca, desenvolvido para medição de índice de refração com elevada resolução. Em todos os trabalhos, um dos principais objetivos foi avaliar o potencial de aplicação das novas estruturas e sistemas de sensoriamento desenvolvidos, em particular no contexto da indústria alimentar e monitorização ambiental.
URI: http://hdl.handle.net/10400.13/1470
Designação: A thesis submitted for the degree of Ph.D. in Electrical Engineering
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