Sensing performances of evanescent field absorption (EFA) hetero-core fiber sensor has been presented based on EFA by changing the length and the core diameter of the single mode fiber. Experimental results have demonstrated a good feature in their relationship between the length and the core diameter of the single mode fiber. The sensor consists of 2 fiber optics which have the same cladding diameter of $125{\mu}m$ However one fiber optic used is single mode and has varying core diameter ranging from 3.3 to $5.6{\mu}m$. The other fiber is multimode type and has a thicker fixed core diameter of $62.5{\mu}m$. The 2 fiber optics are thermally spliced together. Experiments conducted to measure the resonance wavelength were carried out over a range of refractive index, to find the optimum sensing length Experiments show that core diameter of the single mode fiber and sensing length offects the linearity and sensitivity.
E. coli TG1 pBS TOM Green was cultured to produce toluene-o-monooxygenase (TOM). A biosensor system was successfully constructed using purified TOM to effectively detect trichloroethene (TCE) and tetrachloroethene (PCE), which represent some of the major contaminants in groundwater and soil. In order to utilize TOM as a sensor, NADH, a biological oxidizer, was replaced with hydrogen peroxide which is a chemical oxidizing agent. A three-layered sandwich-type sensing tip was fabricated on the outside of the hydrophilic polyvinylidene fluoride membrane. TCE and PCE were applied to the sensor and the hydrogen ions were measured by a fiber optic fluorometer using fluoresceinamine. Calibration curves were obtained for TCE and PCE in the concentration range of 0.2-100 mg/l, and the detection limit of the system was $10{\mu}g/l$ for TCE and PCE.
In this work the optical fiber glucose and lactate biosensors were developed by using fluorescent dye and enzyme immobilized on the end tip of an optical fiber. 3-Glycidyloxypropyl)methyldiethoxysilane (GPTMS), (3-Aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS) and Methyltrimethoxysilane (MTMS) were used to immobilize glucose oxidase (GOD), lactate oxidase (LOD) and ruthenium(II) complex (tris(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline) ruthenium(II), $Ru(dpp)_3^{2+}$) as oxygen sensitive fluorescent dye. MTMS sol-gel was an excellent supporting material for the immobilization of $Ru(dpp)_3^{2+}$, GOD, and LOD on the optical fiber. Storage stability of the optical fiber glucose sensor was kept constant over 20 days, while the optical fiber lactate sensor had constant storage stability over 17 days. The optical fiber glucose and lactate biosensors also maintained good operational stability for 20 hours and 14 hours, respectively. The activities of the immobilized enzymes were most excellent at pH 7 and at $25^{\circ}C$. On-line monitoring of glucose and lactate in a simulated process was performed with the optical fiber glucose and lactate biosensors. On-line monitoring results were agreed with those of off-line data measured with high performance liquid chromatography (HPLC).
Optical-fiber sensors have been developed to determine the concentrations of glucose and lactic acid in blood samples. Fluorescence dye [tris(2,2'-biphenyridine)-ruthenium(II)-chloride (RuBPY)] was entrapped by using a silicon to the unclad tip of a glass optic fiber. Enzymes like glucose oxidase (GOD) and lactate oxidase (LOD) have been immobilized by acrylamide resin adhesive, adsorption with zeolite or covalent bonding with aminopropyl-triethoxysilan. The fiber-optic glucose/lactate sensor was then used to analyze the concentrations of glucose and lactate in blood samples. The results were compared with the results of HPLC analysis and their difference was in error by less then 5 %.
LSPR(Localized Surface Plasmon Resonance) sensor measures the refractive index change on the sensor surface. The detection of biological reaction with the unknown refractive index needs to be converted into the signal sensitivity for the refractive index change for comparison with other measurements. To find the signal sensitivity, the three steps of signal processing are proposed, which are signal modeling, signal calibration and signal normalization of LSPR sensor. The detected signal of biotin-streptavidin interaction has been converted into unit of [RU](Resonance Unit) using the proposed method. The converted signal directly can be compared with the other sensors including commercialized one.
Kim, Jang Ah;Hwang, Taehyun;Dugasani, Sreekantha Reddy;Kulkarni, Atul;Park, Sung Ha;Kim, Taesung
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2014.02a
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pp.401-401
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2014
In this study, graphene, the most attractive material today, has been applied to the wavelength-modulated surface plasmon resonance (SPR) sensor. The optical fiber sensor technology is the most fascinating topic because of its several benefits. In addition to this, the SPR phenomenon enables the detection of biomaterials to be label-free, highly sensitive, and accurate. Therefore, the optical fiber SPR sensor has powerful advantages to detect biomaterials. Meanwhile, Graphene shows superior mechanical, electrical, and optical characteristics, so that it has tremendous potential to be applied to any applications. Especially, grapheme has tighter confinement plasmon and relatively long propagation distances, so that it can enhance the light-matter interactions (F. H. L. Koppens, et al., Nano Lett., 2011). Accordingly, we coated graphene on the optical fiber probe which we fabricated to compose the wavelength-modulated SPR sensor (Figure 1.). The graphene film was synthesized via thermal chemical vapor deposition (CVD) process. Synthesized graphene was transferred on the core exposed region of fiber optic by lift-off method. Detected analytes were biotinylated double cross-over DNA structure (DXB) and Streptavidin (SA) as the ligand-receptor binding model. The preliminary results showed the SPR signal shifts for the DXB and SA binding rather than the concentration change.
Kim, Jun-Hyong;Shin, Eun-Soo;Kim, Kwang-Taek;Lee, Hyun-Yong
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2006.06a
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pp.400-401
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2006
광-바이오센서로 이용하기 위해 광섬유 형태의 마흐-젠더 간섭계와 측면 연마된 광섬유를 결합한 구조를 제안하였고, 이를 제작 및 특성 평가하였다. 마흐-젠더 간섭계 구성은 1310nm와 1550nm 파장에서 광 파워 분기비가 50:50인 $2{\times}2$ 광커플러 2개를 제작하여 구성하였으며, 센서부로는 측면 연마한 광섬유를 이용하였다. 제작된 광섬유 형태의 마흐-젠더 간섭계 센서의 센서부 표면에 다양한 굴절률 용액을 이용하여 광학적 특성을 평가하였다.
Fiber-optic biosensor for the detection of organophosphorus compounds in a contaminated water was developed, which was the component of pesticides and agricultural agent. The detection principle of designed sensor was the pH variance induced by a reaction of acetylcholinesterase enzyme inhibited by organophosphorus compounds. The pH variance was detected by the optical system to measure the organophosphorus compounds. Litmus was selected as the pH-sensitive dye suitable to the enzyme reaction and a light source to be detected by the optical system. The enzyme entrapped in Ca-alginate gel was immobilized at the inner wall to maintain the high activity of enzyme and to be reused for a long period. The optical fiber was used to miniaturize and control remotely the sensor system. The He-Ne laser with 632 nm was selected as the light source to prevent light intensity fluctuation by the product. Cheap plastic optical fibers were used as the transmission part of the light and the phototransistor was used as the reception part of light based on the wavelength of He-Ne laser. The proposed fiber-optic biosensor has the linear analytical range of 0 ppm-1.5 ppm with response time of 5 minutes.
We propose the performance enhancing method optimization of an asynchronous 2.5 Gbps/1.25 Gbps optical subscriber network with inverse RZ (Return to Zero) coded downstream and NRZ (Non Return to Zero) upstream re-modulation by adjusting threshold level control of a receiver. We theoretically analyze the BER (Bit Error Rate) performance by modeling the occurrence of BER by simulation with MATLAB according to the types of downstream data. The results have shown that the normalized threshold level in an optical receiver could be saturated at 1/3 as the SNR (Signal to Noise Ratio) increases. The needed SNR for obtaining the BER $10^{-9}$ can be reduced by $\sim$5 dB by optimizing the normalized threshold level at 1/3 instead of by using the conventional receiver with threshold level of 0.5. The proposed system can be a useful technology for asynchronous optical access networks with asymmetric upstream and downstream data rates, because the improved minimum receiving power could replace a light source with a source with lower power and lower cost in an OLT (Optical Line Termination).
The optical biosensor using the electrically controlled release of reactive reagent is developed for the detection of peroxide. Rapid degradation of polymer complex of PEOx and PMAA occurs as the applied current increases and thus released amount of HPA increases. The degradation velocity of polymer and the amount of HPA released are linearly proportional to the applied current. Peroxide is reacted with the released reagent by peroxidase and then the product, a fluorescent dimer DBDA, is formed. The monochromic light from light source (150W Xe arc ramp) excites the DBDA and the excited light is transmitted through an optical fiber to be detected by a photodiode array. The change of fluorescence intensity is related to the change of peroxide concentration. The peroxidase is entrapped in Ca-alginate get on the inner surface. The biosensor has the linear signal range of 0.025mM-10.mM peroxide. By applying the step function of peroxide, reproducibility of biosensor has been investigated. The mathematical model is constructed by the combination of enzyme kinetics with reactor flow model. Good agreement is obtained between the experimental result and model prediction in the sensor signal.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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