研究目的
开发和演示一系列光纤长周期光栅传感器，用于机械通气机中温度和相对湿度的同步原位监测。
研究成果
LPG阵列成功实现了对机械通气过程中温度和相对湿度变化的高灵敏度监测（温度灵敏度为0.46纳米/摄氏度，湿度灵敏度为0.53纳米/相对湿度百分比），并具备快速响应特性，可实现逐次呼吸测量。该技术通过在靠近肺部位置提供实时数据，展现出原位监测潜力，有助于改善患者护理质量，预防呼吸机相关性肺炎等并发症。未来研究应聚焦于优化传感器参数，并拓展至包含生物标志物在内的多参数传感领域。
研究不足
该研究在实验室环境中使用台式模型进行；尚需在人体患者中进行临床验证。所达到的温度范围低于体温（最高35°C），表明呼吸机设备可能存在潜在问题。涂层厚度和光栅周期可能需要优化以提高灵敏度。虽然已解决材料的生物相容性问题，但仍需进一步的体内测试。
1：实验设计与方法选择：
研究采用光纤内刻写的两根长周期光栅（LPG）阵列，其中一根LPG涂覆二氧化硅纳米颗粒以实现湿度敏感性，另一根保持裸露以响应温度变化。传感器通过光纤耦合器和光谱仪以反射模式运行，采用逐层沉积法进行涂层制备。
2：样本选择与数据来源：
传感器在配备机械通气机（NIPPY3+，B&D医疗设备有限公司）的台架模型及气管插管内进行测试以模拟临床环境，数据采集使用CCD光谱仪完成。
3：实验设备与材料清单：
光纤（Fibercore PS750）、卤钨灯（Ocean Optics HL-2000）、CCD光谱仪（Ocean Optics HR4000）、熔接机（Fujikura 70S）、光纤耦合器（Newport F-CPL-S12785）、温湿度记录仪（Maxim Integrated DS1923）、化学试剂（PAH、SiO2纳米颗粒SNOWTEX 20L、KOH、乙醇）。
4：0）、卤钨灯（Ocean Optics HL-2000）、CCD光谱仪（Ocean Optics HR4000）、熔接机（Fujikura 70S）、光纤耦合器（Newport F-CPL-S12785）、温湿度记录仪（Maxim Integrated DS1923）、化学试剂（PAH、SiO2纳米颗粒SNOWTEX 20L、KOH、乙醇）。 实验流程与操作步骤：
4. 实验流程与操作步骤：通过逐点法和振幅掩模技术制备LPG，其中一根LPG涂覆10层PAH/二氧化硅纳米颗粒。将光栅阵列熔接后，在末端溅射金镜，在培养皿中校准后置于气管插管内测试，通气机分别以8次/分钟和15次/分钟的呼吸频率运行，每500毫秒记录一次反射光谱。
5：数据分析方法：
追踪光谱中衰减带中心波长，根据校准曲线计算灵敏度，通过涂覆与裸露LPG响应差值消除温度影响以获取湿度测量值。
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tungsten-halogen lamp
HL-2000
Ocean Optics
Light source for illuminating the optical fibre sensor array in reflection mode.
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CCD spectrometer
HR4000
Ocean Optics
Used to analyze the reflected light from the sensor array and record the transmission spectra.
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fusion splicer
70S
Fujikura
Used to splice individual LPGs into a single optical fibre and connect to the fibre coupler.
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optical fibre
PS750
Fibercore
Used as the base material for fabricating long period gratings (LPGs) for sensing temperature and relative humidity.
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fibre coupler
F-CPL-S12785
Newport
1x2 single mode coupler used to direct light to and from the sensor array in reflection mode.
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temperature and humidity data logger
DS1923
Maxim Integrated
Commercial sensor used for calibration and comparison, placed near the LPGs to measure temperature and relative humidity.
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mechanical ventilator
NIPPY3+
B&D Electromedical Ltd
Used to deliver air at controlled flow rates and humidification for testing the sensor array in bench and clinical simulations.
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SiO2 nanoparticles
SNOWTEX 20L
Nissan Chemical
Used to coat one LPG for humidity sensitivity via layer-by-layer deposition.
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