Optical Nanofiber-Enabled Self-Detection Picobalance

纳米纤维 悬臂梁 材料科学 纳米技术 透射率 制作 偏转(物理) 光学 分辨率(逻辑) 光电子学 物理 复合材料 计算机科学 病理 人工智能 医学 替代医学
作者
Wen Yu,Jiajie Zhu,Yan Xu,Xitao Tu,Yuanbiao Tong,Yu Xie,Pan Wang,Limin Tong,Lei Zhang
出处
期刊:ACS Photonics [American Chemical Society]
卷期号:11 (6): 2316-2323 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsphotonics.4c00216
摘要

Highly sensitive and compact microforce sensors with piconewton-level resolution are essential in various fields. However, these sensors face the challenge of delicate fabrication, expensive instruments, and complicated signal processing. Here, we report an ultrasensitive microforce sensor with a nanonewton-scale working range and piconewton-level resolution (picobalance) using a 500 nm diameter U-shaped silica optical nanofiber (ONF) as the cantilever beam and a gold microflake as the sample tray. The ONF can detect its deflection upon microforce by monitoring the change of its transmittance, making it a self-detection picobalance with a linear response to microforce in the range of 0–11.2 nN based on theoretical calculation. Benefiting from the extremely low spring constant of the ONF (e.g., 0.15 mN/m), the picobalance achieves a force resolution of 3.3 pN in an experiment measuring the radiation pressure. As proof-of-concept demonstrations, measuring nanogram-level microparticles and radiation pressure are realized. We believe that this easy-to-use picobalance has great potential for biological sensing, biomechanical research, and environmental monitoring.
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