مستشعر بلوري فوتوني

المستشعر البلوري الفوتوني  هي مستشعرات تقوم على البلورات الفوتونية التي هي بنى دقيقة مكونة من ترتيبات دورية من المواد العازلة تتعامل مع الضوء وفق بنيتها عاكسةً الضوء ذا أطوال موجات بعينها في زوايا بعينها، وقد يحدث أي تغير في دورية البنية أو معامل انكسارها تغيرًا في اللون المنعكس أو الذي يلحظه الراصد أو المطياف. أمكن توظيف هذا المبدأ في تطوير مستشعرات لونية لتطبيقات شتى منها -مثلًا لا حصرًا- التحليل البيئي واستشعار الحرارة والاستشعار المغناطيسي والاستشعار الحيوي والتشخيص الطبي ورقابة جودة الأغذية والأمن والاستشعار الميكانيكي. توظف أغلب الحيوانات كالأسماك أو الخنافس في الطبيعة بلورات فوتونيةً متجاوبة؛ للتمويه وإرسال الإشارات والإيقاع بالفرائس.

تتباين المواد المستخدمة في مثل هذه البنى بين عضوية وغير عضوية وجسيمات نانوية بلازمونية؛ لتكون مثل هذه البنى أسهل تخصيصًا وأكثر استخدامات. يقوم الاستشعار على تغير معاملات الانكسار في المواد غير العضوية عادةً، أما المستشعرات القائمة على المبلمرات فتقوم على تغير الدورية. جعلت أحدث التطورات في تقانات التصنيع والأحجام الأصغر المستشعرات البلورية الفوتونية أسهل وأرخص تصنيعًا على نطاق أوسع لتكون أكثر قابلية للإنتاج الكمي وأكثر عملية.

 الأنواع والبنى 

 مستشعرات حيوية ورقائق معملية متكاملة 

صارت البلورات الفوتونية مستشعرات حيوية محمولة ذوات اهتمام بحثي كبير؛ لارتفاع حساسيتها واختياريتها وثباتها وإمكان تشغيلها بلا كهرباء إن لزم الأمر. برز الاهتمام بالتحليل وتصغير النبائط والتصميم السائلي والتكامل في تطوير المستشعرات البلورية الفوتونية فيمام يعرف بالنبائط المعملية المتكاملة ذوات الحساسية الفائقة وحد الكشف المنخفض ووقت الاستجابة الأسرع والتكاليف الأقل.

يمكن استخدام هذا النوع من المستشعرات لكشف كمية كبيرة من الحلائل الحيوية البارزة كالبروتينات والحمض النووي والخلايا السرطانية والجلوكوز والأجسام المضادة لتكون وسائل أسرع وأرخص وأدق للتشخيص والعناية الصحية تكشف عن تركيزات منخفضة بقدر 15 نانومولار. يمكن تكامل جزيئات مستهدفة كيميائية أو حيوية مع التركيب؛ لتوفير النوعبة.

 مستشعرات كيميائية 
تملأ الحلائل الكيميائية البنى الفوتونية المسامية مغيرة معاملات انكسارها ثم لونها في سلوك أشبه بالبصمات؛ لأن لكل مادة معامل انكسار خاصًّا بها. يمكن للمواد الكيميائية تغيير حجم البنى البوليمرية محدثةً تغيرًا في الدورية ينتج التأثيرات ذاتها التي تنتج من تغير الدورية. يحدد انتفاخ الهلامات المائية حاملة الأيونات الاختياري نوعياتها.

درست تطبيقات البيئات الغازية والمائية؛ للكشف عن للكشف عن تركيزات الأنواع الكيميائية والمذيبات والأبخرة والأيونات والأس الهيدروجيني والرطوبة. يمكن التحكم بالخصوصية والحساسية باختيار المواد وتعاملها مع الحلائل اختيارًا مناسبًا؛ لتحقيق مستشعرات قد تغني عن استخدام الواسمات. يمكن تقدير تركيز الأنواع الكيميائية في الأبخرة والسوائل وأيضًا في المخاليط الأكثر تعقيدًا بدقة عالية.

 مستشعرات ميكانيكية 
يمكن الكشف عن شتى الإشارات الميكانيكية كالضغط والانفعال والالتواء والثني بمستشعرات بلورية فوتونية. تقوم المستشعرات البلورية الفوتونية على التغير المستحدث بتشويه ثابت الشبكة البلورية في المبلمرات المرنة المؤلفة أو البلورات الغروانية ليحدث تلون ميكانيكي مع تمددها أو انكماشها.
تصغير|200x200بك|بلورة فوتونية ثلاثية الأبعاد

 مستشعرات فوتونية ثلاثية الأبعاد 
الأوبالات الصناعية بلورات فوتونية ثلاثية الأبعاد تصنع عادةً من كريات نانوية ذاتية التجميع تقدر حجمًا بمئات النانومترات، تكون فيها الكريات هي المادة مرتفعة معامل الانكسار والهواء أو أي مادة مالئة أخرى ذات معامل انكسار أقل.

يقابل الأوبالات الأوبالات العكسية التي هي بنى تملأ فيها الفراغات البينية بمادة ما وتزال فيها الكريات موفرةً حجمًا حرًّا أكبر لسرعة انتشار الأنواع الكيميائية.
تصغير|417x417بك|ليف بصري بلوري فوتوني

 مستشعرات بلورية فوتونية 

المستشعرات البلورية الفوتونية نوع من الألياف البصرية ذو ثقوب هوائية موزعة في أنماط بعينها حول قلب مصمت أو أجوف، ويمكن استخدامها في حالات شتى تتطلب سرعة وقابلية نقل أعلى؛ لحساسيتها الفائقة وطبيعتها المرنة وقطرها الصغير.

لدى الألياف البلورية الفوتونية انكسار مزدوج أعلى وخسائر أقل وانتشار نمط واحد لا ينتهي لنطاق أوسع من أطوال الموجات واستجابة استشعارية أسرع مقارنة بالألياف البصرية التقليدية.

 محززات وصفائح ثنائية الأبعاد 

من أبرز بنى البلورات الفوتونية شيوعًا في الاستشعار إنتاج الصفائح أحادية الأبعاد ذوات نظم ثنائي الأبعاد بإزالة مادة ما اختياريًّا لإنشاء نمط من الثقوب أو الحزوز في مادة متجانسة أخرى.

 مرايا فابري-بيرو 
مرآة فابري-بيرو هي بلورة فوتونية مسطحة تحتفظ الدورية فقط في اتجاه محور ع. من أبرز البنى أحادية الأبعاد الأكثر شيوعًا المستشعرات اللاعضوية المسامية المرشرشة مهبطيًّا والمستشعرات البوليمرية المطلية دورانيًّا والمبلمرات المشتركة الكتلية ذاتية التجميع.

 انظر أيضًا 

 بلورة فوتونية
 ليف بصري
 مراجع 

 وصلات خارجيَّة 

 Photonic crystal biosensors towards on-chip integration — مراجعة حول استشعار البلورات الفوتونية لتطبيقات بيولوجية ودمجها في شرائح معملية. (بالإنجليزية)
 Photonic crystals: emerging biosensors and their promise for point-of-care applications — مقالة من **Chemical Society Reviews** تناقش تطبيق البلورات الفوتونية في أجهزة التشخيص الحيوي. (بالإنجليزية)
 Three-dimensional/two-dimensional photonic crystal hydrogels for biosensing — بحث عن هلامات فوتونية ثلاثية/ثنائية الأبعاد كمستشعرات بيولوجية. (بالإنجليزية)
 Photonic crystal gas sensors based on metal–organic frameworks and polymers — مراجعة حديثة 2024 حول مستشعرات غاز مبنية على بلورات فوتونية وإطارات عضوية معدنية. (بالإنجليزية)
 A Review of High-Sensitivity SERS-Active Photonic Crystal Fiber Sensors — مراجعة لجسيمات ألياف فوتونية نشطة باستخدام SERS لتطبيقات استشعار كيميائية وحيوية. (بالإنجليزية)
 Design and Analysis of 2D Photonic Crystal Based Biosensor to Detect Different Blood Components — دراسة تصميم وتحليل مستشعر بلوري فوتوني ثنائي الأبعاد للكشف عن مكونات الدم. (بالإنجليزية)

تصنيف:بصريات
تصنيف:فوتونية
تصنيف:إلكترونيات بصرية
تصنيف:مستشعرات