有史以来第一次,研究者制造出了能在体内完全溶解的光纤光栅。这款生物可吸收光纤光栅可用于骨折愈合的体内监测和敏感器官如大脑的更安全探测。
光纤光栅是光纤内的光学元件,作为感应设备应用广泛。尽管光纤光栅常用于桥梁结构健康的实时监测或追踪机翼的完整性,但未显示出适用于人体的特征。现在,经过设计,光纤光栅可像可降解医用手术缝线一样分解。研究者介绍,即使意外折断,新型玻璃纤维对于患者也是安全的。
希腊电子结构与激光研究所(IESL)的研究小组成员Maria Konstantaki介绍,我们的工作为可以安全嵌入人体的光纤传感器铺平道路。因为它们能溶解,传感器使用后不必移除,能以新的方式进行体内有效治疗和诊断。
研究者与意大利科学家合作。意大利科学家研发和制造了用于此研究的特殊光纤。研究发表在美国光学学会(OSA)期刊《Optics Letters》中,显示被蚀刻入生物可吸收玻璃纤维的光栅,可在模拟人体的条件下溶解。
新型生物可吸收光纤光栅可用于传感关节压力,或作为能安全到达和进入心脏及其他娇弱器官的微探针。移除肿瘤的激光技术(同时传送激光束和提供精准实时温度传感,以监测激光消融过程)或也被这些光纤光栅改善。
Konstantaki表示,这是有史以来第一次,广泛应用且校准良好的光学元件(如光栅)被蚀刻入生物可吸收光纤。我们的方法可能用于在生物可吸收光纤内部或外部创造不同类型的互联结构,可在人体中应用大范围的传感和生化分析技术。
为了创造出可安全用于体内的光纤光栅,研究者开发了磷氧化物联合钙、镁、钠和硅氧化物制成的特殊类型的玻璃。Daniel Milanese介绍,玻璃结合了具有生物相容性和水溶性的出色的光学特性,因此为制造溶于水或生物液的光纤提供了可靠平台。光纤的特性可通过适当改变玻璃成分来转变。
光纤光栅的制造是使用激光蚀刻光纤,使纤维反射特定波长到其入射方向。光栅允许一些反射光从纤芯中逸出并进入周围的包层。光栅常用于传感,因为纤维圆柱形表面的变化以一种可被监测的方式改变了背面反射光。
研究者发明了倾斜和标准光纤光栅,从而更好地了解用于蚀刻的参数如何影响光栅传感特征。他们发现,将生物可吸收纤维暴露于具有光强空间分布的紫外线激光,在溶解后的光纤体积中形成相应的表面浮雕图案。
研究小组牵头人Stavros Pissadakis说,此结果为这些材料类型的新的应用铺平道路,尤其是纤维形态。可使用激光来制造复杂的流体或光学结构,以制造具有众多定制功能的设备。
确认由蚀刻过程产生的图案可作为光纤光栅工作之后,研究者将有和无光纤光栅的纤维浸入pH和温度条件均模仿人体的溶液56小时。他们发现,被激光蚀刻的玻璃比未暴露的玻璃溶解更快。
研究题为《Bioresorbable optical fiber Bragg gratings》。
(环球医学编辑:丁好奇 )
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