一種柔性、可生物降解的光纖能把光傳輸?shù)饺梭w內(nèi)，可以應用在醫(yī)療上。這是賓夕法尼亞州立大學材料研究所電氣工程師和生物材料工程師之間合作的最新工作成果。
對于激光手術、藥物活化、光學成像、疾病診斷和光遺傳學（把光用于操縱大腦神經(jīng)元功能的實驗領域），將光傳輸?shù)饺梭w內(nèi)是很重要的一步。然而，將光輸送到體內(nèi)是困難的，并且通常需要植入由玻璃制成的光纖。
賓州州立大學生物醫(yī)學工程楊健教授表示：“問題在于可見光只能穿透到一定深度，大約數(shù)百微米！ “近紅外光可能會穿透幾毫米到一厘米，但這還不足以看到體內(nèi)發(fā)生了什么！
目前，人們使用玻璃光纖深入生物組織，但玻璃質(zhì)脆且不可生物降解。如果植入體內(nèi)，會破壞和損傷組織。研究人員開始著眼于柔性聚合物光纖作為一種解決方案。
楊健教授曾發(fā)明了一種基于檸檬酸鹽的聚合物，它是一種天然代謝關鍵成分。他把這種聚合物發(fā)展成為生物醫(yī)學應用的一般平臺，如骨固定的生物可降解骨螺釘、組織工程的支架和用于傳遞時間釋放治療藥物的納米顆粒，F(xiàn)在他正在與賓夕法尼亞州立大學電氣工程教授劉志文合作，使用檸檬酸鹽聚合物，為人體內(nèi)的光線傳播創(chuàng)造出一種階躍折射率光纖。
光在基于檸檬酸鹽光纖中的傳輸示意圖。
階躍折射率光纖具有傳輸光的芯區(qū)材料和保護芯的包層，保證不會漏光。楊健教授的實驗室對聚合物進行了測試，然后將其送入劉志文教授的實驗室進行光纖化。只要這種基于檸檬酸鹽的光纖測試合格，實驗室將會把它植入生物組織進行下一步測試。
“目前的工作展示了首個基于檸檬酸鹽的柔性、可生物降解聚合物階躍折射率光纖，” 楊健教授小組博士生Dingying Shan說道。
Shan最近在《Biomaterials》雜志上發(fā)表文章描述了他們的工作，他是聯(lián)合第一作者。
“使用基于檸檬酸鹽的聚合物能夠?qū)崿F(xiàn)芯和包層之間的折射率差異的超微調(diào)整”，最近畢業(yè)于劉志文教授小組的博士Chenji Zhang補充說，她亦是論文的聯(lián)合第一作者。
因為芯和包層具有相同的機械特性，所以光纖可以彎曲和拉伸而不會使兩者分開，類似情況在不同材料間亦會發(fā)生。這兩種材料也將以相同的速率在體內(nèi)生物降解，而不會造成受到損傷。
“我們相信這種新型的可生物降解、具有生物相容性和低損耗的階躍折射率光纖可以促進器官大小級別的光傳輸和收集！ “而且它將成為的各種生物醫(yī)學應用的有力工具，比如在光傳輸、成像或探測等，”Shan說道。
“這種新型光纖為窺視渾濁的組織創(chuàng)造了一個透明的窗口，并可以為影像創(chuàng)造新的機會，” 劉志文教授說道。
作為初始步驟，該團隊首先測量光纖的光傳播特性，然后使用該信息來演示通過光纖的圖像傳輸。
“因為這種材料是無毒和可生物降解的，所以檸檬酸鹽光纖可以長時間留在人體內(nèi)，而不需要二次手術去移除它！ “除了光傳輸?shù)奶綔y和成像之外，我們還可以加入治療性的化學物質(zhì)、藥物或生物分子進行疾病治療，”楊健教授說道。
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961217305069
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