用于在身体植入弹性的光纤



bt365手机和哈佛医学院研究人员已经开发从水凝胶制成的生物相容的和高度可拉伸的光纤 - 的大部分为水组成的弹性,橡胶状材料。纤维,这是由于甘草的绳作为可弯曲的,可能有一天在体内被植入以提供光的治疗脉冲或在疾病的第一个迹象点亮。

研究人员说,该纤维可以作为一个长期持久的植入,将弯曲,与身体扭动没有打破。球队已经在杂志上在线发表其结果 先进材料。

照已开发出有弹性的光纤在其中注入了多种有机染料(黄色,蓝色和绿色区域)。除了点亮时,染料用作应变传感器,使研究人员能够量化地点和多少纤维已被拉伸。研究人员提供照片

利用光来活化细胞,特别是神经元在大脑中,是一种高活性字段被称为光遗传学,其中研究人员提供光的短脉冲,使用针状的纤维,通过它们从LED光源照到光靶向组织。

“但大脑就像果冻的碗,而这些纤维如玻璃 - 非常刚性的,它可以有可能损坏的脑组织,”宣昭,罗伯特Ñ说。诺伊斯职业发展副教授机械工程的bt365手机的部门。 “如果这些纤维可以匹配大脑的灵活性和柔软性,他们可以提供长期的更有效的刺激和治疗。”

获得到它的核心

赵的研究小组在bt365手机,其中研究生欣悦刘和hyunwoo议员,专业调整水凝胶的机械性能。研究人员已经设计出多个食谱做出艰难但柔韧水凝胶的各种生物聚合物。该小组还想出的办法粘接水凝胶与各种表面如金属传感器和LED,以创建可拉伸电子器件。

研究人员只想到与哈佛医学院生物光学集团,由副教授硕炫(安迪)云率领的谈话后,探索水凝胶的光纤中使用。芸的组以前制造从通过光纤成功发射的光水凝胶材料的光纤。然而,弯曲或轻微拉伸时所述材料解体。赵的水凝胶,相反,可以伸缩和弯曲像太妃糖。两组加盟力度,寻求途径,以便在赵的水凝胶进入云的光纤设计。

芸的设计包括在外包层包住的芯材料制成。通过光纤的纤芯透射光的最大量,所述芯和包层应具有非常不同的折射率,或它们可以弯曲光度的材料制成。

“如果这两个东西都太相似了,不管光源流经纤维会慢慢消失,”议员说。 “光纤中,人们希望有核心更高的折射率,与包层,这样当光线穿过核心,它反弹的包层的界面和核心内停留。”

令人高兴的是,他们发现,赵的水凝胶材料是高度透明且具折射率,这是理想的作为芯材。但是当他们试图以涂覆所述水凝胶与包层聚合物的溶液,在两种材料趋于剥开当纤维被拉伸或弯曲。

以结合两种材料一起,研究者加入缀合的化学物质到包层溶液,将其,涂布在水凝胶芯时,产生两种材料的外表面之间的化学链接。

“其卡合在包层中的羧基基团和胺基团的芯材,像分子水平的胶,”议员说。

感测应变

研究人员测试光纤通过各种长度的纤维闪亮的激光传播的光的能力。每个光纤透射的光不衰减显著,或褪色。他们还发现,纤维可被拉伸过七次原来的长度而不会断裂。

现在,他们已经开发出一种高度灵活和强大的光纤,从那也是生物相容的水凝胶材料制成,研究人员开始与光纤的光学性能发挥,看看他们是否能设计出能感知光纤何时何地它是被拉伸。

它们首先被加载的纤维具有红色,绿色和蓝色有机染料,设置在沿着光纤的长度的特定点。下,它们照射激光通过光纤和拉伸,例如,红色区域。他们测量的光,使得它所有的方式通过光纤的光谱,并注意到红色光的强度。他们的理由是,该强度直接涉及通过红色染料吸收的光的量,因为该区域的结果被拉伸。

换句话说,通过测量在光纤的远端的光的量,研究人员能够定量确定在何处以及由纤维多少拉伸。  

“当你伸展纤维的某一部分,的纤维变化的那部分的尺寸,与光的区域吸收和散射,所以在这种方式中,纤维可以作为应变的传感器的数量沿”柳解释。

“这是想通过单一的纤维multistrain传感器,”育增加了。 “因此它可以是可植入的或可佩戴的应变计。”

研究人员想象这种可拉伸,应变感测光纤可以被植入或沿病人的臂或腿的长度安装,以监视用于改善流动性的迹象。

照设想中的纤维也可以用作传感器,响应于疾病的体征点亮。

“我们也许可以使用光纤进行长期的诊断,以光学监测肿瘤或炎症,”他说。 “该应用程序可以是有影响力的。”

“水凝胶纤维是非常有趣和人体中嵌入光提供一个令人信服的方向,”菲奥伦佐omenetto,塔夫茨大学生物工程教授,谁没有参与的工作说。 “在优化和管理纤维的物理和机械性能,这些努力是必要和重要的下一个步骤,使医疗相关的实际应用。”

这项研究得到了支持,部分由美国国家卫生研究所和国防部。