物理科学：一种安全的光纤，用于将光和药物输送到体内！
宾夕法尼亚州立大学材料研究所的电气工程师和生物材料工程师合作的最新工作是一种灵活的，可生物降解的光纤，可以为医疗应用提供光线。
将光传递到体内的能力对于激光手术，药物激活，光学成像，疾病诊断和光遗传学是重要的，光遗传学是光用于操纵大脑中神经元功能的实验领域。然而，将光传递到身体中是困难的，并且通常需要植入由玻璃制成的光纤。
宾夕法尼亚州立大学生物医学工程教授Jian Yang说：“问题在于可见光只能穿透到一定深度，甚至可能达到数百微米。”“近红外光可能能够穿透几毫米到一厘米，但这还不足以看到发生了什么。”
目前，人们使用玻璃纤维在深处进入生物组织，但是玻璃很脆并且不可生物降解。如果植入，它可以破坏和损坏组织。研究人员开始关注柔性聚合物纤维作为解决方案。
杨先生之前发明了一种基于柠檬酸盐的聚合物，柠檬酸盐是一种天然存在的新陈代谢关键成分，他作为生物医学应用的一般平台开发，例如用于骨固定的可生物降解骨螺钉，用于组织工程的支架和用于提供时间释放的治疗药物的纳米颗粒。现在，他与宾夕法尼亚州立大学电气工程教授刘志文合作，使用杨的柠檬酸盐基聚合物制造了一种用于体内光传输的阶跃折射率光纤。
阶跃折射率光纤具有透射光的芯材料和保护芯部并保持光线逃逸的包层。Yang的实验室对聚合物进行制造和测试，然后将其送到Liu的实验室变成纤维。一旦光纤经过测试和微调，杨的实验室将光纤植入生物组织进行测试。“目前的工作展示了第一种基于柠檬酸盐的柔性可生物降解聚合物阶跃折射率纤维，”博士丁丁英说。杨的学生。Shan是Biomaterials杂志最近发表的一篇论文的共同第一作者，该论文描述了他们的工作。
“使用基于柠檬酸盐的聚合物可以对核心和包层之间的折射率差异进行超细调整，”最初的作者Chenji Zhang博士补充道。毕业于刘的小组。
由于芯和包层具有相同的机械特性，因此光纤可以弯曲和拉伸而不会使层分开，就像不同的材料一样。这两种物质也会在体内以相似的速率生物降解，没有伤害。
“我们相信这种新型可生物降解，生物相容且低损耗的阶跃折射率光纤可以促进器官规模的光传输和收集，”Shan说。“并且它将成为各种生物医学应用的有利工具，需要光传输，成像或传感，”Shan说。
“这种新型纤维创造了一个透明的窗口，用于窥视浑浊的组织，并且可以为成像提供新的机会，”刘说。作为初步步骤，该团队首先测量光纤的光传播特性，然后使用此信息来演示通过光纤传输的图像。
“因为这种材料是无毒和可生物降解的，所以柠檬酸盐基纤维可以长时间留在体内，而不需要进行第二次手术去除它，”杨说。“除了传感和成像，我们还可以添加治疗化学品，药物或生物分子用于疾病治疗。”
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