海洋藻类光纤在医学和科学环境中有着广泛的应用

发布时间: 2020-08-10 11:02:43   作者:本站编辑   来源: 本站原创   浏览次数:

 

巴西坎皮纳斯大学(UNICAMP)和日本冈马大学(Gunma University)的研究人员设计了一种由琼脂制成的光纤,即从海藻中获得的天然明胶。除了可食用外,这种纤维还具有生物降解性和生物相容性-这些特性使研究人员能够将其波导用于体内应用,如成像、光传递和传感。

纤维也可能在医疗环境中发挥有价值的作用。医疗专业人员可能会将由生物降解纤维制成的内窥镜或类似的成像装置插入体内的器官,然后自然吸收该装置,减少与医疗程序相关的许多风险。

FAPESP(圣保罗研究基金会)支持这项创意。UNICAMP机械工程学院的Eric Fujiwara教授和UNICAMP Gleb Wataghin物理研究所的Cristiano Cordeiro教授与Gunma大学的Hiromasa Oku教授进行了这项研究。

Fujiwara说:为了生产这种纤维,我们把食品级的琼脂倒入一个模子里,六根内棒沿主轴纵向放置。凝胶扩散填补现有空间。冷却后,棒被移除形成气孔,从模具中取出固化波导。纤维的折射率和几何形状可以通过改变琼脂溶液的组成和模具设计来调节。

研究人员在一个内部围绕一固体核心排列六个0.5毫米的圆柱形气孔、外径为2.5毫米的圆柱体内设计纤维。琼脂芯和空气孔折射指数的差异限制了系统的光在其内部全反射。

根据Fujiwara的说法,使用琼脂制造光学传感器比使用其他可生物降解的材料(如丝绸和水凝胶)有更明显的优势。

. 具有可食用、生物相容性和可生物降解性等各种医学应用的潜力的琼脂纤维

Fujiwara说:琼脂是食品级的、廉价、易于操作的,可以用作培养基,并对湿度、浓度和pH等变量具有内在的敏感性。

光纤还有另一种潜在用途:同时作为光学传感器和微生物生长介质应用。 在这里,研究人员将把波导设计成一个一次性样品单元,其中含有生长和发展所必需的某些营养物质。利用相机或光谱仪分析信号,研究人员将能够光学感知设备中的固定细胞。

Fujiwara说,这种装置的潜在应用将是实时监测细胞对某些药物的易感性,或它们对环境变化的反应,因为透射光可以在受到外部刺激时测量。

在其研究的测试阶段,该团队测量了其纤维在空气、水、乙醇到丙酮等介质中的有效性,最终确定其相关敏感性。Fujiwara说,这使得光纤适合于光学传感,因为凝胶在温度、湿度和pH的变化中经历了结构变化。

研究人员说,他们已经开始了改善和改进光纤光学性能的过程。试验的目的是表征其传感能力的测试正在进行中,该团队表示,预计很快这项技术能够实用。

 

    本研究发表于Scientific Reports (www.doi.org/10.1038/s41598-020-64103-3).

 

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