巴西坎皮纳斯州立大学的研究人员设计了一种光纤，该种光纤由从海藻中提取出的天然明胶——琼脂制成，不仅可食，可生物降解，且具有生物相容性，这些性质使此种波导可用于活体应用中，如成像、光线传输以及传感。

这种光纤同时在医学领域发挥着重要作用。医学专家将有可能用可生物降解光纤制成内窥镜等成像系统，插入人体器官中；仪器随后可被人体吸收，大大降低了治疗风险。

圣保罗研究基金会（São Paulo Research Foundation, FAPESP）对此种愿景表示了支持。此项研究由坎皮纳斯州立大学机械工程系的 Eric Fujiwara教授，Gleb Wataghin物理学院的Cristiano Cordeiro教授以及群马大学的 Hiromasa Oku教授进行。

“要制造这种光纤，我们首先将食品级琼脂浇入到主轴上纵向放置六根内杆的模具中，” Fujiwara说。“将琼脂溶液填满所有空间，待冷却后移除内杆，内杆原有位置形成孔洞；随后将琼脂波导从模具中移出；光纤的折射率和几何参数可以通过琼脂溶液成分及模具设计来改变。”

研究人员设计了外径2.5毫米、内有6个0.5毫米圆柱形气孔的圆柱形光纤，琼脂核心与气孔之间的折射率差异将光线的传播限制在琼脂光纤内部。

图1 可食用、具有生物相容性、可生物降解的光纤，未来能够用于一系列医学应用中。Eric Fujiwara供图。

Fujiwara说，与丝和水凝胶等其他可生物降解材料相比，使用琼脂制造光学传感器还有其他明显优势。

他说：“琼脂是食品级材料，价格低廉，操作简单，可用作培养基，且对湿度、浓度、pH值等变量非常敏感。”

这种光纤还有其他潜在用途：同时用作光学传感及微生物的培养基。研究人员可将光纤设计成包含某些生长发育所必需营养物的一次性样品单元。通过使用相机或光谱仪来分析信号，研究人员将能够使用光学手段感知设备中固定的细胞。

Fujiwara表示，通过测量透射光线随外界刺激变化，这种设备未来还可用于监测细胞对特定药物的敏感性，或监测细胞对于环境变化的实时反应。

研究人员表示，他们已经开始改进此光纤的光学特性，目前正在开展测量其传感能力的试验。团队希望不日可将此项技术投入使用。

此项研究发表在 Scientific Reports上 (www.doi.org/10.1038/s41598-020-64103-3)。

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