光在基于柠檬酸盐光纤中的传输示意图。(图片来源：Dingying Shan / Chenji Zhang /宾夕法尼亚州立大学)

　　一种柔性、可生物降解的光纤能把光传输到人体内，可以应用在医疗上。这是宾夕法尼亚州立大学材料研究所电气工程师和生物材料工程师之间合作的最新工作成果。

　　对于激光手术、药物活化、光学成像、疾病诊断和光遗传学(把光用于操纵大脑神经元功能的实验领域)，将光传输到人体内是很重要的一步。然而，将光输送到体内是困难的，并且通常需要植入由玻璃制成的光纤。

　　宾州州立大学生物医学工程Jian Yang教授表示：“问题在于可见光只能穿透到一定深度，大约数百微米。” “近红外光可能会穿透几毫米到一厘米，但这还不足以看到体内发生了什么。”

　　目前，人们使用玻璃光纤深入生物组织，但玻璃质脆且不可生物降解。如果植入体内，会破坏和损伤组织。研究人员开始着眼于柔性聚合物光纤作为一种解决方案。

　　Yang 曾发明了一种基于柠檬酸盐的聚合物，它是一种天然代谢关键成分。他把这种聚合物发展成为生物医学应用的一般平台，如骨固定的生物可降解骨螺钉、组织工程的支架和用于传递时间释放治疗药物的纳米颗粒。现在他正在与宾夕法尼亚州立大学电气工程教授Zhiwen Liu合作，使用Yang的柠檬酸盐聚合物，为人体内的光线传播创造出一种阶跃折射率光纤。

　　阶跃折射率光纤具有传输光的芯区材料和保护芯的包层，保证不会漏光。Jian Yang教授的实验室对聚合物进行了测试，然后将其送入Zhiwen Liu的实验室进行光纤化。只要这种基于柠檬酸盐的光纤测试合格，Yang的实验室将会把它植入生物组织进行下一步测试。

　　“目前的工作展示了首个基于柠檬酸盐的柔性、可生物降解聚合物阶跃折射率光纤，” Yang小组博士生Dingying Shan说道。

　　Shan最近在《Biomaterials》杂志上发表文章描述了他们的工作，他是联合第一作者。

　　“使用基于柠檬酸盐的聚合物能够实现芯和包层之间的折射率差异的超微调整”，最近毕业于Liu小组的博士Chenji Zhang补充说，她亦是论文的联合第一作者。

　　因为芯和包层具有相同的机械特性，所以光纤可以弯曲和拉伸而不会使两者分开，类似情况在不同材料间亦会发生。这两种材料也将以相同的速率在体内生物降解，而不会造成受到损伤。

　　“我们相信这种新型的可生物降解、具有生物相容性和低损耗的阶跃折射率光纤可以促进器官大小级别的光传输和收集。” “而且它将成为的各种生物医学应用的有力工具，比如在光传输、成像或探测等，”Shan说。

　　“这种新型光纤为窥视浑浊的组织创造了一个透明的窗口，并可以为影像创造新的机会，” Liu说。

　　作为初始步骤，该团队首先测量光纤的光传播特性，然后使用该信息来演示通过光纤的图像传输。

　　“因为这种材料是无毒和可生物降解的，所以柠檬酸盐光纤可以长时间留在人体内，而不需要二次手术去移除它。” “除了光传输的探测和成像之外，我们还可以加入治疗性的化学物质、药物或生物分子进行疾病治疗，”Yang说道。

　　来源：中国激光网

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