Бразильцы разработали растворимое оптоволокно для медицины
Биоразлагаемое оптическое волокно может использоваться для мониторинга сигналов в мозге или мышцах, а также для реабилитации пациентов.
Электрические сигналы контролируют огромное количество процессов в организме человека, от взаимодействия между нейронами и стимуляции сердечной мышцы до импульсов, которые позволяют рукам и ногам двигаться. Для мониторинга или изменения этих сигналов в медицинских целях недавно в Бразилии разработали биосовместимое и биоразлагаемое оптоволокно на основе вещества из морских водорослей.
Исследованием руководил профессор Школы машиностроения Государственного университета Кампинас Эрик Фудживара. Профессор рассказал, что биосовместимая волоконная оптика незаменима в медицинских целях: для мониторинга жизненно важных органов, фототерапии или оптогенетики, то есть контроля над клетками путём сочетания оптики, генетики и биоинженерии. Оптические волокна из биоразлагаемых материалов также могут стать альтернативой существующим телекоммуникационным технологиям на основе стеклянных или пластиковых волокон, добавил учёный.
Новое оптическое волокно добыли из агара, натурального желеобразователя из красных водорослей. Он прозрачный, гибкий, безвредный и возобновляется самой природой. Те же исследователи ранее разработали биосовместимое оптическое волокно на основе агара в качестве датчика для контроля концентрации химических веществ и влажности. Вообще, агар — широко распространённое вещество. Например, он используется как растительный заменитель желатина в кондитерских изделиях.
— Эрик Фудживара, профессор Школы машиностроения Государственного университета Кампинас.
Когда на волокно воздействуют концентрированным светом, оно выдаёт узоры, которые изменяются в пространстве и времени. Поскольку электрические токи в определённой среде проходят через волокно, они меняют показатель преломления агара и влияют на гранулированные узоры, которые известны как спеклы. Термин спекл или спекл-структура произошёл от английского speckle — «крапинка, пятнышко», так как это случайная картина при взаимной интерференции волн. На такой картине, как правило, можно отчётливо наблюдать светлые пятна, крапинки (их и называют спеклами), которые разделены тёмными участками изображения. Итак, анализ помех позволил бразильским учёным определять величину и направление электрических стимулов с помощью надежных измерений токов, равных 100 микроампер или даже меньших.

Способность обнаруживать столь малые электрические сигналы может иметь важное значение для биомедицинского применения. Волокно из водорослей можно будет использовать в сенсорных системах для мониторинга биоэлектрических стимулов в мозге или мышцах, то есть оно можно служить биоразлагаемой альтернативой медицинским электродам. В таком случае оптические сигналы можно декодировать для диагностики нарушений. Другая возможность — использовать волокно в качестве вспомогательного средства в смычке «человек-компьютер» для вспомогательных технологий или реабилитации.
Отклик сенсора можно улучшить, регулируя химический состав материала. А возможность придавать агару различную форму означает, что его можно использовать для изготовления линз и других оптических устройств, чувствительных к электрическому току. Наиболее важное преимущество в том, что волокно может усваиваться организмом после использования, избегая дополнительных хирургических вмешательств.
Но речь пока ещё идёт о лабораторных исследованиях, подчеркнул Фудзивара, и до технологических применений ещё далеко. Но тщательное определение физических параметров оптического отклика на электрический ток закладывает прочную основу для будущего изготовления биомедицинских устройств с использованием растворимого волокна.
Электрические сигналы контролируют огромное количество процессов в организме человека, от взаимодействия между нейронами и стимуляции сердечной мышцы до импульсов, которые позволяют рукам и ногам двигаться. Для мониторинга или изменения этих сигналов в медицинских целях недавно в Бразилии разработали биосовместимое и биоразлагаемое оптоволокно на основе вещества из морских водорослей.
Исследованием руководил профессор Школы машиностроения Государственного университета Кампинас Эрик Фудживара. Профессор рассказал, что биосовместимая волоконная оптика незаменима в медицинских целях: для мониторинга жизненно важных органов, фототерапии или оптогенетики, то есть контроля над клетками путём сочетания оптики, генетики и биоинженерии. Оптические волокна из биоразлагаемых материалов также могут стать альтернативой существующим телекоммуникационным технологиям на основе стеклянных или пластиковых волокон, добавил учёный.
Новое оптическое волокно добыли из агара, натурального желеобразователя из красных водорослей. Он прозрачный, гибкий, безвредный и возобновляется самой природой. Те же исследователи ранее разработали биосовместимое оптическое волокно на основе агара в качестве датчика для контроля концентрации химических веществ и влажности. Вообще, агар — широко распространённое вещество. Например, он используется как растительный заменитель желатина в кондитерских изделиях.
Производственный процесс состоит в основном из заполнения цилиндрических форм растворами агара. Наше последнее исследование расширяет диапазон применений, предлагая новый тип оптического датчика, который усиливает электропроводность агара
— Эрик Фудживара, профессор Школы машиностроения Государственного университета Кампинас.
Когда на волокно воздействуют концентрированным светом, оно выдаёт узоры, которые изменяются в пространстве и времени. Поскольку электрические токи в определённой среде проходят через волокно, они меняют показатель преломления агара и влияют на гранулированные узоры, которые известны как спеклы. Термин спекл или спекл-структура произошёл от английского speckle — «крапинка, пятнышко», так как это случайная картина при взаимной интерференции волн. На такой картине, как правило, можно отчётливо наблюдать светлые пятна, крапинки (их и называют спеклами), которые разделены тёмными участками изображения. Итак, анализ помех позволил бразильским учёным определять величину и направление электрических стимулов с помощью надежных измерений токов, равных 100 микроампер или даже меньших.

Способность обнаруживать столь малые электрические сигналы может иметь важное значение для биомедицинского применения. Волокно из водорослей можно будет использовать в сенсорных системах для мониторинга биоэлектрических стимулов в мозге или мышцах, то есть оно можно служить биоразлагаемой альтернативой медицинским электродам. В таком случае оптические сигналы можно декодировать для диагностики нарушений. Другая возможность — использовать волокно в качестве вспомогательного средства в смычке «человек-компьютер» для вспомогательных технологий или реабилитации.
Отклик сенсора можно улучшить, регулируя химический состав материала. А возможность придавать агару различную форму означает, что его можно использовать для изготовления линз и других оптических устройств, чувствительных к электрическому току. Наиболее важное преимущество в том, что волокно может усваиваться организмом после использования, избегая дополнительных хирургических вмешательств.
Но речь пока ещё идёт о лабораторных исследованиях, подчеркнул Фудзивара, и до технологических применений ещё далеко. Но тщательное определение физических параметров оптического отклика на электрический ток закладывает прочную основу для будущего изготовления биомедицинских устройств с использованием растворимого волокна.
- Дмитрий Ладыгин
- eurekalert.org; nature.com
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Призрак, затопивший «Титаник», появился у берегов Англии
Ученые рассказали, как редкая оптическая иллюзия могла пустить ко дну самый защищенный лайнер в истории...
Туннель Путина — Трампа с Чукотки на Аляску: что нам ждать после подписания соглашения?
На самом деле, этот проект справил 135-летний юбилей. Неужели человечество наконец-то доросло до тоннеля между Евразией и Америкой?...
Обломок взорвавшейся планеты размером с Луну нашли в самом сердце Сахары
Откуда он там взялся и что вообще творилось на заре существования Солнечной системы?...
Третье пророчество китайского Нострадамуса: почему Иран победит США
Два предсказания уже сбылось, когда ждать исполнения третьего прогноза...
7000-летняя загадка: полный ров обезглавленных скелетов обнаружен в Словакии
Археологи в растерянности: совершенно непонятно, кто и зачем изъял черепа у 77 человек...
Взрыв «лунной» ракеты остановил США: Китай выходит вперед?
Эксперты говорят: катастрофа отбросила американскую лунную программу на несколько лет назад...
Тайны «северной столицы»: чем поразил археологов главный город гуннов?
Этот мегаполис вообще не должен был существовать, так как нарушает все правила...
Жизнью мы обязаны Юпитеру: почему эта планета отметилась в ДНК каждого из нас?
Американские ученые полностью переписали одну из главных страниц в истории Земли...
Российские дроны заглянули под землю: какие тайны раскрыл древнеримский город Парион?
Ученые копают здесь уже 20 лет, но прорыв случился, когда россияне применили новейшие технологии...
Тайна аномальных снегопадов в Антарктиде раскрыта: виноваты невидимые «реки»
Ученым придется пересмотреть все климатические модели Шестого континента. Кстати, снега там будет выпадать с каждым годом все больше...
МКС снова переехала: почему в этом «виноваты» русские?
Без российских кораблей международная станция давно бы упала и сгорела...
Боевые комары Пентагона: детали секретного проекта наконец-то раскрыты
Почему эксперты признают: у этих экспериментов был большой потенциал?...