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
3700-летний вирус, спрятанный в средневековых книгах, только что убил 500 тысяч животных
Сколько еще патогенов дремлет в библиотечных хранилищах Европы и России, точно не скажет ни один ученый...
«Этого не должно происходить»: что ученые нашли в облаках Венеры
Там возможны абсолютно другие, просто невероятные формы жизни. И эксперименты это доказали...
Молилась и убивала: какой диагноз ставят Салтычихе психиатры и психологи?
Ученые говорят: феномен жестокости самой страшной помещицы России разгадан, но......
Супервспышка-1947: тогда Земля избежала триллиона бомб. Но успокоилось ли Солнце?
Астрофизики говорят, что нам очень повезло со звездой. Но шансы на глобальную катастрофу все-таки есть...
Карта 1587 года и Ноев ковчег: почему место совпало с раскопками на Арарате?
Длина «судна», кстати, тоже совпала, и это не может не настораживать...
«Выстрел» прямо в Землю: астрономы обнаружили черную дыру, выбрасывающую струю в сторону нашей планеты
Ученые рассказали, как это поможет разгадать важную космическую тайну...
Камчатка 1000 лет назад: археологи заглянули в исчезнувший мир из космоса
Предков этих людей изгнало мощное извержение вулкана, но через столетия они вернулись в родные земли...
Жизнь за пределами Земли: что рассказала ученым межзвездная комета 3I/ATLAS?
Объект настолько древний, что его возраст крайне сложно представить. И это не единственная загадка пришельца из глубокого космоса...
Нашли тайную комнату в гробнице Тутанхамона: почему там может быть Нефертити?
Если гипотеза подтвердится, это будет крупнейшее археологическое открытие современной эпохи...
Поделили Москву на «зоны влияния»: генетики рассказали, как живут крысиные «народы» столицы
Почему московские грызуны оказались «неуязвимыми мутантами» и зачем им реки для жизни?...
Астрономы поймали сигнал из космоса: пришельцы или помеха?
И почему главная проблема в том, что мы мастерски сами себе мешаем за пределами Земли?...
928 разбросанных костей в Гёбекли-Тепе: спустя 30 лет раскопок тайна древнейшего храма наконец-то раскрыта
Однако археологи признаются: от открытия им проще не стало. Напротив, все еще больше запуталось...
Черная смерть — двигатель прогресса: как эпидемия чумы в корне поменяла ход истории в Европе
Неожиданно: книгопечатание, отмена крепостного права, раскол западного христианства — это лишь немногие последствия пандемии...
Тихий океан стал вести странно: молодая вода быстро стареет, а старая, наоборот, молодеет. В чем причина?
Особенно страдает северная часть океана. Но и есть хорошая новость...
Не хуже Тутанхамона: почему сокровища забытых цариц из Ассирии поразили ученых?
Особенно загадочной оказалось гробница II, причем ее тайна до конца не раскрыта и по сей день...
Таинственные пещерные иероглифы в Мексике раскрывают давно потерянную письменность
Оказалось, что разгадки лучше всего искать не в городах, а на склонах гор в глуши...