Un flexible La fibra óptica biodegradable que puede suministrar luz al cuerpo para aplicaciones médicas es el último trabajo de una colaboración entre ingenieros eléctricos e ingenieros de biomateriales en el Instituto de Investigación de Materiales de Penn State.

La capacidad de suministrar luz al cuerpo es importante para la cirugía con láser. activación de drogas, imagen óptica, diagnóstico de enfermedad, y en optogenética, el campo experimental en el que se utiliza la luz para manipular la función de las neuronas en el cerebro. Todavía, entregar luz al cuerpo es difícil y típicamente requiere la implantación de una fibra óptica hecha de vidrio.

"El problema es que la luz visible solo puede penetrar hasta una cierta profundidad, tal vez cientos de micrones, "dijo Jian Yang, profesor de ingeniería biomédica, Penn State. "La luz del infrarrojo cercano podría penetrar desde unos pocos milímetros hasta un centímetro, pero eso no es suficiente para ver lo que está pasando ".

En la actualidad, la gente usa fibra de vidrio para introducir luz en el tejido biológico en profundidad, pero el vidrio es quebradizo y no es biodegradable. Puede romperse y dañar el tejido si se implanta. Los investigadores están comenzando a considerar las fibras poliméricas flexibles como solución.

Yang inventó previamente un polímero a base de citrato, un ingrediente clave de origen natural en el metabolismo, que desarrolló como plataforma general para aplicaciones biomédicas, como tornillos óseos biodegradables para la fijación ósea, andamios para la ingeniería de tejidos y nanopartículas para administrar fármacos terapéuticos de liberación prolongada. Ahora, colabora con Zhiwen Liu, Profesor de Ingeniería Eléctrica de Penn State, utilizando el polímero a base de citrato de Yang para crear una fibra óptica de índice escalonado para la entrega de luz dentro del cuerpo.

Una fibra de índice escalonado tiene un material de núcleo que transmite la luz y un revestimiento que protege el núcleo y evita que la luz se escape. El laboratorio de Yang fabrica y prueba el polímero y luego lo lleva al laboratorio de Liu para convertirlo en fibra. Una vez probada y ajustada la fibra, El laboratorio de Yang implanta la fibra en tejido biológico para realizar pruebas.

"El presente trabajo demuestra la primera fibra polimérica de índice escalonado flexible biodegradable a base de citrato, "dijo Dingying Shan, un doctorado estudiante en el grupo de Yang.

Shan es co-primer autor de un artículo reciente en la revista. Biomateriales , que describe su trabajo.

"El uso de polímeros a base de citrato permite un ajuste ultrafino de las diferencias del índice de refracción entre el núcleo y las capas de revestimiento, ", agregó el co-primer autor Chenji Zhang, un doctorado reciente. graduado en el grupo de Liu.

Debido a que el núcleo y el revestimiento tienen características mecánicas idénticas, la fibra óptica se puede doblar y estirar sin que las capas se separen, como puede suceder con materiales diferentes. Los dos materiales también se biodegradarán a velocidades similares en el cuerpo, sin daño.

"Creemos que este nuevo tipo de biodegradable, La fibra óptica de índice de pasos biocompatible y de baja pérdida puede facilitar la entrega y recolección de luz a escala de órganos, "Shan dijo." Y que se convertirá en una herramienta habilitadora para diversas aplicaciones biomédicas donde la entrega de luz, se desean imágenes o detección, "Dijo Shan.

"Este nuevo tipo de fibra crea una ventana transparente para mirar dentro de un tejido turbio, y puede permitir nuevas oportunidades para la obtención de imágenes, "Dijo Liu.

Como paso preliminar, El equipo primero midió las características de propagación de la luz de la fibra y luego utilizó esta información para demostrar la transmisión de imágenes a través de la fibra.

"Debido a que el material no es tóxico y es biodegradable, la fibra a base de citrato podría dejarse dentro del cuerpo durante períodos prolongados sin necesidad de una segunda cirugía para extraerla, "Dijo Yang." Además de la detección y la obtención de imágenes, podemos agregar productos químicos terapéuticos, fármacos o moléculas biológicas para el tratamiento de enfermedades ".