Por primera vez, Los investigadores han fabricado elementos de detección conocidos como rejillas de Bragg de fibra dentro de fibras ópticas diseñadas para disolverse completamente dentro del cuerpo. Las rejillas de Bragg de fibra bioreabsorbible podrían usarse para el monitoreo corporal de la curación de fracturas óseas y para una exploración más segura de órganos sensibles como el cerebro.

Una rejilla de fibra de Bragg es un elemento óptico inscrito en una fibra óptica, que se utiliza ampliamente como instrumento de detección. Aunque las rejillas de fibra de Bragg se utilizan comúnmente para aplicaciones como el monitoreo en tiempo real de la salud estructural de los puentes o el seguimiento de la integridad de las alas de los aviones, hasta ahora no presentaban características preferidas para su uso en el cuerpo. Con un diseño que les permite romperse de manera similar a las puntadas solubles, Las nuevas fibras de vidrio deben ser seguras para los pacientes incluso si se rompen accidentalmente. según los investigadores.

"Nuestro trabajo allana el camino hacia sensores de fibra óptica que se pueden insertar de forma segura en el cuerpo humano, "dijo Maria Konstantaki, miembro del equipo de investigación del Instituto de Estructura Electrónica y Láser (IESL) de la Fundación de Investigación y Tecnología - Hellas (FORTH), Grecia, que fabricó y caracterizó las nuevas rejillas. "Porque se disuelven, estos sensores no necesitan ser removidos después de su uso y permitirían nuevas formas de realizar tratamientos y diagnósticos eficientes en el cuerpo ".

Los investigadores de FORTH colaboraron con científicos del Politecnico di Torino y del Istituto Superiore Mario Boella, Italia, quien desarrolló, fabricó y caracterizó la fibra óptica especial utilizada para la obra. En la revista The Optical Society (OSA) Letras de óptica , los investigadores muestran que las rejillas grabadas en la fibra de vidrio bioabsorbible se disuelven en condiciones que simulan las del cuerpo humano.

Las nuevas rejillas de Bragg de fibra óptica bioreabsorbible podrían usarse para detectar la presión en las articulaciones o actuar como pequeñas sondas que pueden alcanzar y evaluar de manera segura el corazón y otros órganos delicados. Las técnicas basadas en láser para extirpar tumores también podrían mejorarse con estas rejillas de fibra óptica, que podría enviar simultáneamente el rayo láser y proporcionar la detección de temperatura precisa en tiempo real necesaria para monitorear el proceso de ablación con láser.

"Esta es la primera vez que un elemento óptico ampliamente utilizado y bien calibrado, como una rejilla de Bragg, se ha grabado en una fibra óptica bioreabsorbible, ", dijo Konstantaki." Nuestro enfoque podría potencialmente utilizarse para crear varios tipos de estructuras interconectadas en o sobre fibras ópticas biorreabsorbibles, permitiendo realizar una amplia gama de técnicas de análisis bioquímico y de detección dentro del cuerpo ".

Haciendo vidrio que se disuelve

Para crear rejillas de Bragg de fibra óptica que puedan usarse de manera segura en el cuerpo, los investigadores desarrollaron un tipo especial de vidrio hecho de óxido de fósforo combinado con óxidos de calcio, magnesio, sodio y silicio. "Este vidrio combina excelentes propiedades ópticas con biocompatibilidad y solubilidad en agua, proporcionando así una plataforma confiable desde la cual fabricar fibras ópticas que se disuelven en agua o fluidos biológicos, ", dijo Daniel Milanese del Politecnico di Torino." Las propiedades de las fibras ópticas se pueden ajustar cambiando correctamente la composición del vidrio ".

Las rejillas de Bragg de fibra óptica se crean mediante el uso de un láser para inscribir una fibra óptica con un patrón que hace que la fibra refleje una longitud de onda específica en la dirección de donde vino. Un tipo de rejilla conocida como rejilla de Bragg de fibra óptica inclinada permite que parte de la luz reflejada escape del núcleo de la fibra y entre en el revestimiento circundante. Las rejillas inclinadas se utilizan a menudo para la detección porque los cambios en la superficie cilíndrica de la fibra modifican la luz reflejada de forma que se puede monitorear.

Los investigadores crearon rejillas de Bragg de fibra óptica inclinadas y estándar para comprender mejor cómo los parámetros utilizados para la inscripción afectaban las características de detección de la rejilla. Descubrieron que exponer la fibra bioreabsorbible a luz láser ultravioleta con una distribución de intensidad espacial determinada, que describe cómo se distribuye la potencia del rayo láser, creaba un patrón de relieve de superficie correspondiente en el volumen de la fibra óptica después de la disolución.

"Este hallazgo allana el camino para nuevas aplicaciones de este tipo de materiales, particularmente en forma de fibra, "dijo Stavros Pissadakis, quien lidera el grupo FORTH. "Se podrían crear estructuras ópticas o fluídicas complejas utilizando láseres para hacer un dispositivo con una serie de funcionalidades personalizadas".

Después de confirmar que los patrones creados por el proceso de inscripción operaban como una rejilla de fibra de Bragg, Los investigadores sumergieron fibras con y sin rejillas de Bragg de fibra en una solución que simulaba las condiciones de pH y temperatura del cuerpo humano durante 56 horas. Descubrieron que el vidrio que había sido grabado con luz láser se disolvió más rápido que el vidrio no expuesto.

Los investigadores ahora están realizando experimentos sistemáticos para comprender mejor cómo la composición de la fibra y las condiciones de irradiación del láser ultravioleta afectan la velocidad a la que se disuelve la rejilla de Bragg de la fibra. Esta información podría usarse para crear rejillas de fibra de Bragg que se disuelven dentro de un período de tiempo específico. Antes de ser utilizado en personas, Las propiedades de disolución y detección de las rejillas de fibra de Bragg deberán estudiarse en animales.