一种灵活可生物降解的光纤

宾夕法尼亚州立大学材料研究所的电气工程师和生物材料工程师合作研究了一种最新的灵活可生物降解的光纤，可以将光线输送到体内进行医疗应用。

将光传送到人体中对于实现新型的激光手术、药物激活、光学成像，以及疾病的诊断和光遗传学技术等应用是十分重要的，甚至实现利用光在大脑神经元中的某些功能操作。然而，向身体输送光线是困难的，通常需要植入由玻璃制成的光纤。

宾夕法尼亚州立大学生物医学工程教授JIan Yang说，其中问题是，可见光只能穿透到一定深度，可能只有到几百微米。而近红外光可能能穿透几毫米到一厘米，但这还不足以观察到底在组织中发生了什么。

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上图所示是当光传输通过含有柠檬酸的光纤时的情形。来源：宾州州立大学

目前，人们通常用玻璃纤维将光线深入到生物组织中，但玻璃是易碎的，且是不可生物降解的。如果植入到人体中那就会会破坏和损伤组织结构。研究者们开始向柔性聚合物纤维探索，作为一种潜在的解决方案。

杨曾发明了一种基于柠檬酸的聚合物，这种一种在自然发生的代谢中的关键成分，他还开发了生物医学应用的通用平台，如可降解骨钉固定，用于组织工程和纳米支架上随时间逐渐释放药物的应用。现在，他与宾州州立大学的电气工程教授Zhiwen Liu合作，用前者开发的柠檬酸盐聚合物创造除了一种可以再人体身体里面实现光传输的阶跃光纤。

阶跃光纤结构中包括一个可以传输光的纤芯和保护光防止其逃逸的包层。Yang的实验室进行测试的聚合物并以次为基础在Liu的实验室中制作成为光导纤维。一旦这种光导纤维测试和微调后效果理想，Yang 打算在实验室中尝试将纤维植入生物组织进行测试。

“目前的研究表明这是首次实现的基于柔性的可生物降解的柠檬酸物质的聚合物光纤，”Dingying Shan说，她是Yang研究小组的一名博士生。

Shan最近发表在《生物材料》杂志上的一篇论文，描述了他们的这个工作的相关情况。

“基于聚合物柠檬酸的使用，使超细芯和包层之间的折射率差异得到调整，”共同第一作者ChenJi Zhang说明，他是Liu研究团队的另外一个博士研究生。

由于芯层和包层具有相同的力学特性，光纤可以在没有剥离层的情况下弯曲和拉伸，也可以在不同的材料中实现这种功能。两材料也将以类似的速度在体内降解，而不会产生人体伤害。

Shan说：“我们相信这种新型可生物降解、生物相容性和低损耗的渐变折射率光导纤维可以加快器官尺度的光传递和收集。它将成为各种生物医学应用的一个有利工具，用于提供光传输、成像或传感。”。

“这种新型纤维可以实现一种人体混浊组织的透明窗口，是实现人体成像的新的机会，”Liu说。

作为初步步骤，研究小组首先测量光纤的光传输特性，然后利用这些信息来演示通过光纤的图像传输。

Yang说：“因为这种材料无毒且可生物降解，所以这种基于柠檬酸材料的光导纤维可以长时间留在体内，而无需进行第二次手术。除了传感和成像外，我们还可以通过这种光导纤维为治疗疾病添加治疗药物、药物或生物分子等。”

原文链接：https://phys.org/news/2017-10-safe-optical-fiber-drugs-body.html

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