研究人员开发出可生物降解的光纤，用于测量或调节体内电流
发布时间：2023-09-21 10:01:57 阅读数： 59
从红藻中提取的材料透明、柔韧、可食用且可再生。图片来源：Eric Fujiwara/Unicamp
电信号控制着人体的大量活动，从大脑神经元之间的信息交流、心肌的刺激到使手脚活动的脉冲等，不一而足。为了监测或调节这些信号以达到医疗目的，一种基于琼脂（一种从海藻中提取的物质）的生物相容性和可生物降解的光纤刚刚研制成功。
这项研究由巴西圣保罗州坎皮纳斯州立大学机械工程学院（FEM-UNICAMP）教授埃里克-藤原、格列布-瓦塔欣物理研究所（IFGW-UNICAMP）的克里斯蒂亚诺-蒙泰罗-德巴罗斯-科代罗和日本群马大学的奥广正领导。相关文章发表在《科学报告》上。
"生物相容性设备是光纤用于生命体征监测、光疗或光遗传学（一种通过结合光学、遗传学和生物工程来控制和监测特定细胞的方法）等医疗应用时不可或缺的设备。藤原说："用生物可降解材料制成的光纤也是现有基于玻璃或塑料光纤的电信技术的替代品。
这种新型光纤是用琼脂制成的，琼脂是从红藻中提取的一种天然明胶。它具有透明、柔韧、可食用和可再生的特点。此前，这些研究人员已经开发出一种基于琼脂的生物兼容光纤，作为传感器用于监测化学浓度和湿度。
"生产过程主要是在圆柱形模具中注入琼脂溶液。藤原解释说："我们的最新研究扩大了应用范围，提出了一种利用琼脂导电性的新型光学传感器。
当光纤被相干光激发时，会产生空间和时间上不断变化的粒状光图案。当介质中的电流穿过光纤时，它们会调节琼脂的折射率，并在颗粒状图案中产生扰动，即所谓的斑点。
"藤原说："对这些扰动的分析使我们能够确定电刺激的大小和方向，并对等于甚至小于 100 微安 [μA]的电流进行可靠的测量。
能够检测到如此微妙的电信号，对于可能的生物医学应用至关重要。"这种光纤可用于传感器系统，监测大脑或肌肉中产生的生物电刺激，作为传统电极的可生物降解替代品。在这种情况下，可以对光信号进行解码，以诊断干扰。藤原说："另一种可能性是将光纤用作人机连接的辅助接口，用于辅助或康复技术。
传感器的响应可以通过调整材料的化学成分来增强，而且琼脂可以模塑成各种几何形状，这意味着它可以用来制造对电流敏感的透镜和其他光学设备。最重要的优点是，纤维在使用后可被生物体吸收，避免了额外的手术干预。
藤原强调说，这仍然是一项台架研究，技术应用还很遥远，但严格确定对电流的光学响应的物理参数，为将来利用这种纤维制造生物医学设备奠定了坚实的基础。
参考资料
Eric Fujiwara et al, Agar-based optical sensors for electric current measurements, Scientific Reports (2023). DOI: 10.1038/s41598-023-40749-7
