Gemodificeerde glasvezelmicrostructuur kan de gezondheid van het bloedvat van binnenuit verlichten

Skoltech -onderzoekers hebben een microstructuur gemaakt van gemodificeerde glasvezel die in principe zou kunnen fungeren als een kleine lantaarn voor medische sondes die het interieur van bloedvaten en andere buisvormige holtes in het lichaam onderzoeken.

Beschreven in het dagboek Annalen der Physikde microlantern bestaat uit een stuk holle-core optische vezel-een heel klein stukje buis gemaakt van glas. Een polymeerlaag en nanodeeltjes worden afgezet op het binnenoppervlak van de buis en de uiteinden zijn afgesloten met polymeermembranen.

Als de membranen worden bedekt met spiegels, verandert de lantaarn in een laserproducerend gericht licht van een specifieke kleur. Dit kan worden gebruikt in fotodynamische therapie om tumoren uit te roeien die zijn gesensibiliseerd met speciale kleurstoffen.

Endoscopische sondes gemaakt van glasvezel zijn een veelbelovende manier om moeilijk te toegankelijke gebieden in het lichaam te bereiken voor medische beeldvorming of therapeutische doeleinden. Optische vezel is dun genoeg om zelfs binnen bloedvaten te passen. Maar er is de kwestie om het einde van de sonde aan te passen aan de benodigde instrumenten.

Het deel dat in deze studie is vervaardigd, zou kunnen dienen als een diffuse lichtbron of – met verdere wijzigingen en verbeteringen – als een laser. Het vooruitzicht op een laser met een instelbare golflengte aan het einde van een endoscopische sonde is intrigerend, vanwege de kansen die het zou ontgrendelen voor zowel diagnostiek als behandeling.

De belangrijkste innovatie in het Skoltech -onderzoek heeft te maken met het verlagen van de verliezen in lichttransmissie, die dit soort instellingen plaagt.

De lichtemitterende microstructuur is gebaseerd op een stuk holle-core optische vezel van meerdere centimeters lang, met een binnendiameter van 0,25 millimeter en een buitendiameter van 0,5 millimeter.

Een polymeerlaag wordt afgezet aan de binnenkant van de holle kern, gegarneerd door een volgende laag zogenaamde kwantumstippen-niet-hanodeeltjes geleverd door Saratov State University.

De vezels zelf worden gemaakt door Spe LLC nanostructureerde glastechnologie, ook gevestigd in Saratov. Hoe meer polymeer- en kwantumstippenlagen betrokken zijn, hoe groter de verliezen van licht die door de vezel worden overgedragen.

“Wat we hebben gevonden, is dat de nanodeeltjes in de gelaagde coating dichter bij elkaar kunnen worden gesmolten door warmtebehandeling, die de polymeerlagen ontkoppelt en de ruwheid van de nanocomposietcoatings vermindert en als gevolg daarvan leidt tot verminderde lichtoverdrachtsverliezen,” zei de belangrijkste onderzoeker van de studie.

“Opmerkelijk is dat de vereiste verwarming ‘gratis’ wordt bereikt bij het voltooien van de structuur voor gebruik als optische resonator, omdat dit in beide uiteinden afgezette polymeermembranen inhoudt, gegarneerd door titaniumoxide/silica gelaagde spiegels, en die laatste fase omvat voldoende verwarming.”

Het resulterende systeem is veelbelovend voor het creëren van optisch gepompte lasers die werken met een vrij breed scala aan golflengten van 0,3 tot 6 micrometer.

De kwantumstippen dienen als het actieve medium van de laser en de rest van de structuur biedt een resonator. De lichtstraal komt uit het uiteinde van de cilindervormige microstructuur en de “kleur” van het licht wordt bepaald door de kwantumstip-laagkenmerken tijdens de productie.

Als alternatief is het mogelijk om de microstructuur te verwarmen zonder de spiegels af te zetten. Hoewel het probleem van de transmissieverliezen op dezelfde manier oplossen, verandert dit de structuur in een diffuse lichtbron in plaats van een laserresonator. Dat betekent dat het zijn omgeving in alle richtingen zal verlichten, en de kleur van het licht kan op dezelfde manier worden afgestemd door de kwantumstiplaag aan te passen.

Afhankelijk van wat het geval vraagt, kan een sonde uitgerust met de voorgestelde lichtemitterende microstructuur worden gebruikt voor oppervlakte-inspectie, diepe weefselvisualisatie, verwijdering van pathologisch weefsel via zogenaamde fotodynamische therapie, enz.