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  一種柔性、可生物降解的光纖能把光傳輸?shù)饺梭w內(nèi)，可以應(yīng)用在醫(yī)療上。這是賓夕法尼亞州立大學(xué)材料研究所電氣工程師和生物材料工程師之間合作的最新工作成果。

  對(duì)于激光手術(shù)、藥物活化、光學(xué)成像、疾病診斷和光遺傳學(xué)（把光用于操縱大腦神經(jīng)元功能的實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域），將光傳輸?shù)饺梭w內(nèi)是很重要的一步。然而，將光輸送到體內(nèi)是困難的，并且通常需要植入由玻璃制成的光纖。

  賓州州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程楊健教授表示：“問(wèn)題在于可見(jiàn)光只能穿透到一定深度，大約數(shù)百微米。” “近紅外光可能會(huì)穿透幾毫米到一厘米，但這還不足以看到體內(nèi)發(fā)生了什么。”

  目前，人們使用玻璃光纖深入生物組織，但玻璃質(zhì)脆且不可生物降解。如果植入體內(nèi)，會(huì)破壞和損傷組織。研究人員開(kāi)始著眼于柔性聚合物光纖作為一種解決方案。

  楊健教授曾發(fā)明了一種基于檸檬酸鹽的聚合物，它是一種天然代謝關(guān)鍵成分。他把這種聚合物發(fā)展成為生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的一般平臺(tái)，如骨固定的生物可降解骨螺釘、組織工程的支架和用于傳遞時(shí)間釋放治療藥物的納米顆粒。現(xiàn)在他正在與賓夕法尼亞州立大學(xué)電氣工程教授劉志文合作，使用檸檬酸鹽聚合物，為人體內(nèi)的光線傳播創(chuàng)造出一種階躍折射率光纖。

光在基于檸檬酸鹽光纖中的傳輸示意圖。

  階躍折射率光纖具有傳輸光的芯區(qū)材料和保護(hù)芯的包層，保證不會(huì)漏光。楊健教授的實(shí)驗(yàn)室對(duì)聚合物進(jìn)行了測(cè)試，然后將其送入劉志文教授的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行光纖化。只要這種基于檸檬酸鹽的光纖測(cè)試合格，實(shí)驗(yàn)室將會(huì)把它植入生物組織進(jìn)行下一步測(cè)試。

  “目前的工作展示了首個(gè)基于檸檬酸鹽的柔性、可生物降解聚合物階躍折射率光纖，” 楊健教授小組博士生Dingying Shan說(shuō)道。

  Shan最近在《Biomaterials》雜志上發(fā)表文章描述了他們的工作，他是聯(lián)合第一作者。

  “使用基于檸檬酸鹽的聚合物能夠?qū)崿F(xiàn)芯和包層之間的折射率差異的超微調(diào)整”，最近畢業(yè)于劉志文教授小組的博士Chenji Zhang補(bǔ)充說(shuō)，她亦是論文的聯(lián)合第一作者。

  因?yàn)樾竞桶鼘泳哂邢嗤臋C(jī)械特性，所以光纖可以彎曲和拉伸而不會(huì)使兩者分開(kāi)，類(lèi)似情況在不同材料間亦會(huì)發(fā)生。這兩種材料也將以相同的速率在體內(nèi)生物降解，而不會(huì)造成受到損傷。

  “我們相信這種新型的可生物降解、具有生物相容性和低損耗的階躍折射率光纖可以促進(jìn)器官大小級(jí)別的光傳輸和收集。” “而且它將成為的各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的有力工具，比如在光傳輸、成像或探測(cè)等，”Shan說(shuō)道。

  “這種新型光纖為窺視渾濁的組織創(chuàng)造了一個(gè)透明的窗口，并可以為影像創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，” 劉志文教授說(shuō)道。

  作為初始步驟，該團(tuán)隊(duì)首先測(cè)量光纖的光傳播特性，然后使用該信息來(lái)演示通過(guò)光纖的圖像傳輸。

  “因?yàn)檫@種材料是無(wú)毒和可生物降解的，所以檸檬酸鹽光纖可以長(zhǎng)時(shí)間留在人體內(nèi)，而不需要二次手術(shù)去移除它。” “除了光傳輸?shù)奶綔y(cè)和成像之外，我們還可以加入治療性的化學(xué)物質(zhì)、藥物或生物分子進(jìn)行疾病治療，”楊健教授說(shuō)道。

  論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961217305069