Les réseaux de Bragg à fibre sont utilisés pour transformer une fibre optique en élément de détection en réfléchissant une longueur d'onde spécifique dans la direction d'où elle vient. Les nouveaux réseaux de Bragg à fibres solubles peuvent être utilisés comme capteurs dans le corps et sont sûrs même si la fibre venait à se rompre accidentellement à l'intérieur du patient. Crédit :Maria Konstantaki, Fondation de la recherche et de la technologie - Hellas
Pour la première fois, les chercheurs ont fabriqué des éléments de détection connus sous le nom de réseaux de Bragg à fibres à l'intérieur des fibres optiques conçus pour se dissoudre complètement à l'intérieur du corps. Les réseaux de Bragg en fibres biorésorbables pourraient être utilisés pour la surveillance dans le corps de la guérison des fractures osseuses et pour une exploration plus sûre des organes sensibles tels que le cerveau.
Un réseau de Bragg à fibre est un élément optique inscrit dans une fibre optique, qui est largement utilisé comme instrument de détection. Bien que les réseaux de Bragg à fibre soient couramment utilisés pour des applications telles que la surveillance en temps réel de la santé structurelle des ponts ou le suivi de l'intégrité des ailes d'avion, jusqu'à présent, ils ne présentaient pas les caractéristiques préférées pour une utilisation dans le corps. Avec une conception qui leur permet de se décomposer de la même manière que les points solubles, les nouvelles fibres de verre doivent être sans danger pour les patients même si elles se cassent accidentellement, selon les chercheurs.
« Notre travail ouvre la voie à des capteurs à fibre optique pouvant être insérés en toute sécurité dans le corps humain, " dit Maria Konstantaki, membre de l'équipe de recherche de l'Institute of Electronic Structure and Laser (IESL) de la Foundation of Research and Technology - Hellas (FORTH), Grèce, qui a fabriqué et caractérisé les nouveaux caillebotis. "Parce qu'ils se dissolvent, ces capteurs n'ont pas besoin d'être retirés après utilisation et permettraient de nouvelles façons d'effectuer des traitements et des diagnostics efficaces dans le corps."
Les chercheurs de FORTH ont collaboré avec des scientifiques du Politecnico di Torino et de l'Istituto Superiore Mario Boella, Italie, qui a développé, fabriqué et caractérisé la fibre optique spéciale utilisée pour le travail. Dans la revue The Optical Society (OSA) Lettres d'optique , les chercheurs montrent que les grilles gravées dans la fibre de verre biorésorbable se dissolvent dans des conditions simulant celles du corps humain.
Les nouveaux réseaux de Bragg à fibres optiques biorésorbables pourraient être utilisés pour détecter la pression au niveau des articulations ou agir comme de minuscules sondes pouvant atteindre et évaluer en toute sécurité le cœur et d'autres organes délicats. Les techniques laser pour éliminer les tumeurs pourraient également être améliorées avec ces réseaux de fibres optiques, qui pourrait simultanément délivrer le faisceau laser et fournir la détection précise de la température en temps réel nécessaire pour surveiller le processus d'ablation laser.
« C'est la première fois qu'un élément optique largement utilisé et bien calibré tel qu'un réseau de Bragg est gravé dans une fibre optique biorésorbable, " a déclaré Konstantaki. " Notre approche pourrait potentiellement être utilisée pour créer divers types de structures interconnectées dans ou sur des fibres optiques biorésorbables, permettant d'effectuer un large éventail de techniques de détection et d'analyse biochimique à l'intérieur du corps."
Les chercheurs ont inscrit un élément de détection connu sous le nom de réseau de Bragg dans une fibre optique en verre conçue pour se dissoudre complètement à l'intérieur du corps. L'image montre la vue latérale d'un réseau de Bragg en fibre biorésorbable après sa dissolution dans un liquide. Les grilles pourraient être utilisées comme de minuscules sondes pouvant atteindre et évaluer en toute sécurité des organes délicats. Crédit :Maria Konstantaki, Fondation de la recherche et de la technologie - Hellas
Faire du verre qui se dissout
Pour créer des réseaux de Bragg à fibre optique pouvant être utilisés en toute sécurité dans le corps, les chercheurs ont développé un type spécial de verre composé d'oxyde de phosphore combiné à des oxydes de calcium, magnésium, sodium et silicium. "Ce verre combine d'excellentes propriétés optiques avec une biocompatibilité et une solubilité dans l'eau, fournissant ainsi une plate-forme fiable à partir de laquelle fabriquer des fibres optiques qui se dissolvent dans l'eau ou les fluides biologiques, " a déclaré Daniel Milanese de Politecnico di Torino. " Les propriétés des fibres optiques peuvent être ajustées en modifiant correctement la composition du verre. "
Les réseaux de Bragg à fibre optique sont créés en utilisant un laser pour inscrire une fibre optique avec un motif qui amène la fibre à réfléchir une longueur d'onde spécifique dans la direction d'où elle vient. Un type de réseau connu sous le nom de réseau de Bragg à fibre optique incliné permet à une partie de la lumière réfléchie de s'échapper du noyau de la fibre et d'entrer dans la gaine environnante. Les réseaux inclinés sont souvent utilisés pour la détection car les changements sur la surface cylindrique de la fibre modifient la lumière rétroréfléchie d'une manière qui peut être surveillée.
Les chercheurs ont créé des réseaux de Bragg à fibre optique inclinés et standard pour mieux comprendre comment les paramètres utilisés pour l'inscription affectaient les caractéristiques de détection du réseau. Ils ont découvert que l'exposition de la fibre biorésorbable à la lumière laser ultraviolette avec une distribution d'intensité spatiale donnée, qui décrit la répartition de la puissance du faisceau laser, créait un motif de relief de surface correspondant dans le volume de la fibre optique après dissolution.
« Cette découverte ouvre la voie à de nouvelles applications de ces types de matériaux, notamment sous forme de fibres, " a déclaré Stavros Pissadakis, qui dirige le groupe FORTH. "Des structures fluidiques ou optiques complexes pourraient être créées à l'aide de lasers pour fabriquer un appareil doté d'une multitude de fonctionnalités sur mesure."
Après avoir confirmé que les motifs créés par le processus d'inscription fonctionnaient comme un réseau de Bragg à fibre, les chercheurs ont immergé des fibres avec et sans fibres de réseaux de Bragg dans une solution simulant les conditions de pH et de température du corps humain pendant 56 heures. Ils ont découvert que le verre gravé à la lumière laser se dissolvait plus rapidement que le verre non exposé.
Les chercheurs effectuent maintenant des expériences systématiques pour mieux comprendre comment la composition de la fibre et les conditions d'irradiation au laser ultraviolet affectent la vitesse à laquelle le réseau de Bragg à fibre se dissout. Ces informations pourraient être utilisées pour créer des réseaux de Bragg à fibres qui se dissolvent dans une période de temps spécifique. Avant d'être utilisé chez l'homme, les propriétés de dissolution et de détection des réseaux de Bragg à fibres devront être étudiées chez l'animal.
