Une souplesse, La fibre optique biodégradable qui peut fournir de la lumière dans le corps pour des applications médicales est le dernier travail d'une collaboration entre des ingénieurs électriciens et des ingénieurs en biomatériaux du Materials Research Institute de Penn State.

La capacité de fournir de la lumière dans le corps est importante pour la chirurgie au laser, activation médicamenteuse, imagerie optique, diagnostic de maladie, et en optogénétique, le domaine expérimental dans lequel la lumière est utilisée pour manipuler la fonction des neurones dans le cerveau. Encore, délivrer de la lumière dans le corps est difficile et nécessite typiquement l'implantation d'une fibre optique en verre.

"Le problème est que la lumière visible ne peut pénétrer qu'à une certaine profondeur, peut-être des centaines de microns, " dit Jian Yang, professeur de génie biomédical, État de Penn. "La lumière proche infrarouge pourrait être capable de pénétrer de quelques millimètres à un centimètre, mais cela ne suffit pas pour voir ce qui se passe."

Actuellement, les gens utilisent la fibre de verre pour faire pénétrer la lumière dans les tissus biologiques en profondeur, mais le verre est cassant et n'est pas biodégradable. Il peut casser et endommager les tissus s'il est implanté. Les chercheurs commencent à se tourner vers les fibres polymères flexibles comme solution.

Yang a déjà inventé un polymère à base de citrate, un ingrédient clé naturel du métabolisme, qu'il a développé comme plate-forme générale pour les applications biomédicales, telles que des vis à os biodégradables pour la fixation osseuse, des échafaudages pour l'ingénierie tissulaire et des nanoparticules pour l'administration de médicaments thérapeutiques à libération prolongée. Maintenant, il collabore avec Zhiwen Liu, Penn State professeur de génie électrique, en utilisant le polymère à base de citrate de Yang pour créer une fibre optique à saut d'indice pour la livraison de lumière à l'intérieur du corps.

Une fibre à saut d'indice a un matériau central qui transmet la lumière et une gaine qui protège le noyau et empêche la lumière de s'échapper. Le laboratoire de Yang fabrique et teste le polymère, puis l'apporte au laboratoire de Liu pour qu'il se transforme en fibre. Une fois la fibre testée et affinée, Le laboratoire de Yang implante la fibre dans un tissu biologique pour le tester.

"Le présent travail démontre la première fibre polymère biodégradable flexible à base de citrate à saut d'indice, " dit Dingying Shan, un doctorat étudiant dans le groupe de Yang.

Shan est co-premier auteur d'un article récent dans la revue Biomatériaux , qui décrit leur travail.

"L'utilisation des polymères à base de citrate permet un réglage ultrafin des différences d'indice de réfraction entre le cœur et les couches de gaine, " a ajouté le co-premier auteur Chenji Zhang, un doctorat récent. diplômé dans le groupe de Liu.

L'âme et la gaine ayant des caractéristiques mécaniques identiques, la fibre optique peut se plier et s'étirer sans que les couches ne se séparent, comme cela peut arriver avec des matériaux différents. Les deux matériaux se biodégraderont également à des taux similaires dans le corps, sans mal.

"Nous pensons que ce nouveau type de biodégradable, la fibre optique à saut d'indice biocompatible et à faible perte peut faciliter l'apport et la collecte de lumière à l'échelle de l'organe, " a déclaré Shan. " Et qu'il deviendra un outil permettant diverses applications biomédicales où la livraison de lumière, l'imagerie ou la détection sont souhaitées, " dit Shan.

"Ce nouveau type de fibre crée une fenêtre transparente pour regarder dans un tissu trouble, et peut permettre de nouvelles opportunités pour l'imagerie, " dit Liu.

Comme étape préliminaire, l'équipe a d'abord mesuré les caractéristiques de propagation de la lumière de la fibre, puis a utilisé ces informations pour démontrer la transmission d'images à travers la fibre.

"Parce que le matériau est non toxique et biodégradable, la fibre à base de citrate pourrait être laissée à l'intérieur du corps pendant de longues périodes sans avoir besoin d'une deuxième intervention chirurgicale pour l'enlever, " a déclaré Yang. " En plus de la détection et de l'imagerie, nous pouvons ajouter des produits chimiques thérapeutiques, médicaments ou molécules biologiques pour le traitement de maladies.