研究人员开发出可生物降解的光纤来测量或调制体内电流

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换和心肌刺激到使手脚移动的脉冲等等。为了监测或调制这些用于医疗目的的信号，一种基于琼脂(从江蓠海藻中提取的物质)的生物相容性和可生物降解的光纤刚刚被开发出来。

该研究得到了 FAPESP 的支持，并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 Eric Fujiwara领导 ; Gleb Wataghin 物理研究所 (IFGW-UNICAMP) 的Cristiano Monteiro de Barros Cordeiro ;和日本群马大学的 Hiromasa Oku。一篇有关它的文章 发表 在 Springer Nature 期刊《Scientific Reports》上。

“当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，生物相容性设备是必不可少的。由可生物降解材料制成的光纤也是基于玻璃或塑料纤维的现有电信技术的替代品，”藤原说。

这种新型光纤是由琼脂制成的，琼脂是一种从红藻中提取的天然明胶。它透明、柔韧、可食用且可再生。这些研究人员此前开发了一种基于琼脂的生物相容性光纤作为传感器来监测化学浓度和湿度。

“生产过程基本上包括用琼脂溶液填充圆柱形模具。我们的最新研究扩大了应用范围，提出了一种利用琼脂电导率的新型光学传感器，”他解释道。

当光纤被相干光激发时，它会产生随空间和时间演化的颗粒状光图案。当介质中存在的电流穿过纤维时，它们会调节琼脂的折射率并在颗粒图案中产生干扰，这被称为斑点。“对这些干扰的分析使我们能够通过可靠测量等于甚至小于 100 微安 [μA] 的电流来确定电刺激的幅度和方向，”他说。

检测如此微妙的电信号的能力对于可能的生物医学应用至关重要。“该纤维可用于传感器系统，以监测大脑或肌肉产生的生物电刺激，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。另一种可能性是使用光纤作为辅助或康复技术的人机连接的辅助接口，”他说。

通过调整材料的化学成分可以增强传感器的响应，而琼脂可模制成各种几何形状，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以被生物体吸收，避免了额外的手术干预。

藤原强调，这仍然是实验研究，技术应用还有很长的路要走，但严格确定电流光学响应的​​物理参数为未来使用光纤制造生物医学设备奠定了良好的基础。

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