溶解在体内的光纤传感器

研究人员首次在光纤内部制造了被称为光纤布拉格光栅的传感元件，旨在完全溶解在体内。生物可吸收纤维布拉格光栅可用于骨折愈合的体内监测，并可用于敏感器官(如大脑)的更安全探索。

光纤布拉格光栅是内接在光纤中的光学元件，其广泛用作传感仪器。尽管光纤布拉格光栅通常用于诸如实时监测桥梁结构健康或跟踪飞机机翼完整性的应用，但直到现在它们还没有表现出优选用于体内的特性。据研究人员称，这种新型玻璃纤维的设计可以使其与可溶解的针脚类似地分解，即使它们意外断裂，也应该对患者安全。

“我们的工作为可以安全插入人体的光纤传感器铺平了道路，”研究和技术基金会电子结构与激光研究所(IESL)研究团队成员Maria Konstantaki表示。希腊的Hellas(FORTH)制造并描述了新的光栅。“因为它们会溶解，所以这些传感器在使用后不需要移除，并且可以通过新方法在体内进行有效的治疗和诊断。”

FORTH的研究人员与意大利都灵理工大学和意大利的Istituto Superiore Mario Boella的科学家合作，他们开发，制造和表征了用于这项工作的特殊光纤。在光学学会(OSA)期刊Optics Letters中，研究人员表明，蚀刻在生物可吸收玻璃纤维中的光栅在模拟人体的条件下溶解。

新的生物可吸收光纤布拉格光栅可用于感应关节处的压力，或作为微小探针，可以安全地到达和评估心脏和其他精细器官。这些光纤光栅也可以改善用于去除肿瘤的基于激光的技术，这些光纤光栅可以同时传递激光束并提供监测激光烧蚀过程所需的精确的实时温度传感。

“这是第一次将广泛使用且经过良好校准的光学元件(如布拉格光栅)蚀刻成生物可吸收光纤，”Konstantaki说。“我们的方法可能用于在生物可吸收光纤中或其上创建各种类型的互连结构，允许在体内进行各种传感和生化分析技术。”

制作溶解的玻璃

为了制造可以安全地用于体内的光纤布拉格光栅，研究人员开发了一种特殊类型的玻璃，由氧化磷和钙，镁，钠和硅的氧化物组成。“这种玻璃结合了优异的光学性能，生物相容性和水溶性，从而提供了一个可靠的平台，可以制造溶解在水或生物体液中的光纤，”Politecnico di Torino的Daniel Milanese说。“通过适当改变玻璃成分，可以调节光纤的性能。”

光纤布拉格光栅是通过使用激光在光纤上刻制一种图案来产生的，该图案使光纤沿其来自的方向反射特定波长。一种称为倾斜光纤布拉格光栅的光栅允许一些反射光从光纤芯中逸出并进入周围的包层。倾斜光栅通常用于感测，因为光纤圆柱表面上的变化以可被监控的方式改变后向反射光。

研究人员创建了倾斜和标准光纤布拉格光栅，以更好地了解用于刻字的参数如何影响光栅传感特性。他们发现，将生物可吸收纤维暴露在具有给定空间强度分布的紫外激光下 - 描述激光束功率如何分布 - 在溶解后在光纤体积中产生相应的表面浮雕图案。

“这一发现为这些类型材料的新应用铺平了道路，特别是在纤维形式中，”领导FORTH集团的Stavros Pissadakis说。“可以使用激光产生复杂的流体或光学结构，以制造具有一系列定制功能的设备。”

在确认由刻字过程产生的图案作为光纤布拉格光栅后，研究人员将带有和不带光纤布拉格光栅的光纤浸入模拟人体pH和温度条件的溶液中56小时。他们发现用激光蚀刻的玻璃比未曝光的玻璃溶解得更快。

研究人员现在正在进行系统实验，以更好地了解纤维成分和紫外激光照射条件如何影响光纤布拉格光栅溶解的速度。该信息可用于产生在特定时间段内溶解的光纤布拉格光栅。在用于人体之前，需要在动物中研究光纤布拉格光栅的溶解和传感特性。

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