ساخت فیبر نوری انعطاف‌پذیر با قابلیت تخریب‌پذیری زیستی برای تاباندن نور به داخل بدن در مصارف پزشکی، آخرین دستاورد همکاری بین مهندسان الکترونیک و مهندسان مواد زیستی مؤسسه‌ی تحقیقات مواد Penn State است. توانایی تاباندن نور به داخل بدن در جراحی با لیزر، فعال‌سازی داروها، تصویربرداری نوری، تشخیص بیماری‌ها و اپتوژنتیک (optogenetics) از اهمیت بالایی برخوردار است. اپتوژنتیک یک شاخه‌ی تحقیقاتی است که در آن از نور برای دست‌کاری عملکرد نورون‌های مغزی استفاده می‌کنند. تاباندن نور به داخل بدن تا به امروز امری دشوار تلقی شده و معمولاً نیازمند کاشت فیبر نوری شیشه‌ای است.
به گفتهی Jian Yang، پروفسور مهندسی پزشکی Penn State، مشکل آن است که نور مرئی تنها تا عمق خاصی، احتمالاً در حد صدها میکرون، می‌تواند نفوذ کند. پرتوهای فروسرخ در حد چندین میلی‌متر تا یک سانتی‌متر قابلیت نفوذ دارند؛ اما این میزان برای مشاهده‌ی آن‌چه در داخل بدن می‌گذرد، کافی نیست.
مقاله‌ی مرتبط: این دوربین‌های جدید واقعاً امکان دیدن درون بدن را فراهم می‌کنند!
در حال حاضر، از فیبر شیشه‌ای برای تاباندن نور به بافت‌های عمیق بیولوژیکی استفاده می‌شود. اما شیشه شکننده بوده؛ زیست‌تخریب‌پذیر نیست و در صورت کاشت، می‌تواند موجب آسیب بافتی شود. در همین راستا محققان تمرکز خود را بر ساخت فیبرهای پلیمری انعطاف‌پذیر، معطوف ساخته‌اند.
Yang اخیراً موفق به ساخت پلیمری از جنس سیترات شده است. سیترات یک ماده‌ی کلیدی دخیل در متابولیسم می‌باشد. او از این ماده به عنوان عنصر اصلی در ساخت پیچ‌های استخوان زیست‌تخریب‌پذیر برای ترمیم شکستگی‌های استخوان، داربست‌های مهندسی بافت و نانوذرات مورداستفاده برای آزادسازی داروها در زمان مهندسی‌شده بهره گرفته است. حال در همکاری با Zhiwen Liu، پروفسور مهندسی الکترونیک Penn State، با استفاده از پلیمر سیتراتی مؤفق به ایجاد فیبر نوری اِستپ-ایندکس۱ (SI) با قابلیت تاباندن نور به داخل بدن شده‌اند.
فیبر استپ-ایندکس دارای یک ماده‌ی مرکزی انتقال‌دهنده‌ی نور و یک روکش فلزی محافظت کننده از ماده‌ی مرکزی است که از گریز نور نیز جلوگیری می‌کند. آزمایشگاه Yang پلیمر را ساخته و آزمایش کرده و سپس به‌منظور ساخت فیبر از آن، به آزمایشگاه Liu فرستاده است. پس از آزمایش و تنظیم فیبر نوری، کاشت فیبر در بافت بیولوژیکی به صورت آزمایشی توسط آزمایشگاه Yang، انجام گرفته است. به گفتهی Dingying Shan، دانشجوی Ph.D در تیم Yang، طرح فعلی نشان‌دهنده‌ی اولین فیبر پلیمری استپ-ایندکس انعطاف‌پذیر با قابلیت تخریب‌پذیری زیستی است. Shan در مقاله‌ی اخیر منتشر‌شده در ژورنال زیست‌مواد (Biomaterials) به‌عنوان اولین کمک‌نویسنده‌ی تحقیق معرفی شده است.
مقاله‌ی مرتبط: روش جدید در تصویربرداری از سلول با استفاده از فراصوت
Chenji Zhang، دانشجوی فارغ‌التحصیل از تیم Liu نیز اذعان دارد که استفاده از پلیمرهای سیتراتی امکان میزان‌سازی فوقالعادهای را میان ضریب شکست‌های ماده‌ی مرکزی و روکش فلزی فراهم می‌کند. از آن جا که ماده‌ی مرکزی و روکش، ویژگی‌های مکانیکی یکسان دارند؛ فیبر نوری مذکور می‌تواند بدون جدا شدن لایه‌های سازنده از یک‌دیگر خم شده یا کشیده شود. هم‌چنین هر دو ماده میزان تخریب‌پذیری برابری در داخل بدن داشته و هیچ آسیبی به بدن وارد نمی‌کنند. Shan بیان می‌کند:
ما باورداریم که این فیبر نوری جدید استپ-ایندکس با قابلیت تخریب‌پذیری و سازگاری زیستی، می‌تواند امکان تاباندن نور و گردآوری بازتاب‌ها را در سطح اندام‌های داخلی فراهم کند. در نتیجه ابزار قدرتمندی برای استفاده در مصارف پزشکیِ توأم با تابش نور، تصویربرداری‌ها و دریافت حواس خواهد بود.
به گفتهی Liu این فیبر نوری در حقیقت قادر است پنجره‌ای شفاف در برابر سطح بافتی کدر ایجاد کند. با این اوصاف، پیشرفت‌های جدید در عرصه‌ی تصویربرداری از اندام‌های بدن موردانتظار است. تیم تحقیقات در گام اول، ویژگی‌های مرتبط با انتشار نور فیبر را اندازه‌گیری کرد. سپس از اطلاعات به‌دست‌آمده برای نمایش انتقال تصویر از طریق فیبر استفاده نمود. Yang اذعان داشت:
با توجه به غیرسمی و زیست‌تخریب‌پذیر بودن ماده‌ی مورداستفاده، فیبر سیتراتی می‌تواند به مدت طولانی و بدون نیاز به جراحی ثانویه جهت برداشت آن، در بدن باقی بماند. علاوه بر دریافت حواس و تصویربرداری، هم‌چنین می‌توان مواد شیمیایی درمانی، داروها یا مولکول‌های بیولوژیکی را نیز برای درمان بیماری‌ها به ساختار فیبر اضافه کرد.
مقاله‌ی مرتبط: حامل‌های دارویی چندمنظوره نانو براساس پلی‌پپتیدهای واکنش پذیر
پی‌نوشت
۱.step-index optical fiber
