Um flexível, fibra óptica biodegradável que pode fornecer luz ao corpo para aplicações médicas é o trabalho mais recente de uma colaboração entre engenheiros elétricos e engenheiros de biomateriais no Instituto de Pesquisa de Materiais da Penn State.

A capacidade de fornecer luz ao corpo é importante para a cirurgia a laser, ativação de drogas, imagem óptica, diagnóstico de doença, e em optogenética, o campo experimental no qual a luz é usada para manipular a função dos neurônios no cérebro. Ainda, fornecer luz para o corpo é difícil e normalmente requer a implantação de uma fibra óptica de vidro.

"O problema é que a luz visível só consegue penetrar até certa profundidade, talvez centenas de mícrons, "disse Jian Yang, professor de engenharia biomédica, Estado de Penn. "A luz do infravermelho próximo pode ser capaz de penetrar alguns milímetros a um centímetro, mas isso não é suficiente para ver o que está acontecendo. "

Atualmente, as pessoas usam fibra de vidro para obter luz no tecido biológico em profundidade, mas o vidro é quebradiço e não é biodegradável. Ele pode quebrar e danificar o tecido se implantado. Os pesquisadores estão começando a olhar para as fibras poliméricas flexíveis como uma solução.

Yang inventou anteriormente um polímero à base de citrato, um ingrediente-chave que ocorre naturalmente no metabolismo, que ele desenvolveu como uma plataforma geral para aplicações biomédicas, como parafusos ósseos biodegradáveis ​​para fixação óssea, andaimes para engenharia de tecidos e nanopartículas para entrega de drogas terapêuticas liberadas com o tempo. Agora, ele está colaborando com Zhiwen Liu, Professor de engenharia elétrica da Penn State, usando o polímero à base de citrato de Yang para criar uma fibra óptica de índice de degraus para distribuição de luz dentro do corpo.

Uma fibra de índice escalonado tem um material de núcleo que transmite luz e um revestimento que protege o núcleo e impede que a luz escape. O laboratório de Yang fabrica e testa o polímero e depois o leva ao laboratório de Liu para se transformar em uma fibra. Uma vez que a fibra é testada e ajustada, O laboratório de Yang implanta a fibra em tecido biológico para teste.

"O presente trabalho demonstra a primeira fibra polimérica de índice degrau biodegradável flexível à base de citrato, "disse Dingying Shan, um Ph.D. aluno do grupo de Yang.

Shan é a co-autora de um artigo recente na revista Biomateriais , que descreve seu trabalho.

"O uso de polímeros à base de citrato permite o ajuste ultrafino das diferenças de índice de refração entre o núcleo e as camadas de revestimento, "adicionou o co-primeiro autor Chenji Zhang, um recente Ph.D. graduado no grupo de Liu.

Como o núcleo e o revestimento têm características mecânicas idênticas, a fibra óptica pode dobrar e esticar sem que as camadas se separem, como pode acontecer com materiais diferentes. Os dois materiais também serão biodegradáveis ​​em taxas semelhantes no corpo, sem dano.

“Acreditamos neste novo tipo de biodegradável, fibra óptica de índice de degrau biocompatível e de baixa perda pode facilitar a entrega e coleta de luz em escala de órgão, "Disse Shan." E que se tornará uma ferramenta capacitadora para diversas aplicações biomédicas, onde a luz é fornecida, imagem ou detecção são desejados, "Shan disse.

"Este novo tipo de fibra cria uma janela transparente para espreitar um tecido turvo, e pode permitir novas oportunidades para imagens, "Liu disse.

Como uma etapa preliminar, a equipe primeiro mediu as características de propagação da luz da fibra e, em seguida, usou essas informações para demonstrar a transmissão da imagem através da fibra.

"Como o material não é tóxico e é biodegradável, a fibra à base de citrato pode ser deixada dentro do corpo por longos períodos sem a necessidade de uma segunda cirurgia para removê-la, "Yang disse." Além de detecção e imagem, podemos adicionar produtos químicos terapêuticos, drogas ou moléculas biológicas para o tratamento de doenças. "