Pela primeira vez, pesquisadores fabricaram elementos sensores conhecidos como grades de Bragg de fibra dentro de fibras ópticas projetadas para se dissolver completamente dentro do corpo. As grades de fibra bioreabsorvível de Bragg podem ser usadas para o monitoramento corporal da cura de fraturas ósseas e para uma exploração mais segura de órgãos sensíveis, como o cérebro.

Uma grade de Bragg de fibra é um elemento óptico inscrito em uma fibra óptica, que é amplamente utilizado como um instrumento de detecção. Embora grades de Bragg de fibra sejam comumente usadas para aplicações como monitoramento em tempo real da integridade estrutural de pontes ou rastreamento da integridade de asas de aviões, até agora eles não exibiam características preferidas para uso no corpo. Com um design que permite que eles se quebrem da mesma forma que os pontos dissolvíveis, as novas fibras de vidro devem ser seguras para os pacientes, mesmo se quebrarem acidentalmente, de acordo com os pesquisadores.

"Nosso trabalho abre caminho para sensores de fibra óptica que podem ser inseridos com segurança no corpo humano, "disse Maria Konstantaki, membro da equipe de pesquisa do Instituto de Estrutura Eletrônica e Laser (IESL) da Fundação de Pesquisa e Tecnologia - Hellas (FORTH), Grécia, que fabricou e caracterizou as novas grades. "Porque eles se dissolvem, esses sensores não precisam ser removidos após o uso e permitiriam novas maneiras de realizar tratamentos e diagnósticos eficientes no corpo. "

Os pesquisadores do FORTH colaboraram com cientistas do Politecnico di Torino e do Istituto Superiore Mario Boella, Itália, quem desenvolveu, fabricou e caracterizou a fibra óptica especial utilizada para o trabalho. No jornal The Optical Society (OSA) Cartas de Óptica , os pesquisadores mostram que grades gravadas na fibra de vidro bioabsorvível se dissolvem em condições que simulam as do corpo humano.

As novas grades de fibra óptica bioreabsorvíveis de Bragg podem ser usadas para detectar a pressão nas articulações ou atuar como pequenas sondas que podem alcançar e avaliar com segurança o coração e outros órgãos delicados. As técnicas baseadas em laser para a remoção de tumores também podem ser melhoradas com essas grades de fibra óptica, que pode fornecer simultaneamente o feixe de laser e fornecer o sensor de temperatura preciso em tempo real necessário para monitorar o processo de ablação a laser.

"Esta é a primeira vez que um elemento óptico amplamente usado e bem calibrado, como uma grade de Bragg, foi gravado em uma fibra óptica bioreabsorvível, "disse Konstantaki." Nossa abordagem poderia ser usada para criar vários tipos de estruturas interconectadas em ou sobre fibras ópticas bioreabsorvíveis, permitindo que uma ampla gama de técnicas de detecção e análise bioquímica sejam realizadas dentro do corpo. "

Fazendo vidro que se dissolve

Para criar grades de Bragg de fibra óptica que possam ser usadas com segurança no corpo, os pesquisadores desenvolveram um tipo especial de vidro feito de óxido de fósforo combinado com óxidos de cálcio, magnésio, sódio e silício. "Este vidro combina excelentes propriedades ópticas com biocompatibilidade e solubilidade em água, proporcionando assim uma plataforma confiável a partir da qual podem ser feitas fibras ópticas que se dissolvem em água ou fluidos biológicos, "disse Daniel Milanese do Politecnico di Torino." As propriedades das fibras ópticas podem ser ajustadas alterando adequadamente a composição do vidro. "

As grades de Bragg de fibra óptica são criadas usando um laser para inscrever uma fibra óptica com um padrão que faz com que a fibra reflita um comprimento de onda específico na direção de onde veio. Um tipo de grade conhecida como grade de Bragg de fibra óptica inclinada permite que parte da luz refletida escape do núcleo da fibra e entre no revestimento circundante. Grades inclinadas são freqüentemente usadas para detecção porque as mudanças na superfície cilíndrica da fibra modificam a luz refletida de uma forma que pode ser monitorada.

Os pesquisadores criaram grades de Bragg de fibra óptica inclinadas e padrão para entender melhor como os parâmetros usados ​​para inscrição afetaram as características de detecção da grade. Eles descobriram que a exposição da fibra bioreabsorvível à luz laser ultravioleta com uma determinada distribuição de intensidade espacial - que descreve como a potência do feixe de laser é distribuída - criou um padrão de relevo de superfície correspondente no volume da fibra óptica após a dissolução.

"Essa descoberta abre caminho para novas aplicações desses tipos de materiais, particularmente na forma de fibra, "disse Stavros Pissadakis, quem lidera o FORTH grupo. "Estruturas fluídicas ou ópticas complexas podem ser criadas usando lasers para fazer um dispositivo com uma série de funcionalidades personalizadas."

Depois de confirmar que os padrões criados pelo processo de inscrição funcionavam como uma grade de Bragg de fibra, os pesquisadores imergiram fibras com e sem grades de Bragg em uma solução que simulava as condições de pH e temperatura do corpo humano por 56 horas. Eles descobriram que o vidro que havia sido gravado com luz laser se dissolvia mais rápido do que o vidro não exposto.

Os pesquisadores agora estão realizando experimentos sistemáticos para entender melhor como a composição da fibra e as condições de irradiação do laser ultravioleta afetam a velocidade com que a rede de Bragg de fibra se dissolve. Essas informações podem ser usadas para criar grades de Bragg de fibra que se dissolvem em um período de tempo específico. Antes de ser usado em pessoas, as propriedades de dissolução e detecção das grades de Bragg de fibra precisarão ser estudadas em animais.