Per la prima volta, i ricercatori hanno fabbricato elementi di rilevamento noti come reticoli in fibra di Bragg all'interno di fibre ottiche progettate per dissolversi completamente all'interno del corpo. I reticoli di Bragg in fibra bioriassorbibile potrebbero essere utilizzati per il monitoraggio nel corpo della guarigione delle fratture ossee e per l'esplorazione più sicura di organi sensibili come il cervello.

Un reticolo di Bragg in fibra è un elemento ottico inscritto in una fibra ottica, che è ampiamente usato come strumento di rilevamento. Sebbene i reticoli di Bragg in fibra siano comunemente usati per applicazioni come il monitoraggio in tempo reale della salute strutturale dei ponti o il monitoraggio dell'integrità delle ali degli aeroplani, fino ad ora non mostravano caratteristiche preferite per l'uso nel corpo. Con un design che consente loro di rompersi in modo simile ai punti solubili, le nuove fibre di vetro dovrebbero essere sicure per i pazienti anche se si rompono accidentalmente, secondo i ricercatori.

"Il nostro lavoro apre la strada a sensori in fibra ottica che possono essere inseriti in modo sicuro nel corpo umano, "ha detto Maria Konstantaki, un membro del gruppo di ricerca dell'Istituto di struttura elettronica e laser (IESL) della Fondazione di ricerca e tecnologia - Hellas (FORTH), Grecia, che ha fabbricato e caratterizzato i nuovi grigliati. "Perché si dissolvono, questi sensori non devono essere rimossi dopo l'uso e consentirebbero nuovi modi per eseguire trattamenti e diagnosi efficienti nel corpo".

I ricercatori FORTH hanno collaborato con scienziati del Politecnico di Torino e dell'Istituto Superiore Mario Boella, Italia, che ha sviluppato, fabbricato e caratterizzato la speciale fibra ottica utilizzata per l'opera. Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , i ricercatori mostrano che le grate incise nella fibra di vetro bioriassorbibile si dissolvono in condizioni che simulano quelle del corpo umano.

I nuovi reticoli di Bragg in fibra ottica bioriassorbibili potrebbero essere utilizzati per rilevare la pressione sulle articolazioni o agire come minuscole sonde in grado di raggiungere e valutare in sicurezza il cuore e altri organi delicati. Anche le tecniche laser per la rimozione dei tumori potrebbero essere migliorate con questi reticoli in fibra ottica, che potrebbe contemporaneamente fornire il raggio laser e fornire il rilevamento accurato della temperatura in tempo reale necessario per monitorare il processo di ablazione laser.

"Questa è la prima volta che un elemento ottico ampiamente utilizzato e ben calibrato come un reticolo di Bragg è stato inciso in una fibra ottica bioriassorbibile, " ha affermato Konstantaki. "Il nostro approccio potrebbe essere potenzialmente utilizzato per creare vari tipi di strutture interconnesse all'interno o su fibre ottiche bioriassorbibili, consentendo una vasta gamma di tecniche di rilevamento e analisi biochimiche da eseguire all'interno del corpo."

Fare il vetro che si dissolve

Per creare reticoli di Bragg in fibra ottica che possano essere tranquillamente utilizzati nel corpo, i ricercatori hanno sviluppato un tipo speciale di vetro fatto di ossido di fosforo combinato con ossidi di calcio, magnesio, sodio e silicio. "Questo vetro combina eccellenti proprietà ottiche con biocompatibilità e solubilità in acqua, fornendo così una piattaforma affidabile da cui realizzare fibre ottiche che si dissolvono in acqua o fluidi biologici, " ha affermato Daniel Milanese del Politecnico di Torino. "Le proprietà delle fibre ottiche possono essere regolate modificando opportunamente la composizione del vetro".

I reticoli di Bragg in fibra ottica vengono creati utilizzando un laser per incidere una fibra ottica con un motivo che fa sì che la fibra rifletta una lunghezza d'onda specifica nella direzione da cui proviene. Un tipo di reticolo noto come reticolo di Bragg in fibra ottica inclinata consente a parte della luce riflessa di fuoriuscire dal nucleo della fibra ed entrare nel rivestimento circostante. I reticoli inclinati vengono spesso utilizzati per il rilevamento perché i cambiamenti sulla superficie cilindrica della fibra modificano la luce retroriflessa in un modo che può essere monitorato.

I ricercatori hanno creato reticoli di Bragg in fibra ottica inclinati e standard per comprendere meglio come i parametri utilizzati per l'iscrizione influenzano le caratteristiche di rilevamento del reticolo. Hanno scoperto che l'esposizione della fibra bioriassorbibile alla luce laser ultravioletta con una data distribuzione di intensità spaziale, che descrive come viene distribuita la potenza del raggio laser, ha creato un corrispondente motivo di rilievo superficiale nel volume della fibra ottica dopo la dissoluzione.

"Questa scoperta apre la strada a nuove applicazioni di questi tipi di materiali, in particolare sotto forma di fibra, " disse Stavros Pissadakis, che guida il gruppo FORTH. "Si potrebbero creare complesse strutture fluidiche o ottiche utilizzando i laser per realizzare un dispositivo con una serie di funzionalità su misura".

Dopo aver confermato che i modelli creati dal processo di iscrizione funzionavano come un reticolo in fibra di Bragg, i ricercatori hanno immerso fibre con e senza reticoli di Bragg in fibra in una soluzione che simulava le condizioni di pH e temperatura del corpo umano per 56 ore. Hanno scoperto che il vetro che era stato inciso con la luce laser si dissolveva più velocemente del vetro non esposto.

I ricercatori stanno ora eseguendo esperimenti sistematici per comprendere meglio come la composizione della fibra e le condizioni di irradiazione del laser ultravioletto influenzino la velocità con cui si dissolve il reticolo di Bragg in fibra. Queste informazioni potrebbero essere utilizzate per creare reticoli di Bragg in fibra che si dissolvono entro un periodo di tempo specifico. Prima di essere utilizzato nelle persone, le proprietà dissolventi e sensoriali dei reticoli in fibra di Bragg dovranno essere studiate negli animali.