I ricercatori hanno fabbricato un nuovo tipo di fascio di fibre ottiche riempito d'aria che potrebbe migliorare notevolmente gli endoscopi utilizzati per procedure mediche come interventi chirurgici minimamente invasivi o broncoscopie. La nuova tecnologia potrebbe anche portare a endoscopi che producono immagini utilizzando lunghezze d'onda infrarosse, che consentirebbe procedure diagnostiche oggi non possibili con gli endoscopi.

Gli endoscopi utilizzano fasci di fibre ottiche per trasmettere immagini dall'interno del corpo. La luce che cade su un'estremità del fascio di fibre viaggia attraverso ciascuna fibra fino all'estremità più lontana, permettendo a un'immagine di essere trasportata sotto forma di migliaia di punti che sono molto simili ai pixel che compongono un'immagine digitale.

Le fibre ottiche sono costituite da un nucleo interno e da un rivestimento esterno con diverse proprietà ottiche, che intrappola la luce all'interno e le consente di viaggiare lungo la fibra. Invece di utilizzare anime e rivestimenti realizzati con due tipi di vetro come la maggior parte dei fasci di fibre, i nuovi fasci utilizzano una serie di nuclei di vetro circondati da capillari cavi di vetro pieni d'aria che fungono da rivestimento.

Nella rivista The Optical Society (OSA) Lettere di ottica , i ricercatori mostrano che i loro nuovi fasci di fibre, che chiamano fibre di imaging con rivestimento d'aria, mantenere la risoluzione delle migliori fibre di imaging commerciali al doppio della gamma di lunghezze d'onda che le fibre commerciali possono essere utilizzate. La nuova fibra potrebbe essere utilizzata per creare endoscopi più piccoli o con risoluzioni più elevate rispetto a quelli oggi disponibili.

"Una risoluzione più elevata è sempre utile per i medici che eseguono procedure endoscopiche, ma i lavori più delicati, come quelli nel cervello, di solito richiedono gli strumenti più sottili, " ha detto il primo autore del giornale, Harry Wood dell'Università di Bath. "Questi strumenti sono solitamente così stretti che la fibra di imaging contiene troppo pochi nuclei per creare un'immagine chiara. I nostri fasci rivestiti d'aria consentono di impacchettare più fibre in un diametro più piccolo e quindi saranno probabilmente particolarmente utili in queste situazioni".

Oltre alle applicazioni nella diagnostica e nel trattamento medico, la nuova fibra potrebbe rivelarsi utile per applicazioni industriali come il monitoraggio del contenuto di macchine pericolose o l'imaging dell'interno di trivelle petrolifere e minerarie.

Combinare aria e vetro

Quando un fascio di fibre contiene un numero maggiore di anime all'interno di una data area di sezione trasversale, produrrà immagini più dettagliate nello stesso modo in cui una fotocamera con più pixel crea immagini a risoluzione più elevata. Però, se i nuclei sono troppo piccoli e ravvicinati, la luce può passare da uno all'altro e l'immagine diventa sfocata.

"La struttura a nido d'ape che abbiamo sviluppato combina vetro e aria per contenere la luce molto più saldamente nei nuclei rispetto alle tradizionali fibre di imaging che utilizzano due tipi di vetro, " ha detto Wood. "Questo ci permette di avvicinare i nuclei più che mai possibile, o spremere in lunghezze d'onda di luce più lunghe, senza la sfocatura che si vedrebbe con gli approcci convenzionali."

Il fatto che le nuove fibre funzionino bene con lunghezze d'onda che si trovano ulteriormente nella porzione infrarossa dello spettro potrebbe consentire lo sviluppo di endoscopi che visualizzano marcatori fluorescenti che emettono a queste lunghezze d'onda. La luce infrarossa può essere utilizzata anche per l'immagine di cellule che sono incorporate più profondamente all'interno del tessuto di quanto non possa essere ripreso con lunghezze d'onda visibili.

"Esistono sonde marcatori fluorescenti che emettono luce di lunghezze d'onda specifiche in risposta a determinati batteri o cellule immunitarie, " ha detto Wood. "Questi potrebbero essere molto efficaci nell'evidenziare la malattia nel polmone, Per esempio, ma attualmente possiamo utilizzare solo una o due di queste sonde nell'intervallo di lunghezze d'onda offerto dalla tecnologia degli endoscopi di oggi".

Confronto delle prestazioni della fibra

Per testare le fibre di imaging, i ricercatori hanno realizzato un fascio di fibre rivestito d'aria che corrispondeva alla risoluzione di una fibra commerciale leader perché aveva la stessa spaziatura tra i nuclei. Sono stati in grado di incorporare più di 11, 000 nuclei nella fibra impilando insieme più strutture a nido d'ape più piccole.

I ricercatori sottolineano che il principio alla base delle nuove fibre è noto da anni ma che la fabbricazione si avvicina, soprattutto per fibre con traferri, sono appena avanzati fino al punto in cui queste fibre potrebbero essere prodotte.

I ricercatori hanno utilizzato il loro nuovo fascio di fibre rivestito d'aria e la fibra commerciale per visualizzare un'immagine target di test standard. "Siamo stati lieti di scoprire che la fibra rivestita d'aria funzionava ben oltre la gamma di lunghezze d'onda che la nostra telecamera visibile poteva rilevare, " ha detto Wood. "Quando siamo passati a una telecamera a infrarossi, abbiamo visto che la fibra creava un'immagine chiara al doppio della lunghezza d'onda raggiunta dalla fibra commerciale".