Созданный учеными России микрофонарь изнутри озарит кровеносные сосуды
Модификацию поверхностей полого оптического волокна, которая позволила ему функционировать как крошечный фонарь на медицинском зонде для исследования кровеносных сосудов и других полостей в организме изнутри, выполнили совместно с коллегами ученые из Сколковского института науки и технологий (Сколтех), 12 мая сообщает пресс-служба вуза.
Метод создания оптоволоконного микрофонаря разработчики описали в статье «Управление оптическими свойствами полых микроструктурированных оптических волокон с помощью послойной сборки квантовых точек и отжига», опубликованной в журнале Annalen der Physik.
Этот фонарик ученые создали из отрезка полого оптического волокна, крошечной стеклянной трубки, на внутреннюю поверхность которой нанесли слои полимера и наночастиц, а концы трубки запечатали полимерными мембранами.
Если на поверхность мембран нанести зеркала, то микрофонарь превратится в лазер, излучающий узконаправленный одноцветный световой пучок. Такую его модификацию можно использовать для фотодинамической терапии, при которой лазер будет поражать опухоль, куда предварительно был доставлен фоточувствительный препарат.
Зондом из оптоволокна можно добраться до труднодоступных участков в организме с целью их визуализации или терапии, так как малая толщина позволяет оптоволокну войти, например, внутрь крупного кровеносного сосуда. Но чтобы использовать его в терапевтических целях такой зонд должен быть оборудован соответствующими функциональными инструментами.
Структура, изготовленная сколтеховцами совместно с саратовскими коллегами, может занять свое место в наборе таких инструментов как источник света, а созданный на ее основе лазер с настраиваемой длиной волны излучения будет полезен на конце эндоскопического зонда для диагностики или для терапии.
Слабым местом подобных оптоволоконных структур являются значительные потери интенсивности света, но ученые из Сколтеха с коллегами устранили этот недостаток.
На внутреннюю поверхность куска полого оптического волокна длиной несколько сантиметров с наружным диаметром 0,5 мм и внутренним 0,25 мм был нанесен слой полимера. Поверх полимера нанесен слой так называемых квантовых точек — наноразмерных частиц. Однако чем больше слоев полимера и квантовых точек наносится, тем выше потери света в волокне.
Руководитель исследования профессор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Дмитрий Горин рассказал о решении этой проблемы:
«Нам удалось установить, что наночастицы многослойного покрытия можно уплотнить посредством термической обработки, которая удаляет влагу из слоев полимера, уменьшает шероховатость нанокомпозитного покрытия и, как следствие, снижает оптические потери. Примечательно, что необходимый нагрев достигается попутно при формировании зеркал из диоксида титана и оксида кремния на поверхности полимерных мембран, которые наносятся на оба торца отрезка оптического волокна для создания оптического резонатора».
Следует отметить, что квантовые точки были изготовлены Саратовским государственным университетом, а оптоволокно — саратовским ООО НПП «Наноструктурная технология стекла».
Получившаяся в результате оптическая система может быть использована для создания лазеров с оптической накачкой и довольно широким диапазоном длин волн: от 0,3 до 6 микрометров. В таком лазере активной средой являются квантовые точки, а два зеркала образуют резонатор.
Цвет лазерного луча (диапазон длин волн), который будет выходить с торца цилиндрической микроструктуры, можно задавать в процессе изготовления устройства, варьируя характеристики слоя квантовых точек.
Медицинский зонд, который будет оснащен предложенным источником света, можно в зависимости от конкретного случая использовать для исследования поверхностей, визуализации биологических тканей, для фотодинамической терапии — удаления патологических образований, и др.
