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一种支持植入式光线治疗的新材料:可生物分解光纤

实验室资讯网时间:2018-06-08 点击: 百度搜索

【导读】光线被应用于医疗成像、诊断甚至疾病治疗,但是外部施加的雷射光只能穿透人体不超过1公分,甚至有时候只能穿透几微米(micron),端看光线与目标人体组织的浊度(turbidity,不透明度);将传统光纤植入人体能让治疗光线接触目标组织,但光纤事后必须以手术取出,也会破坏周围组织,也可能在移除时发生破裂的危险。......
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美国宾州大学的工程师们发明了一种以生物可分解软性聚合物材料制作的光纤,能应用于医疗领域,支持植入式光线治疗方法…

光线被应用于医疗成像、诊断甚至疾病治疗,但是外部施加的雷射光只能穿透人体不超过1公分,甚至有时候只能穿透几微米(micron),端看光线与目标人体组织的浊度(turbidity,不透明度);将传统光纤植入人体能让治疗光线接触目标组织,但光纤事后必须以手术取出,也会破坏周围组织,也可能在移除时发生破裂的危险。

为此美国宾州大学(Pennsylvania State University)的电子工程与生物材料工程师们,开发了一种能在人体内照射任何波长光线的新方法,而且据说是首创以柠檬酸盐(citrate)生物可分解软性聚合物制作出的步阶(step-index)光纤。

具体而言,这种新型光纤是以柠檬酸系(citric-acid-based)的有机聚合物制成,是生物可分解的(也就是说在治疗程序完成后可安全留在人体内),而且能以导电核心与不透明包覆材料制造,以在人体内任何地方提供各种波长的光线,实现精确的治疗。

一种支持植入式光线治疗的新材料:可生物分解光纤

图右为光源,左边为柠檬酸盐光纤(来源:Pennsylvania State University)

宾州大学生物工程教授Jian Yang接受EE Times访问时表示,光线是医疗领域被广泛应用的工具:“例如我们的柠檬酸盐生物可分解光纤,就能应用于在人体内、传递可切除肿瘤的雷射光;这种光纤也能传送人体组织深处的影像以供疾病诊断,或是用以监测临床治疗的效果。另一个应用案例是传递光线到人体以激发癌症治疗药物,即光动力疗法(photodynamic therapy)。”

柠檬酸盐光纤能被用于重复执行所需的治疗程序,然后留在人体内等待使用生命周期终结就会安全地被生物分解;这种光纤也能被打造为低耗损、软性或是具备可变的折射率,限制光线只在特定区域发光,以破坏肿瘤或是刺激神经元。这种光纤也能搭配不同核心以支持荧光感测、组织成像、传递液体药物,或是精确施放具时效性药物的奈米粒子。

一种支持植入式光线治疗的新材料:可生物分解光纤

正传递光线之柠檬酸盐光纤侧面图(来源:Pennsylvania State University)

“我们的光纤是用柠檬酸系聚合物制作,这类聚合物有许多官能基(functional group),可应用于药物复合体(drug conjugation,绑定某个分子与某种毒素使其变得无害);”Yang表示:“药物能被密封于步阶光纤的包覆层,我们也能打造与固态光纤并列的中空信道,从外部将药物传递至人体内的植入位置。”

这项技术仍在发展初期阶段,研究人员已经在实验室证实了光纤的可行性,接下来将进一步优化材料并改善制造程序以延长其使用寿命,还有实现低耗损光纤以及具备各种特殊功能的光纤;宾州大学电子工程系教授Zhiwen Liu表示:“我们也将开始研究生物与生物医疗应用。”

一种支持植入式光线治疗的新材料:可生物分解光纤

柠檬酸盐光纤与治疗用雷射耦合的输出图形(来源:Pennsylvania State University)

(本文来源:电子工程专辑 )

(责任编辑:子豪)

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