В России представили квантовый «микрофонарь» для изучения сосудов
Исследователи из российского Сколтеха создали микроструктуру из модифицированного стекловолокна, которая может функционировать как крошечный осветительный прибор для медицинских зондов, исследующих внутреннюю часть кровеносных сосудов и других трубчатых полостей в организме.
Описанная в журнале Annalen der Physik микролампа состоит из фрагмента оптического волокна с полой сердцевиной — очень маленького кусочка трубки, изготовленного из стекла. На внутреннюю поверхность трубки наносится слой полимера и наночастицы, а концы герметизируются полимерными мембранами.
Если мембраны дополнить специально откалиброванными зеркалами, фонарь превратится в лазер, целенаправленно излучающий свет определенного цвета. Это может быть использовано в рамках фотодинамической терапии для уничтожения опухолей эндотелия полых органов, сенсибилизированных специальными красителями.
Эндоскопические зонды, изготовленные из стекловолокна, являются перспективным инструментом получения информации о труднодоступных участках тела. Оптическое волокно достаточно тонкое и помещается даже в кровеносных сосудах. Камень преткновения — в снабжении рабочего конца зонда необходимыми инструментами.
Деталь, изготовленная в ходе этого исследования, может служить либо источником рассеянного света, либо — с дальнейшими модификациями и усовершенствованиями — лазером. Перспектива использования лазера с настраиваемой длиной волны на конце эндоскопического зонда вызывает особый интерес, поскольку это открывает возможности как для диагностики, так и для лечения.
Ключевое новшество в исследовании Сколтеха связано со снижением потерь при пропускании света, которые характерны для устройств такого рода. Светоизлучающая микроструктура основана на трубке оптического волокна длиной в несколько сантиметров с внутренним диаметром 0,25 миллиметра и внешним диаметром 0,5 миллиметра.
На внутреннюю поверхность сердцевины нанесен полимерный слой, покрытый последующим слоем так называемых квантовых точек — люминисцентных наночастиц, предоставленных Саратовским государственным университетом. Сами волокна изготовлены компанией «Технология наноструктурированного стекла», также базирующейся в Саратове.
Наночастицы в слоистом покрытии могут быть сплавлены друг с другом с помощью специальной термообработки, которая обезвоживает полимерные слои и уменьшает шероховатость нанокомпозитных покрытий и, как следствие, приводит к снижению потерь при пропускании света. Примечательно, что необходимый нагрев достигается без лишних затрат при изготовлении оптического резонатора, поскольку это предполагает нанесение полимерных мембран с обоих концов, покрытых зеркалами из слоев оксида титана, и эта операция требует нагрева.
Полученная в результате система является перспективной для создания лазеров с оптической накачкой, работающих в довольно широком диапазоне длин волн от 0,3 до 6 мкм. Квантовые точки служат активной средой лазера, а остальная часть конструкции работает как резонатор. Световой луч выходит из торца цилиндрической микроструктуры, а цвет луча определяется характеристиками слоя квантовых точек.
В качестве альтернативы можно нагревать микроструктуру без установки зеркал, получая рассеянный источник света. Он будет освещать окружающее пространство во всех направлениях. Цвет излучения также будет зависеть от характеристик слоя квантовых точек. В зависимости от показаний зонд, оснащенный светоизлучающей микроструктурой, может быть использован для поверхностного осмотра, глубокой визуализации тканей и удаления патологических тканей с помощью фотодинамической терапии.
Недавно российские ученые запатентовали лазерный кавитатор, который может обрабатывать раны прямо на поле боя.
