Nuevos sensores de fibra óptica se disuelven en el cuerpo

Un nuevo estudio describe cómo se podrían usar los sensores para el control en el cuerpo de la curación de las fracturas óseas y para una exploración más segura de órganos sensibles como el cerebro.

Desarrollados en la Universidad Politécnica de Turín (Italia), el Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR; Trento, Italia) y otras instituciones, el nuevo elemento sensor es una rejilla de Bragg de fibra modificada (FBG) inscrita en una fibra óptica de vidrio biorreabsorbible de calcio y fosfato utilizando un láser de excímeros de 193 nm. La inscripción del láser crea un patrón que hace que la fibra refleje una longitud de onda específica en la dirección de la que proviene. Una modificación que inclina la FBG permite que parte de la luz reflejada escape del núcleo de la fibra a la superficie cilíndrica; la luz reflejada puede ser monitorizada.

Los investigadores crearon FBG ópticas tanto inclinadas como estándar para comprender cómo los parámetros utilizados para la inscripción afectan las características de detección de la rejilla. Descubrieron que al exponer la fibra biorreabsorbible a la luz láser ultravioleta (UV) con una distribución de intensidad espacial dada se creaba un patrón de relieve correspondiente a la superficie en el volumen de fibra óptica después de la disolución. Según los investigadores, se podría usar el fosfato de vidrio FBG en sondas de detección fotónicas solubles para una monitorización in vivo eficiente de parámetros mecánicos o químicos vitales.

Los investigadores ahora están llevando a cabo experimentos sistemáticos para comprender mejor cómo la composición de la fibra y las condiciones de irradiación con láser UV afectan la velocidad a la que se disuelve la fibra de rejilla de Bragg. Esta información se podría usar para crear redes de fibra de Bragg que se disuelvan dentro de un período de tiempo específico; antes de ser utilizadas en personas, las propiedades de disolución y detección de la FBG deberán ser estudiadas en animales. El estudio fue publicado el 15 de febrero de 2018 en la revista Optics Letters.

“Este vidrio combina excelentes propiedades ópticas con biocompatibilidad y solubilidad en agua, proporcionando así una plataforma confiable para producir fibras ópticas que se disuelven en agua o fluidos biológicos”, dijo el coautor del estudio, Daniel Milanese, PhD, de la Universidad Politécnica de Turín. “El vidrio está hecho de óxido de fósforo combinado con óxidos de calcio, magnesio, sodio y silicio. Las propiedades de las fibras ópticas se pueden ajustar cambiando adecuadamente la composición del vidrio”.

Una FBG es un reflector invisible dentro del núcleo de una fibra óptica que se ajusta a una longitud de onda de luz específica. Cuando se expone la fibra donde se encuentra la FBG a la tensión o la temperatura, la “longitud de onda central” de la FBG cambia a una longitud de onda mayor o menor. La dirección y la magnitud del cambio es proporcional al cambio en la deformación o a la temperatura. El uso de diferentes longitudes de onda permite la multiplexación de docenas de FBG en una sola fibra. Las FBG se usan comúnmente para aplicaciones como la monitorización en tiempo real de la salud estructural de puentes o el seguimiento de la integridad de las alas de los aviones.