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錐形聚合物光纖增強光傳輸能力 研究人員開發(fā)出一種可靠、可重復的方法來制造錐形聚合物光纖，這種光纖可用于向大腦傳輸光線。這些光纖可用于動物實驗，幫助科學家更好地了解各種神經(jīng)疾病的治療和干預方法。 錐形光纖針對神經(jīng)科學研究技術進行了優(yōu)化，如光遺傳學實驗和光纖光度計，這些技術依賴于基因修飾神經(jīng)元與傳輸?shù)酱竽X，并從大腦收集可見光之間的相互作用。 丹麥科技大學神經(jīng)設備和氣體光子學小組的研究團隊成員 Marcello Meneghetti 說：“與圓柱形的標準光纖不同，我們開發(fā)的錐形光纖呈圓錐形，這使其更容易穿透組織，并將光傳送到大腦的更大區(qū)域。此外，用柔軟、有彈性的聚合物而不是堅硬、有時易碎的玻璃制成光纖，可以減少長期植入后的組織炎癥。” 研究人員在《光學快報》（Optics Letters）雜志上介紹了他們如何設計和制造錐形聚合物光纖，以便在大腦中實現(xiàn)高效的光傳輸。錐形光纖由直徑僅為 50 微米的光纖制成，大約相當于人類頭發(fā)絲的粗細。  錐形聚合物光纖經(jīng)過優(yōu)化可將光傳輸?shù)酱竽X，圖中顯示了其中一個的電子顯微鏡掃描圖像。 Meneghetti說：“我們的聚合物錐形光纖可以調節(jié)更多神經(jīng)元的行為，記錄更多神經(jīng)元的活動，從而可以研究更大的大腦回路。這可以讓我們更深入地了解復雜的大腦回路是如何運作的，行為是如何被控制的，以及大腦疾病或失調是如何擾亂這些回路的�！� 照亮更多神經(jīng)元 圓柱形光纖（如通信中使用的光纖）能很好地限制光線，這意味著光線可以進入光纖并傳輸?shù)捷敵龆�，沿途的損耗很小。然而，錐形光纖允許光線從光纖兩側沿著錐形尖端的長度方向泄漏，從而增加了可照明的體積。 在觀察到越來越多地使用玻璃錐形光纖來有效調節(jié)和記錄神經(jīng)元活動后，研究人員開始將這項技術應用到聚合物光纖中。 Meneghetti 說：“長期炎癥和植入物破損是硅基或硅基神經(jīng)光子學一直面臨的挑戰(zhàn)。植入物和腦組織之間的機械不匹配會引發(fā)炎癥，而這些材料的脆性會導致亞毫米尺度的斷裂。使用聚合物光纖的硬度要低10倍以上，可以大大緩解這些問題�！� 優(yōu)化制造 為了制造新型錐形聚合物光纖，研究人員利用數(shù)值模型確定了理想的錐形幾何形狀，并開發(fā)了一種化學蝕刻工藝來制造這種光纖。他們測試了各種溶劑和方案，以獲得所需的尖端，并用掃描電子顯微鏡驗證了幾何形狀，確保了表面完整性。 隨后，研究人員用錐形聚合物光纖照亮了瓊脂糖凝膠切片，眾所周知，瓊脂糖凝膠具有與腦組織相似的光學特性。與具有相同直徑和組成材料的標準光纖相比，錐形光纖的光橫向傳播能力增加了一倍多。Meneghetti 說：“我們希望這項研究能進一步推動該領域的發(fā)展，同時為創(chuàng)新設備鋪平道路。對于任何對這些錐形光纖的其他應用（如傳感）感興趣的人來說，這也可能是一塊有用的墊腳石�！� 接下來，研究人員計劃在動物模型中展示新型錐形光纖，以評估其功能和減少炎癥。 未來，將新的制造工藝與納米制造等后處理技術相結合，可以制造出完全集成的設備，不僅能傳遞和收集光，還能檢測電信號，感知大腦中的溫度或化學變化。 這樣就能更全面地了解健康和疾病狀態(tài)下的大腦活動。 論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1101/2024.10.29.620629 論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1101/2024.10.29.620629 |
