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錐形聚合物光纖增強(qiáng)光傳輸能力 研究人員開(kāi)發(fā)出一種可靠、可重復(fù)的方法來(lái)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)，幫助科學(xué)家更好地了解各種神經(jīng)疾病的治療和干預(yù)方法。 錐形光纖針對(duì)神經(jīng)科學(xué)研究技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，如光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)和光纖光度計(jì)，這些技術(shù)依賴(lài)于基因修飾神經(jīng)元與傳輸?shù)酱竽X，并從大腦收集可見(jiàn)光之間的相互作用。 丹麥科技大學(xué)神經(jīng)設(shè)備和氣體光子學(xué)小組的研究團(tuán)隊(duì)成員 Marcello Meneghetti 說(shuō)：“與圓柱形的標(biāo)準(zhǔn)光纖不同，我們開(kāi)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(jiān)硬、有時(shí)易碎的玻璃制成光纖，可以減少長(zhǎng)期植入后的組織炎癥。” 研究人員在《光學(xué)快報(bào)》（Optics Letters）雜志上介紹了他們?nèi)绾卧O(shè)計(jì)和制造錐形聚合物光纖，以便在大腦中實(shí)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(dāng)于人類(lèi)頭發(fā)絲的粗細(xì)。  錐形聚合物光纖經(jīng)過(guò)優(yōu)化可將光傳輸?shù)酱竽X，圖中顯示了其中一個(gè)的電子顯微鏡掃描圖像。 Meneghetti說(shuō)：“我們的聚合物錐形光纖可以調(diào)節(jié)更多神經(jīng)元的行為，記錄更多神經(jīng)元的活動(dòng)，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(fù)雜的大腦回路是如何運(yùn)作的，行為是如何被控制的，以及大腦疾病或失調(diào)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(jìn)入光纖并傳輸?shù)捷敵龆耍赝镜膿p耗很小。然而，錐形光纖允許光線從光纖兩側(cè)沿著錐形尖端的長(zhǎng)度方向泄漏，從而增加了可照明的體積。 在觀察到越來(lái)越多地使用玻璃錐形光纖來(lái)有效調(diào)節(jié)和記錄神經(jīng)元活動(dòng)后，研究人員開(kāi)始將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到聚合物光纖中。 Meneghetti 說(shuō)：“長(zhǎng)期炎癥和植入物破損是硅基或硅基神經(jīng)光子學(xué)一直面臨的挑戰(zhàn)。植入物和腦組織之間的機(jī)械不匹配會(huì)引發(fā)炎癥，而這些材料的脆性會(huì)導(dǎo)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(wèn)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(kāi)發(fā)了一種化學(xué)蝕刻工藝來(lái)制造這種光纖。他們測(cè)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(yàn)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(xué)特性。與具有相同直徑和組成材料的標(biāo)準(zhǔn)光纖相比，錐形光纖的光橫向傳播能力增加了一倍多。Meneghetti 說(shuō)：“我們希望這項(xiàng)研究能進(jìn)一步推動(dòng)該領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)為創(chuàng)新設(shè)備鋪平道路。對(duì)于任何對(duì)這些錐形光纖的其他應(yīng)用（如傳感）感興趣的人來(lái)說(shuō)，這也可能是一塊有用的墊腳石。” 接下來(lái)，研究人員計(jì)劃在動(dòng)物模型中展示新型錐形光纖，以評(píng)估其功能和減少炎癥。 未來(lái)，將新的制造工藝與納米制造等后處理技術(shù)相結(jié)合，可以制造出完全集成的設(shè)備，不僅能傳遞和收集光，還能檢測(cè)電信號(hào)，感知大腦中的溫度或化學(xué)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(dòng)。 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 |
