Nadchodzi nowa, wygodniejsza dla pacjentów alternatywa dla endoskopii i biopsji
Badacze pracujący przy finansowanym przez UE projekcie BiOp-FibEnd zaadaptowali konwencjonalną technologię wytwarzania światłowodów – tzw. „wyciąganie włókien”. Zasadniczo proces ten zaczyna się od dostarczenia do pieca preformy, która po podgrzaniu staje się miękka i można ją rozciągnąć, tworząc włókno. „Aby osiągnąć tolerancję średnicy w skali submikronowej, co było niezbędne w tych badaniach, musieliśmy stworzyć niezawodny i stabilny system wyciągania, zależny od środowiska produkcji włókna”, przedstawia w skrócie Alessio Stefani, pracownik naukowy projektu BiOp-FibEnd.
Innowacyjne surowce i nowe zastosowania
Mając na względzie wykorzystanie światłowodów do badań tkanek ludzkiego organizmu, zespół projektu BiOp-FibEnd wykorzystał po raz pierwszy zupełnie nowe surowce. Jednym z zastosowań, którego badacze pierwotnie nie rozważali, był pomiar ciśnienia krwi. „Zdecydowaliśmy się na poliuretan, który cechuje się dużą elastycznością, podobnie jak guma, aby opracować czujnik do niebezpośredniego pomiaru ciśnienia krwi, który cechuje się wysoką precyzją odczytu zarówno podczas chodzenia, jak i biegania”, wyjaśnia Stefani. Do tej pomysłowej metody wykorzystane zostały równolegle dwa światłowody, każdy wyposażony w źródło światła i czujnik. Tętno deformuje światłowód, a następnie proporcjonalnie zakłóca sygnał świetlny. Różnice w chronometrażu tętna na każdym ze światłowodów pozwalają obliczyć prędkość fali tętna, czy też inaczej ciśnienie krwi. Zespół badaczy do granic wyeksploatował możliwości struktur wytworzonych w procesie wyciągania, otrzymując zawierające 500 przewodów struktury dielektryczne o przeciętnej średnicy poniżej 150 nm. Wielomateriałowe hipersoczewki utworzone przez te struktury pozwalają na obrazowanie przy super rozdzielczości w zakresie średniej podczerwieni przy długości fal rzędu 3-4 mikrometrów oraz na ogniskowanie na punktach 176 razy mniejszych od długości fali w reżimie THz. Projekt zaowocował także powstaniem cewnika umożliwiającego rozpoznawanie różnic między różnymi tkankami w sercu dzięki połączeniu spektroskopii i sztucznej inteligencji. Dla technologii tej złożono zgłoszenie patentowe.
Niespodziewane przeszkody prowadzą także do rozwiązań
„Najmniej spodziewanym wyzwaniem dla zespołu było odkrycie, że nawet najmniejsza ilość światła niszczyła hipersoczewkę podczas pracy w zakresie średniej podczerwieni. Próbki, maleńkie metalowe przewody, topiły się”, wyjaśnia Stefani. Naukowcy poszukiwali rozwiązań dla tego problemu (przynajmniej teoretycznych, z uwagi na oczywiste ograniczenia czasowe). „Symulacje sprawdzające trafność takich alternatywnych propozycji są całkiem obiecujące. Niemniej jednak, kolektywnie, rozwiązania te zasługują na własny projekt, przez co nie było podstaw, by każde z nich badać doświadczalnie”, mówi Stefani. Odpowiedzią było poświęcenie pozostałego czasu na najbardziej obiecującą część projektu, czyli urządzenie monitorujące ciśnienie krwi, będące głównym zastosowaniem medycznym.
Realistyczne postępy badań dzięki możliwościom finansowania
Do przyszłości swoich badań zespół podchodzi pragmatycznie i z optymizmem. Rozumiejąc ograniczenia opracowanego przez nich systemu, naukowcy znaleźli dla nich potencjalne rozwiązania. „Prowadzimy aktywnie rozmowy z oferującymi dofinansowanie partnerami z sektora prywatnego i publicznego, aby rozwijać produkt do postaci nadającej się do komercjalizacji. Złożyliśmy także zgłoszenie patentowe”, mówi badacz. Podkreślając znaczenie pracy w zespole, Stefani wskazuje, że projekt BiOp-FibEnd uzyskał dofinansowanie dzięki indywidualnemu stypendium z działania „Maria Skłodowska-Curie”. „Jednak wykonanie całej tej pracy przez jedną osobę nie wystarczyłoby do uzyskania takiego wachlarza wyników, jaki otrzymaliśmy. Pracy zespołu przyświecał wspólny cel, dzięki czemu była ona bardziej wydajna, a jednak poczyniliśmy postępy w różnych kierunkach i zbadaliśmy różne scenariusze”, dodaje na koniec.
Słowa kluczowe
BiOp-FibEnd, wyciąganie włókien, endoskop, biopsja, ciśnienie krwi, hipersoczewka, światłowód
