В России представили квантовый «микрофонарь» для изучения сосудов

Российские ученые изготовили стекловолоконное излучающее устройство на квантовых точках, которое может быть использовано в качестве эндоскопического осветительного прибора или лазера.

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.

Источник: hi-tech.mail.ru