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一种支持植入式光线治疗的新材料:可生物分解光纤

2017-10-19 16:27 EE Times EE Times 阅读 0
核心摘要: 美国宾州大学工程师开发了一种以柠檬酸盐生物可分解软性聚合物制成的步阶光纤,可植入人体内传递各种波长光线,用于肿瘤切除、疾病诊断、光动力疗法等。该光纤能安全留在体内并被生物分解,避免手术取出风险,未来有望优化材料并拓展生物医疗应用。

美国宾州大学的工程师们发明了一种以生物可分解软性聚合物材料制作的光纤,能应用于医疗领域,支持植入式光线治疗方法。光线被广泛应用于医疗成像、诊断甚至疾病治疗,但外部施加的激光只能穿透人体不超过1公分,甚至有时仅能穿透几微米,取决于光线与目标人体组织的浊度(不透明度)。传统光纤植入人体虽能让治疗光线接触目标组织,但事后必须以手术取出,可能破坏周围组织,也存在移除时破裂的风险。

为此,美国宾州大学(Pennsylvania State University)的电子工程与生物材料工程师们开发了一种能在人体内照射任何波长光线的新方法,据称是首创以柠檬酸盐(citrate)生物可分解软性聚合物制作出的步阶(step-index)光纤。具体而言,这种新型光纤以柠檬酸系(citric-acid-based)有机聚合物制成,具有生物可分解性(即治疗程序完成后可安全留在人体内),并能以导电核心与不透明包覆材料制造,从而在人体内任何地方提供各种波长的光线,实现精确治疗。

宾州大学生物工程教授Jian Yang表示:“光线是医疗领域广泛应用的工具。例如,我们的柠檬酸盐生物可分解光纤可用于在人体内传递可切除肿瘤的激光;这种光纤也能传送人体组织深处的影像以供疾病诊断,或监测临床治疗效果。另一个应用案例是传递光线以激发癌症治疗药物,即光动力疗法(photodynamic therapy)。”柠檬酸盐光纤能被用于重复执行所需的治疗程序,然后留在人体内,待使用生命周期终结后安全地被生物分解。这种光纤还能被打造为低损耗、柔性或具备可变折射率,限制光线只在特定区域发光,以破坏肿瘤或刺激神经元。此外,光纤可搭配不同核心以支持荧光感测、组织成像、传递液体药物,或精确释放具时效性药物的纳米粒子。

Yang进一步指出:“我们的光纤用柠檬酸系聚合物制作,这类聚合物有许多官能基(functional group),可用于药物复合体(drug conjugation)。药物能被密封于步阶光纤的包覆层,我们也能打造与固态光纤并列的中空通道,从外部将药物传递至人体内的植入位置。”目前该技术仍处于发展初期,研究人员已在实验室证实光纤的可行性,接下来将进一步优化材料并改善制造程序以延长其使用寿命,实现低损耗光纤及具备各种特殊功能的光纤。宾州大学电子工程系教授Zhiwen Liu表示:“我们也将开始研究生物与生物医疗应用。”

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