Gesundheit

Besser biomedizinische Geräte, wearable displays können die Folge von winzigen light-guiding Strukturen: Mikrofabrikationsverfahren-Methode ergibt flexible light guides für eine Reihe von Licht-basierten Geräten

Zum ersten mal haben Forscher fabriziert light-guiding Strukturen bekannt als Wellenleiter nur über einen Mikrometer weit in einem klaren Silikon Häufig für biomedizinische Anwendungen. Die kleinen, flexiblen Wellenleiter können verwendet werden, um Licht-basierten Geräten wie biomedizinische sensoren und Endoskope, die sind kleiner und komplexer ist, als derzeit möglich ist.

„Nach unserem besten wissen, sind diese die kleinsten von optischen Wellenleitern, die je für Polydimethylsiloxan oder PDMS“, sagte research-team-Mitglied Ihr Pu von École Fédérale de Lausanne in der Schweiz. „Unsere flexiblen Wellenleiter integriert werden könnte mikrofluidischen lab-on-a-chip-Systemen zu beseitigen sperrige externe Optik benötigt, um Blut-tests durchführen, zum Beispiel. Sie könnten auch liefern Licht für tragbare Geräte wie ein T-shirt mit einer Anzeige.“

Wie berichtet in der Zeitschrift Optical Materials Express, die neue optische Wellenleiter sind nicht nur dünner als ein Stück von Staub, weisen Sie auch sehr wenig Licht Verlust, wenn verwendet mit bestimmten Wellenlängen des Lichts. Eine Licht-basierte signal kann Reisen durch die neue Wellenleitern für 10 Zentimetern oder mehr, bevor Sie eine unzumutbare Verschlechterung des Signals auftreten.

Schaffung von Strukturen, mit Licht

Die Forscher aus der neuen Wellenleitern durch Optimierung der laser-direkt-schreiben, eine mikrofabrikationsverfahren Ansatz, erstellt detaillierte 3-D-Strukturen, die durch polymerisieren einer lichtempfindlichen Chemikalie mit einem genau fokussierten Laserstrahl. Polymerisation wandelt relativ kleine Moleküle, sogenannte Monomere in großen, chainlike Polymere.

Der neue Ansatz ist es nicht erforderlich, einen fotoinitiator, der in der Regel verwendet, um effizient absorbieren das Laserlicht und wandeln es in Chemische Energie, die Polymerisation initiiert. „Nicht mit einem fotoinitiator, wir vereinfacht den Prozess der Herstellung und auch verstärkt die Kompatibilität der final-Gerät mit lebendem Gewebe,“ sagte Pu. „Diese verbesserte Biokompatibilität ermöglichen könnte, den Ansatz verwendet werden, um implantierbare sensoren und Geräte.“

Die neuen flexiblen Wellenleitern könnte auch dienen als Bausteine für Photonische Leiterplatten, high-speed-optische Signale eher als die elektrische verbindungen zum übertragen von Daten in Computern und anderen elektronischen Geräten.

Die Beschränkung das Licht

Zu erreichen, einen kleinen optischen Wellenleiter, effizient Grenzen Licht, es muss ein großer Unterschied zwischen dem Brechungsindex des Materials der Wellenleiter und die umliegenden PDMS. Die Forscher verwendeten phenylacetylene für die waveguides, weil, im Vergleich zu traditionell verwendeten Materialien, es hat eine höhere Brechzahl einmal polymerisiert. Als zusätzlichen Vorteil, es kann auch leicht geladen PDMS einfach durch einweichen die PDMS Flüssigkeit in phenylacetylene.

Nach dem einweichen das PDMS in phenylacetylene, verwendeten die Forscher konzentrierten sich ultrafast-laser-Pulse zu induzieren, um ein optisches Phänomen, bekannt als multiphotonen-absorption in dem mehrere Photonen absorbiert werden, auf einmal. Multiphotonen-laser-Direktdruck produziert viel feinere Strukturen als ein-Photonen-Prozesse, weil das Volumen der Polymerisation bei jedem schreiben der spot ist viel kleiner. Mithilfe der multiphotonen-laser-Direktdruck erlaubt auch den Forschern, die direkt einleiten phenylacetylene Polymerisation ohne einen fotoinitiator. Sie dann verdunstet jede nicht polymerisierte phenylacetylene durch erhitzen des PDMS.

Die Forscher zeigten, dass dieser neue Ansatz könnte flexiblen Wellenleitern im PDMS, das sind nur 1,3 Mikrometer breit. Für die 650 bis 700 nanometer spektrale band, nur 0,07 Prozent des Lichts übertragen, die durch den Wellenleiter verloren ist jeder Zentimeter. Optimierung der setup würde wahrscheinlich ermöglichen die Herstellung von Wellenleitern, die kleiner sind als 1 Mikrometer, so die Forscher.

Ein flexibles Endoskop

Die Forscher arbeiten nun an der Verbesserung der Ausbeute der Fertigung durch die Entwicklung einer Steuerung, die helfen würde, zu vermeiden, materielle Schäden, die während der laser schreiben. Sie auch planen, erstellen Sie ein array von engen Wellenleitern in PDMS, die verwendet werden könnten, zu konstruieren, ein sehr flexibles Endoskop mit einem Durchmesser von weniger als einem millimeter.

„So eine kleine, mechanisch flexible Endoskope erlauben würde, eine Reihe von hart-zu-erreichen Plätze in den Körper abgebildet werden, für die Diagnose in der Klinik, oder für die überwachung eines minimal-invasiven Chirurgie“, sagte Pu.