研究人員開發(fā)出一種可靠、可重復(fù)的方法來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)依賴于基因修飾神經(jīng)元與傳輸?shù)酱竽X，并從大腦收集可見光之間的相互作用。

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：“與圓柱形的標(biāo)準(zhǔn)光纖不同，我們開發(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、有時易碎的玻璃制成光纖，可以減少長期植入后的組織炎癥�！�

研究人員在《光學(xué)快報》（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)于人類頭發(fā)絲的粗細(xì)。

圖片:搜狗截圖20250116092936.png

錐形聚合物光纖經(jīng)過優(yōu)化可將光傳輸?shù)酱竽X，圖中顯示了其中一個的電子顯微鏡掃描圖像。

Meneghetti說：“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，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�沿途的損耗很小。然而，錐形光纖允許光線從光纖兩側(cè)沿著錐形尖端的長度方向泄漏，從而增加了可照明的體積。

在觀察到越來越多地使用玻璃錐形光纖來有效調(diào)節(jié)和記錄神經(jīng)元活動后，研究人員開始將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到聚合物光纖中。

Meneghetti 說：“長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)械不匹配會引發(fā)炎癥，而這些材料的脆性會導(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，并開發(fā)了一種化學(xué)蝕刻工藝來制造這種光纖。他們測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：“我們希望這項(xiàng)研究能進(jìn)一步推動該領(lǐng)域的發(fā)展，同時為創(chuàng)新設(shè)備鋪平道路。對于任何對這些錐形光纖的其他應(yīng)用（如傳感）感興趣的人來說，這也可能是一塊有用的墊腳石�！�

接下來，研究人員計(jì)劃在動物模型中展示新型錐形光纖，以評估其功能和減少炎癥。

未來，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，還能檢測電信號，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。

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