Ученые из Сколтеха модифицировали поверхность полого оптического волокна таким образом, чтобы оно могло функционировать как крошечный фонарь на медицинском зонде для исследования кровеносных сосудов и других полостей в организме изнутри. Как сообщила пресс-служба международного университета, микрофонарь состоит из фрагмента полого оптического волокна — отрезка крошечной стеклянной трубки. На внутреннюю поверхность этой трубки наносят слои полимера и наночастиц, а концы трубки запечатывают полимерными мембранами. Если поверх мембран нанести зеркала, то фонарь превратится в лазер, который излучает узконаправленный одноцветный световой пучок. Последнее ценно для фотодинамической терапии: лазер может поражать опухоль, в которую доставлен фоточувствительный препарат.

Использование эндоскопических зондов из оптоволокна — перспективный способ добраться до труднодоступных участков в организме в целях визуализации или терапии. Благодаря своей малой толщине оптоволокно может войти, например, внутрь крупного кровеносного сосуда. Но если такой зонд не оборудован никакими функциональными инструментами, смысла в нем мало.

Изготовленная учеными из Сколтеха и их коллегами структура могла бы войти в набор таких инструментов в качестве источника света, в том числе при условии дополнительного усовершенствования — лазера с настраиваемой длиной волны излучения. Последний был бы весьма полезен на конце эндоскопического зонда как с точки зрения диагностики, так и с точки зрения терапии.

Обычно структуры, подобные представленному в работе микрофонарю, подвержены значительным потерям интенсивности света. Именно это слабое место удалось устранить ученым из Сколтеха и их коллегам. В основе источника света — кусок полого оптического волокна длиной несколько сантиметров и диаметром 0,5 мм снаружи и 0,25 мм внутри. На внутреннюю поверхность полой сердцевины волокна наносится слой полимера, а поверх него — слой так называемых квантовых точек. Это наноразмерные частицы, предоставленные Саратовским государственным университетом (сами волокна тоже изготовлены в Саратове в ООО НПП «Наноструктурная технология стекла»). Чем больше слоев полимера и квантовых точек наносится, тем выше потери света в волокне.

«Нам удалось установить, что наночастицы многослойного покрытия можно уплотнить посредством термической обработки, которая удаляет влагу из слоев полимера, уменьшает шероховатость нанокомпозитного покрытия и, как следствие, снижает оптические потери, — поделился руководитель исследования, профессор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Дмитрий Горин. — Примечательно, что необходимый нагрев достигается попутно при формировании зеркал из диоксида титана и оксида кремния на поверхности полимерных мембран, которые наносятся на оба торца отрезка оптического волокна для создания оптического резонатора».

Получившаяся оптическая система перспективна для создания лазеров с оптической накачкой, работающих в довольно широком диапазоне длин волн — от 0,3 до 6 мкм. Активной средой такого лазера послужат квантовые точки, а резонатор образуют два зеркала. Свет будет выходить с торца цилиндрической микроструктуры. Рабочую длину волны, то есть цвет лазерного луча, можно будет задать, варьируя характеристики слоя квантовых точек в процессе изготовления устройства.

В зависимости от конкретного случая, медицинский зонд, оснащенный предложенным источником света, мог бы использоваться для исследования поверхностей, визуализации биологических тканей, удаления патологических образований с помощью так называемой фотодинамической терапии и др.

Рис. Установка для измерения спектров пропускания микроструктурных волокон с полой сердцевиной. Источник: Виктор Воробьев

Источник: журнал «Изобретатель и рационализатор», №3-2025

Фото предоставлено пресс-службой Сколтеха