Ведущие российские исследователи из Сколковского института науки и технологий под руководством профессора Дмитрия Горина совместно с коллегами из Саратовского государственного университета и предприятия ООО НПП «Наноструктурная технология стекла» представили инновационную разработку для медицины — микрофонарь на основе полого оптического волокна. Этот миниатюрный источник света способен эффективно освещать изнутри даже самые труднодоступные участки кровеносных сосудов и тканей, открывая новые горизонты для диагностики и лечения.
Новая эра медицинских микрофонарей
Микрофонарь, созданный российскими учёными, представляет собой миниатюрную стеклянную трубку — фрагмент тщательно разработанного оптоволокна. Внутренняя поверхность трубки покрывается многослойной структурой из специального полимерного материала и квантовых точек, что придает устройству уникальные свойства генерации и регулировки излучения. Края трубки надёжно изолируются полимерными мембранами, а если сверху нанести зеркальные покрытия, то микрофонарь превращается в лазер, излучающий направленный пучок света строго определённой длины волны.
Подобные источники света давно привлекали внимание учёных во всём мире как основной элемент для создания эффективных диагностических и терапевтических зондов. Однако до сих пор они страдали от значительных потерь света внутри оптоволокна, что существенно ограничивало практическое применение. Команда Сколтеха и их партнёры из Саратова предложили принципиально новое решение этой задачи, улучшив световую эффективность и функциональные возможности микрофонарей.
Структура микрофонаря: квантовые точки и особый полимер
В основе создания уникального источника света — полое оптическое волокно, извлечённое из высокотехнологичного стекла, разработанного на базе ООО НПП «Наноструктурная технология стекла». Диаметр трубки составляет всего 0,5 мм снаружи и 0,25 мм внутри, а её длина обычно не превышает нескольких сантиметров. На внутреннюю поверхность микростеклянной трубки наносится слой специального полимера, а затем слой квантовых точек — инновационных наночастиц, обладающих способностью поглощать и излучать свет на различных длинах волн.
Квантовые точки, предоставленные учёными Саратовского государственного университета, делают возможным получение необходимого цветового спектра устройства. Это критически важно для медицинских задач, например, для фотодинамической терапии, где требуется точный контроль длины световой волны в процессе обработки опухолей или поражённых тканей. Благодаря особой технологии нанесения слоёв потери света внутри микрофонаря удалось минимизировать, что расширяет спектр его применения.
Термическая обработка и революция в волоконной оптике
Как отмечает руководитель исследования Дмитрий Горин, значительный вклад в повышение эффективности нового устройства внесла технология термической обработки многослойного покрытия. Под воздействием тепла из полимера удаляется влага, уменьшает шероховатость покрытия, тем самым снижаются внутренние оптические потери. Примечательно, что необходимый нагрев осуществляется на этапе формирования зеркал из диоксида титана и оксида кремния на концах полого волокна, формируя тем самым оптический резонатор — сердце миниатюрного лазера.
Такой подход позволил получить наиболее однородную и гладкую поверхность активного слоя, что обеспечивает выход оптической энергии с минимальными потерями. В результате появляется возможность создавать компактные источники света и лазеры прямо на конце эндоскопических или других медицинских зондов, адаптируя параметры устройства под конкретные задачи.
Медицинские применения: от диагностики до терапии
Ультракомпактные источники света на основе разработки учёных из Сколтеха и Саратовского государственного университета позволяют по-новому подойти к диагностике внутренних тканей и лечению патологий. Новый микрофонарь может быть внедрён в эндоскопический зонд, проходя в самые узкие сосуды и полости человеческого тела, освещая их изнутри, не повреждая окружающие ткани.
Особую перспективу имеют медицинские лазеры с регулируемой длиной волны — их можно применять как для визуализации сложных биологических структур, так и для точечного воздействия на клетки опухоли, внедряя фоточувствительные препараты непосредственно в область поражения. Подобные приборы могут использоваться не только в диагностике, но и для терапевтических процедур — например, в малоинвазивных операциях и удалении новообразований методом фотодинамики.
Перспективы развития микрофонарей и роль сотрудничества
Сотрудничество между Сколтехом, Саратовским государственным университетом и инновационной компанией ООО НПП «Наноструктурная технология стекла» демонстрирует, насколько важно объединение экспертизы в различных областях для достижения поистине выдающихся научных и технологических результатов. Именно благодаря широкому взаимодействию удалось создать инструмент, который способен серьезно изменить подход к медицинской визуализации и лечению целого ряда заболеваний.
Дальнейшие исследования и эксперименты, безусловно, поспособствуют дальнейшему совершенствованию уникального микрофонаря. Учёные планируют не только расширять возможности устройства, увеличивая диапазон рабочих длин волн, но и разрабатывать новые активные среды для создания ещё более эффективных лазеров, используемых непосредственно «на месте» — внутри организма человека, где они особенно необходимы.
Оптимистичный взгляд в будущее
Впечатляющий научный прорыв, продемонстрированный российскими исследователями, сулит значительные перспективы и в других отраслях — например, при экспресс-диагностике инфекционных заболеваний, в биотехнологиях и даже материаловедении. Но главной задачей останется повышение качества и безопасности медицинских процедур.
Объединяя усилия и наращивая технологический потенциал, Сколтех, Саратовский государственный университет и ООО НПП «Наноструктурная технология стекла» уверенно продолжают путь к новым открытиям, способным сделать медицину ещё более точной, эффективной и минимально травматичной для пациентов.
