Ведущие ученые Сколковского института науки и технологий (Сколтех) вместе с партнерами из Саратовского государственного университета и Научно-производственного предприятия «Наноструктурная технология стекла» создали инновационное устройство – микроскопический фонарь на базе оптоволокна. Это изобретение способно не только эффективно освещать труднодоступные участки человеческого организма, но и совершить прорыв в лечении рака, трансформируясь в лазер для точного удаления злокачественных опухолей. Разработка сочетает компактность и технологическую многозадачность, открывая новые горизонты для медицины будущего.
Миниатюрный источник света: новое слово в медицинской визуализации
Революционное устройство было создано специально для эндоскопических исследований. Традиционные оптоволоконные зонды позволяют врачу добраться до узких или удаленных полостей, однако отсутствие качественного внутреннего освещения мешает полной диагностике. Команда Сколтеха нашла простое и элегантное решение: мини-фонарь, встраиваемый прямо в структуру зонда. Это помогает кардинально повысить качество визуализации сложно доступных зон — от внутренних органов до крупных кровеносных сосудов. Кроме того, изобретение может использоваться для подсветки тканей и исследования поверхностных структур.
Особенности конструкции и роль российских партнеров
В основе микроскопического светильника — тончайший фрагмент полого оптоволокна, выполненного в виде небольшой стеклянной трубки длиной в несколько сантиметров. Внешний диаметр конструкции составляет всего 0,5 мм, а внутренний – 0,25 мм. На внутреннюю стенку наносится специальный полимер, а поверх него – квантовые точки, уникальные наноразмерные частицы, задающие параметры свечения фонаря. Мембраны, изготовленные из стойкого полимера, надежно запаивают концы волокна.
Важнейшими партнерами проекта стали Саратовский государственный университет, предоставивший квантовые точки, и Научно-производственное предприятие «Наноструктурная технология стекла», изготовившее само оптоволокно. Сотрудничество позволило создать продукт, аналогов которому нет на отечественном рынке.
Потенциал лазерной медицины: как микрофонарик «выжигает» опухоли
Помимо подсветки, уникальная разработка может стать миниатюрным медицинским лазером. Для этого на конец фонарика наносят зеркала из оксида кремния (SiO2) и диоксида титана (TiO2), формирующие оптический резонатор. Квантовые точки используются в качестве активной лазерной среды — именно они определяют интенсивность и длину волны генерируемого света.
Диапазон испускаемого излучения находится между 0,3 и 6 микрометрами, что позволяет генерировать пучки разных цветов и оптимально подстраиваться под особенности конкретной процедуры. Лазерный луч аккуратно выходит непосредственно из наконечника оптоволокна, позволяя прицельно воздействовать на пораженные ткани.
Современная фотодинамическая терапия использует эту технологию: излучение воздействует лишь на клетки, в которых заранее накопились специальные светочувствительные препараты. Это делает процесс лечения максимально точным и безопасным для окружающих тканей.
Научный подход к выбору материалов
Разработкой руководил профессор Центра фотоники и фотонных технологий Сколтеха Дмитрий Александрович Горин. Он объяснил, что ключевой задачей стала выборка идеального материала для мембраны, закрывающей торцы волновода. Ранее использовавшиеся одностенные углеродные трубки не обеспечивали нужной гладкости, критически важной для нанесения тончайших диэлектрических зеркал. Решение было найдено в использовании формвара — материала, давно применяемого для электронной микроскопии.
Благодаря этому новому подходу удалось добиться стабильного и воспроизводимого качества покрытия, что существенно повысило эффективность микрофонарика в клинической практике. В дальнейшем команда планирует внедрить квантовые точки, способные работать в ближнем инфракрасном диапазоне, придавая устройству дополнительную универсальность и расширяя спектр медицинских задач.
Уникальные инженерные решения
В ходе разработки ученые столкнулись с распространенной проблемой — чем толще слой полимера и квантовых точек, тем слабее светит устройство. После проведения серии экспериментов было обнаружено, что подогревание трубки помогает устранить избыточную влагу и сделать покрытие более плотным и ровным, существенно снижая потери излучения. Подобный разогрев удается реализовать непосредственно при нанесении зеркал, что делает процесс не только эффективным, но и технологически простым.
Специалисты отмечают, что инновация может быть масштабирована для серийного производства. Это позволит обеспечить отечественные и зарубежные медицинские учреждения передовыми технологиями диагностики и лечения сложных заболеваний.
Перспективы применения и поддержка науки
Микрофонарик, созданный с участием ведущих научных институтов страны, имеет значительный экспортный потенциал. Устройство уже сейчас рассматривается для внедрения в усовершенствованные методы диагностики и терапии, включая малоинвазивную хирургию, онкологию, гинекологию, урологию и даже ветеринарию. В будущем возможно расширение его функций — например, создание комбинированных систем для одновременного освещения и доставки лекарственных препаратов на заданный участок организма.
Реализация проекта стала возможной благодаря поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Инициатива получила положительные оценки и медиков, и инженеров, привлекая внимание международных экспертов.
Научные достижения Сколковского института науки и технологий подтверждают высокий уровень отечественной исследовательской школы и демонстрируют, как тесное сотрудничество университета, промышленных партнеров и институтов позволяет создавать продукты, способные преобразить медицинскую отрасль.
Фото: Виктор Воробьев / пресс-служба Сколковского института науки и технологий
Источник: scientificrussia.ru
