Fibra ottica dalla seta per le applicazioni biomediche

fibre ottiche - Foto di IlkerI composti della seta, sottoposti a particolari trattamenti, forniscono guide d’onda ottica biocompatibili e biodegradabili idonee per l’impiego in numerose applicazioni biomediche: dal monitoraggio in vivo del glucosio alla rilevazione di virus o di marcatori dell’Alzheimer.

La crescente necessità di sviluppare componenti fotonici biocompatibili per le applicazioni biomediche ha portato allo studio di biopolimeri della seta che assumono il comportamento di una fibra ottica e forniscono la possibilità di manipolare e trasportare la luce in modo controllato, in una vasta gamma di configurazioni.

Ideate da un team di ricercatori della Tufts University e della University of Illinois presso Urbana-Champaign, queste guide d’onda biocompatibili e biodegradabili possono essere funzionalizzate rapidamente con molecole attive di interesse biologico e farmacologico.

I ricercatori della Tufts-UIUC hanno dimostrato con successo il passaggio della luce attraverso il nuovo tipo di guida d’onda creato direttamente usando la fibroina della seta ottenuta dal baco da seta (Bombyx mori) mediante la tecnica del “direct ink writing” (DIW).
Hanno reso pubbliche le loro scoperte e il nuovo metodo per costruire fibre ottiche a base di seta sulla rivista Advanced Materials.

La tecnica DIW permette di creare strutture tridimensionali strato per strato mediante la deposizione di sostanze colloidali o polimeriche.
Questa tecnica consente di disegnare e fabbricare rapidamente strutture 3D anche complesse senza bisogno di strumentazioni costose.
Mediante controllo computerizzato viene mossa in modo preciso una siringa che incamera un composto viscoso che viene estruso da un ugello molto sottile posto sotto pressione. Il composto fluisce rapidamente attraverso l’ugello e si solidifica a formare un filamento che mantiene sufficiente chiarezza ottica per condurre la luce.

“In numerose applicazioni biomediche le fibre ottiche si devono interfacciare direttamente con cellule e tessuti vivi, proprio per questo motivo è molto importante che siano biocompatibili e biodegradabili.
L’impiego di polimeri biocompatibili e biodegradabili come la seta per convogliare la luce apre nuove prospettive nelle applicazioni biologiche e nuove opportunità di trasportare e liberare la luce nei tessuti viventi” afferma Fiorenzo Omenetto, professore di ingegneria biomedica presso la School of Engineering e professore di fisica presso la School of Arts and Sciences della Tufts University.

“I composti della seta sono idonei per questo tipo di applicazioni, il principale motivo risiede nelle loro caratteristiche di robustezza che superano quelle di tutte le altre fibre naturali note. Inoltre, la capacità di funzionalizzare molecole o incorporare droghe nelle fibre di seta consente una ottima foto attivazione delle guide d’onda che non è facile ottenere in altro modo” spiega David Kaplan, professore e capo dipartimento di ingegneria biomedica presso la Tufts School of Engineering.

Questo studio nasce dalle ottime conoscenze dei ricercatori della Tufts University sui biopolimeri e sulle componenti biofotoniche che si basano sulla seta oltre che sull’esperienza della professoressa Jennifer Lewis della UIUC e di Sara Parker per quanto riguarda l’assemblaggio di strutture planari complesse e tridimensionali.