211service.com
Smarta fibrer
Kraftfulla lasrar, slingrade genom kroppen inuti tunna optiska fibrer, kan snabbt och exakt bränna bort tumörer som kantar matstrupen, tarmarna eller luftrören. Men det finns en risk: om fiberväggarna brister kan laserljusstrålen fly och skada frisk vävnad.
Nu har MIT-forskaren Yoel Fink, docent i materialvetenskap, och MIT-forskaren Mehmet Bayindir tagit fram optiska fibrer som är kopplade med sin egen värmekänsliga elektronik, som kan användas för att övervaka utvecklande defekter medan lasern används – i tid att stänga av den innan ett misslyckande. *
Den känsligheten kan förhindra potentiellt massiv skada på friska organ, säger Henry Du, forskare på optiska fibrer och chef för kemisk, biomedicinsk och materialteknik vid Stevens Institute of Technology i Hoboken, NJ.
Det här är ett av få exempel på att vacker universitetsforskning har omsatts till tillämpningar där en enorm skillnad kan göras, har gjorts, inom hälso- och sjukvården, säger Du.
Feldetektering, särskilt med hög effekt, där du måste stänga av den om den misslyckas, är absolut en bra idé, instämmer i Rutgers University-fysikern Jim Harrington, tidigare ordförande för International Society for Optical Engineering.
Optiska fibrer med integrerad elektronik skulle kunna göras känsliga inte bara för värme, som i laserapplikationer, utan också för ljus, vibrationer och kanske kemikalier, säger Fink. Längre fram i framtiden skulle smarta fibrer, kapabla att avkänna, bearbeta information och datalagring, kunna vävas in i tyg.
Finks fibrer kanaliserar en kraftfull laser genom en ihålig kärna fodrad med en högkvalitativ spegel. För att upptäcka begynnande avbrott har forskare i Finks labb omgett spegeln med ett halvledande material vars elektriska ledningsförmåga förändras med temperaturen. Dessa konduktivitetsförändringar kan detekteras av metalltrådar som löper längs med fibern. När konduktiviteten ändras abrupt signalerar ledningarna felet och en styrenhet kan automatiskt stänga av lasern.
För att tillverka fibrerna, som är drygt en millimeter tjocka, börjar Fink med en cylindrisk förform som har exakt samma geometri som den färdiga fibern, men som är mycket tjockare. Denna form värms sedan upp och dras ut till en mycket längre, tunnare fiber. En 30 centimeter lång förform kan göra en en kilometer lång fiber.
Utmaningen med att tillverka fibern, säger Fink, var att hitta eller tillverka material som kunde smältas och sträckas utan att separera.
Hittills har gruppen bara visat att den självövervakande fibern fungerar med medelinfraröda våglängder av ljus. Framtida applikationer, som för laserbaserade borrar för tandvårdsapplikationer eller lasrar för härdning av epoxi, kommer att behöva använda olika våglängder.
Andra kraftfulla lasrar, som de som används för att skära och svetsa metall i biltillverkning, kommer att kräva fibrer som kan hantera mycket mer kraft än de nuvarande, säger Fink.
Men de nuvarande ansökningarna är lovande nog, enligt Du. Jag tvivlar inte på att fibrerna kommer att bli framgångsrika och kommer att bli allmänt adopterade, säger han.
* Den här historien ändrades måndagen den 21 november 2005. Ursprungligen löd denna mening: Nu har MIT-forskaren Yoel Fink, docent i materialvetenskap, tagit fram optiska fibrer som är kopplade med sin egen värmekänsliga elektronik, som kan användas för att övervaka defekter när lasern används – i tid för att stänga av den innan ett fel inträffar. Faktum är att arbetet, utfört i Yoel Finks labb, skapades och initierades av MIT-forskaren Mehmet Bayindir.