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理大塑料光纖傳感器供醫用 導航微創手術 監測骨折癒合

By on July 7, 2021

原文刊於信報財經新聞「StartupBeat創科鬥室

光纖除了用作通訊,還可植入人體內進行醫療監測。香港理工大學的研究團隊,成功把光學塑料ZEONEX應用到光纖,研發出超微細、對壓力變化靈敏度極高,兼具生物相容性的「塑料邊孔光纖傳感器」,聲稱適用於智能人工耳蝸、骨折修復監測,以至心臟微創手術導管的導航監測等,有助提高手術準確度及治療成效。

譚華耀表示,超微細光纖傳感器可植入骨折病人患處周邊骨骼,以監測癒合進度。(陳施敏攝)

譚華耀表示,超微細光纖傳感器可植入骨折病人患處周邊骨骼,以監測癒合進度。(陳施敏攝)

與生物相容可塑性高

光纖在醫學領域的應用愈來愈廣泛,包括手術或診斷儀器等,但傳統光纖的缺點,阻礙光纖傳感器在醫療上的應用,尤其是體內監測方面。以常見的玻璃光纖為例,其硬度太高且容易折斷;至於舊式的塑料光纖,容易吸收人體內的水份,影響傳感器運作。

為克服傳統玻璃和塑料光纖的缺點,理大光子學講座教授、電機工程學系系主任譚華耀教授帶領的研究團隊,嘗試把光學塑料ZEONEX應用在光纖傳感器上;該塑料是一類環烯烴樹脂,常用於相機、影印機等光學零件。

「塑料邊孔光纖傳感器」具有柔軟、微型兼能感應極微小壓力變化的特點,可安裝於智能人工耳蝸內。(陳施敏攝)

「塑料邊孔光纖傳感器」具有柔軟、微型兼能感應極微小壓力變化的特點,可安裝於智能人工耳蝸內。(陳施敏攝)

譚華耀表示,團隊在光纖內加入邊孔,使光纖更容易產生形變,有助改善光線折射角度,從而提高光纖傳感器的靈敏度。新塑料光纖傳感器的直徑達微米級別,壓力敏感度較傳統光纖傳感器高20倍,可測量不足大氣壓力1%的變化,能夠監測如呼吸時肺內壓力的些微改變。再者,新的光纖傳感器的質地柔軟、富有彈性,不受濕度影響,並具有生物相容性,十分適合用來監測體內狀況。

助醫生植入人工耳蝸

例子之一是應用於檢測人工耳蝸植入手術。譚華耀續稱,在人工耳蝸安裝光纖傳感器,協助醫生在植入手術過程中,掌握關鍵及時的位置與力度資訊,提高手術成功率。研究團隊現正聯同澳洲墨爾本大學,就裝有新光纖傳感器的人工耳蝸進行測試,已證實有關裝置不會傷害原有的人體耳蝸。

光學解調儀(箭嘴示)體積與火柴盒相若,較傳統黑色的解調儀細得多。(陳施敏攝)

光學解調儀(箭嘴示)體積與火柴盒相若,較傳統黑色的解調儀細得多。(陳施敏攝)

此外,理大研究團隊亦與澳洲莫納什大學合作,研究把光纖傳感器植入骨折病人患處周邊的骨骼,以監測癒合進度。譚華耀透露,雙方合作約一年,惟因疫情拖慢研究進度;待完成實驗室測試後,擬在羊等動物身上測試;冀日後的傳感器,可適用於改良固定骨頭的螺絲及鐵片設計。

現時市面上的光學解調儀,約磚塊大小,一般應用於檢測鐵路安全,價格數萬至數十萬元不等。理大研發的光學解調儀,體積只有火柴盒大小,成本約數千元,譚華耀估計3至4年內,解調儀的體積可縮至藥丸般細小,屆時便可植入皮下,連接病人體內的光纖及傳感器,配合物聯網技術組成傳感網絡,通過無線通訊監控生物醫學應用的元件,例如人工耳蝸等。

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