Законы оптики для медицинского текстиля
Инженеры Массачусетского технологического института (Massachusetts Institute of Technology) разработали светочувствительные волокна, которые вплетены в ткань компрессионного бинта. Когда повязка растягивается, волокна меняют цвет. Используя цветовую диаграмму, ухаживающий может растянуть бинт до того момента, пока он не будет соответствовать цвету желаемого давления, а потом обернуть его вокруг ноги пациента.
Фотонные волокна изготовлены из ультратонких резиновых нитей, скрученных для создания мягкой структуры рулона. Каждый слой в рулоне имеет толщину всего несколько сотен нанометров. Благодаря этой закрученной конфигурации свет отражается от каждого слоя. В зависимости от толщины слоев отраженные лучи взаимодействуют, формируя цвета в видимом спектре. Цвет не меняется, пока сохраняется структура рулона.
Конструкция волокон основана на интерференции – оптическом явлении, при котором свет, отраженный от тонких прозрачных слоев, может создавать яркие цвета, которые зависят от геометрических параметров поверхности и ее состава.
Авторы пишут, что меняя толщину волокон, могут создать повязки с любой цветовой гаммой, чтобы, например, зеленый цвет означал идеальное давление, а красный – чрезмерное.
Фотонные волокна были вплетены в ткань компрессионного бинта. Используя зависимость между растяжением и давлением повязки, а также между цветом волокна и напряжением, ученые создали цветовую диаграмму соответствия давления, которое генерируется повязкой, цвету волокна.
Разработка была проверена на студентах-добровольцах, которые разбились на пары и накладывали компрессионные повязки друг другу. В эксперименте использовали три вида бинтов: обычный компрессионный, бинт с фотонными волокнами и бинт с прямоугольным принтом (при правильном натяжении прямоугольники превращаются в квадраты).
Повязка с вплетенными фотонными волокнами обеспечила самое точное сдавление конечности. Студенты смогли правильно интерпретировать цвет волокон и на основе цветовой диаграммы выбрать и создать оптимальное давление.
В настоящее время исследователи изучают возможность удешевить фотонные волокна. Высокая цена на них обусловлена не стоимостью исходных материалов, а сложным и дорогим процессом создания. Если им удастся разработать технологию создания метров или даже километров волокна за один цикл (сейчас максимальная длина – несколько десятков сантиметров), то цена сразу упадет в разы.
После этого компрессионные материалы с фотонными волокнами можно будет широко внедрить не только в клиническую медицину, но и в спортивный сектор – их можно будет использовать для пошива спортивной формы и обуви или для оценки степени напряжения мышц при выполнении упражнений.
Статья J. D. Sandt et al. Stretchable Optomechanical Fiber Sensors for Pressure Determination in Compressive Medical Textiles опубликована в журнале Advanced Healthcare Materials.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT News: Engineers design color-changing compression bandage.