Dispositivi Biofotonici Stampabili: Apparato di Misura dell’Indice di Rifrazione di Diversi Materiali

Negli ultimi decenni, grazie all’avanzamento tecnologico, vi è stata un’intensa attività di ricerca finalizzata all’impiego di tecniche fotoniche applicate a sistemi biologici che hanno portato alla nascita e al consolidamento della scienza che prende il nome di biofotonica. Una delle applicazioni più recenti e di maggiore interesse in questo campo riguarda lo sviluppo di dispositivi ottici, quali fibre ottiche e guide d’onda impiantabili, che permettano di trasportare la radiazione luminosa in profondità a livello dei tessuti in modo più accessibile, limitando i fenomeni di attenuazione dovuti ad assorbimento e scattering. Una classe di materiali interessanti a questo fine risultano essere i materiali biocompatibili e bioriassorbibili, le cui caratteristiche peculiari sono fondamentali nella realizzazione di dispositivi ottici per applicazioni biofotoniche. Allo stato dell’arte, vi sono ancora pochi sviluppi in merito all’utilizzo di questi materiali per la realizzazione di fibre ottiche, guide d’onda e chip ottici impiantabili. Il rallentato sviluppo di questi è dato dall’assenza di una caratterizzazione ottica completa, aspetto, purtroppo, non ancora molto studiato in letteratura. L’attività di tesi svolta presso il Laboratorio di Fotonica Integrata dell’Università di Pavia propone la realizzazione di un apparato di misura per l’indice di rifrazione di diversi materiali realizzati mediante la tecnica dell’additive manufacting, con il fine ultimo di dimostrare come l’integrazione tra le tecnologie fotoniche e la scienza dei biomateriali rappresenti un estremo vantaggio in applicazioni mediche biofotoniche. L’attività ha avuto una marcata connotazione sperimentale ed ha riguardato la realizzazione di un apparato per l’acquisizione dell’indice di rifrazione di differenti campioni in indagine, così da per poter associare le proprietà osservate alle possibili applicazioni in campo biomedico ed utilizzare tali materiali per la realizzazione di dispostivi ottici, quali fibre ottiche e guide d’onde. L’indagine è stata svolta in quattro fasi: studio e modello computazionale della tecnica di misura, design del set up ottico, realizzazione dell’esperimento ed analisi dei dati. Per quanto riguarda la fase di studio e modellizzazione, si è scelto ideare l’apparato di misura utilizzando la tecnica di Prism Coupling, si è poi realizzato il modello computazionale della tecnica di misura scelta ed infine, nella fase di design, si è provveduto a ideare un set up consono ad effettuare misure d’indice di rifrazione con tale tecnica. Nella fase sperimentale si sono ottenuti campioni di materiali realizzati mediante additive manufacting, grazie ad una collaborazione avviata con il Dipartimento di ingegneria Civile ed Architettura dell’Università di Pavia. Questi, sono stati sottoposti ad esperimenti utilizzando l’apparato realizzato. Da tale attività sperimentale è stato possibile registrare i diversi profili di trasmissione in potenza. L’analisi dei dati ottenuti, svolta utilizzando del codice scritto in ambiente Matlab, ha permesso di elaborare la risposta del materiale in indagine, ricavandone l’indice di rifrazione. Tale proprietà ricavata è fondamentale per poter proporre, come sviluppo futuro, il design e la realizzazione di dispositivi ottici come fibre ottiche e guide d’onda costituiti interamente da materiali biocompatibili e bioriassorbibili stampati in 3D.