最新动态
【所庆专刊】苑立波教授团队:聚合物医用光纤的发展现状与趋势
【所庆专刊 · 开栏语】
2026年,中国电子科技集团公司第三十四研究所迎来建所55周年。值此之际,本刊特设“所庆专刊”,以学术述评为主要形式,集中呈现一批来自科研一线的优秀成果与前沿思考。
本期推出桂林电子科技大学光电工程学院苑立波教授团队的文章,该文从材料体系、波导结构、光学响应机制和医学验证四个维度,系统梳理了聚合物医用光纤的研究进展,深入剖析了柔性导光不确定性、湿态环境干扰、多参量交叉敏感及界面失效等制约临床转化的共性瓶颈,为聚合物光纤从实验室传感技术走向系统级医学光学接口提供了清晰的分析框架与验证路径。
本文为《所庆专刊》专家文章的导读与精要呈现,全文拟于2026年第4期正式出版,敬请期待。
苑立波1†,任侯柏1†,陈意坚2
(1 桂林电子科技大学 光电工程学院,广西 桂林 541004;
2 哈尔滨工程大学 纤维集成光学教育部重点实验室,哈尔滨 150001)
文章导读
聚合物光纤(POF)凭借其柔韧性、力学匹配和材料可调性,在体表形变监测、生化检测及短期植入诊疗中展现出独特优势。然而,光纤连接段松弛、吸水溶胀、界面老化等本征特性引入的损耗、迟滞与漂移,正成为其临床转化的主要“拦路虎”。
苑立波教授团队(桂林电子科技大学、哈尔滨工程大学)在最新综述中,从材料体系、波导结构、光学响应机制和医学验证四个维度,系统梳理了传统POF、柔性波导、光纤光栅、生化传感器及可降解光纤的研究进展,明确指出:该领域的核心正从“灵敏度提升”转向“使用期内的信息读取稳定与临床对照”,系统级验证才是下一阶段的关键。
核心亮点
亮点一:材料选择:没有“最好”,只有“最适用”
PMMA/PC:成本低、可见光透明,适用于短距离传光和强度调制,但近红外损耗高、吸水明显。
CYTOP/TOPAS/ZEONEX:含氟或环烯烃结构,降低近红外吸收和湿度扰动,更适合FBG写入和湿态环境。
PDMS/PU/SEBS等弹性体:力学匹配皮肤和组织,适合大形变可穿戴,但信号存在明显的加载路径依赖和迟滞。
水凝胶与可降解材料(PLLA/PLGA/PCL):迈向湿态界面和短期植入,但需同步解决溶胀、传质滞后与降解-光通量不同步问题。
关键观点:材料评价不应只看损耗或灵敏度,而应基于应用场景,在工作波长、吸水率、模量、降解速率和稳定性之间做权衡。
亮点二:光学响应机制:各有所长,各有限制
· 强度调制型POF结构简单但干扰因素过多,信号难以直接对应医学量;
· POF-FBG虽能定量感测,却面临温湿应变交叉耦合,需专门解耦;
· 倏逝场和SPR界面灵敏,但真实样本中的非特异吸附严重制约可靠性;
· 水凝胶光纤兼具响应与力学匹配,然选择性和长期稳定性尚存短板;
· 可吸收光纤术后可消融,却受制于光通量与降解过程不同步。
综述强调,五类机制对应截然不同的验证标准,不可用同一把尺子衡量。
亮点三:四大共性瓶颈,直指“稳定性”而非“灵敏度”
柔性导光不确定性:低模量带来形变能力,也带来弯曲损耗、连接损耗和信号不可重复,裸纤性能无法直接外推到实际佩戴。
湿态环境干扰:汗液、体液、组织液引起吸水溶胀、折射率变化和界面重排,干态标定远不足以支撑连续监测。
多参量交叉敏感:温度、湿度、应变、压力共同作用在同一读数上,单一灵敏度系数失效,需借助灵敏度矩阵或差分结构。
界面失效与降解耦合:信号变化可能来自目标分子,也可能来自蛋白污染、细胞包裹、材料降解或组织反应,光学读数需与组织学证据同步。
未来展望
①数据处理:AI与数字孪生走向台前
多点光栅、多模态通道和连续采集为机器学习提供了数据基础,但当前多数工作仍停留在灵敏度矩阵补偿。未来,AI有望承担漂移识别、伪影剔除和多变量反演等任务,而数字孪生可将材料参数、几何结构、人体运动与光学读数纳入统一模型,实现全生命周期评价。不过,模型必须经过独立测试集验证,否则难以指导临床使用。
②制造技术:3D打印打破“拉制”垄断
3D打印正打破传统拉制工艺的垄断,可实现非标准截面和定制外形,但光学透明度、芯包层同轴性和批间一致性仍是主要难关,未来需从“展示形状”转向“证明损耗可控与质量可重复”。
③系统集成:多材料、多模态、可降解三位一体
单一材料难以兼顾低损耗、低模量、选择性和可降解等多重要求,器件设计正走向导光主体加柔性缓冲层、敏感层及电/微流控通道的组合方案。评价重点不在通道数量,而在于各通道信息是否可辨识、可校准、可独立验证。可降解器件的核心也不再是“降解越快越好”,而是降解速率、光通量衰减与组织反应的时间匹配。
④临床转化:标准化评价体系是成熟标志
目前多数研究仍停留在实验室或动物原型阶段,灭菌、批间一致性、数据解释责任和设备兼容性等现实问题亟待解决。与金标准同步对照、界定适应证、处理个体差异,是将光学信号转化为医学信息的必经之路。建立覆盖干湿态标定、循环加载、真实体液干扰和长期漂移的统一测试标准,是该领域走向成熟的标志。
呼吁:建立统一的测试条件(干/湿态标定、循环加载、真实体液干扰、长期漂移、失效分析、灭菌影响),使不同研究间的损耗、灵敏度、稳定性等指标具有可比性。
结语
聚合物医用光纤并非简单地将光纤“做软”,而是要在电磁噪声、空间受限和组织动态变化的生物环境中,提供可放置、可校准、可消融的光学接口。真正的困难在于:如何把吸水、黏弹、污染、降解和组织反应等时变因素纳入信号模型,使其成为读数适用范围的可描述部分,而非不可解释的“噪声”。
未来十年,数据驱动方法、多材料集成和标准化评价体系将共同推动该领域从“柔性传感多样性探索”走向精准医学中具有系统级意义的光学接口。正如苑立波教授团队所强调的——系统级验证,才是下一阶段的核心。
【所庆 · 人物名片】
苑立波(1962-),男,博士,桂林电子科技大学教授(二级),广西光电创意概念验证中心主任。国家重点研发计划项目首席科学家。主要研究特种光纤及器件技术、光操控技术、光纤传感技术及应用。主持国家级科研项目30余项,发表被SCI收录的学术论文400余篇,获国家发明专利授权150余件。科技成果获省部级一等奖2 次,二等奖3 次。
本期推介至此告一段落。
专刊出版在即,敬请关注。
电话|0773-6345318
邮箱|gtxjs@cetc.com.cn
地址|广西桂林市七星区六合路98号