IT201900005362A1 - Ago o catetere provvisto di una pluralita' di fibre ottiche - Google Patents

Description

AGO O CATETERE PROVVISTO DI UNA PLURALITA’ DI FIBRE OTTICHE

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un ago o catetere per uso medico comprendente una pluralità di fibre ottiche e ad un dispositivo comprendente detto ago o catetere.

Stato della tecnica

Nel settore medicale esistono numerosi dispositivi per uso diagnostico, terapeutico o chirurgico. Per poter effettuare diagnosi, somministrare principi attivi ed effettuare interventi chirurgici in modo localizzato, si cerca di ridurre il più possibile le dimensioni dei dispositivi medici.

Ciascun dispositivo assolve una specifica funzione. Sarebbe però particolarmente vantaggioso poter disporre di un unico dispositivo che abbia dimensioni adeguatamente ridotte per poter effettuare operazioni localizzate e che allo stesso tempo consenta di effettuare una pluralità di operazioni.

Sommario dell’invenzione

Uno scopo della presente invenzione è di fornire un dispositivo medico di dimensioni ridotte per poter effettuare localmente una pluralità di operazioni, ad esempio diagnostica per immagini, analisi biochimiche, rilascio di farmaci o principi attivi in generale ed operazioni chirurgiche come tagli o ablazioni mediante laser.

In particolare, uno scopo della presente invenzione è di fornire un ago o catetere, o un dispositivo comprendente tale ago o catetere, che consenta di eseguire una pluralità di operazioni.

Un altro scopo dell’invenzione è di realizzare un dispositivo medico che consente efficacemente di eseguire diagnostica mediante spettroscopia SERS.

La presente invenzione raggiunge almeno uno di tali scopi, ed altri scopi che saranno evidenti alla luce della presente descrizione, mediante un ago o un catetere per uso medico comprendente al suo interno almeno due fibre ottiche diverse fra loro, dette almeno due fibre ottiche essendo selezionate tra:

- una prima fibra ottica provvista di almeno un sensore ottico, il sensore ottico essendo atto ad essere deformato quando entra in contatto con un tessuto biologico;

- una seconda fibra ottica funzionalizzata con almeno una particella di un gel polimerico comprendente almeno una molecola fotosensibile e almeno una biomolecola, in cui l’almeno una particella del gel polimerico è legata covalentemente a detta seconda fibra ottica;

- una terza fibra ottica, del tipo multimodale, avente un core di diametro compreso tra 100 e 1000 µm configurata per confinare luce laser avente una densità di potenza da 8 a 20 W/cm<2 >e una lunghezza d’onda compresa tra 800 nm e 10 µm; - una quarta fibra ottica avente un’estremità provvista di un trasduttore ottico, il trasduttore ottico essendo realizzato, almeno parzialmente, in materiale polimerico atto a deformarsi quando è sottoposto ad onde acustiche con frequenza compresa tra 1 e 100 MHz e intensità media compresa tra 1 e 10 W/cm<2>;

- una quinta fibra ottica avente un’estremità provvista di un rivestimento metallico e/o polimerico, la quinta fibra ottica comprendente almeno un reticolo di diffrazione; e/o in cui l’ago o il catetere comprende al suo interno una pluralità di quinte fibre ottiche.

Secondo un aspetto, l’invenzione comprende un dispositivo medico comprendente almeno un ago o un catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, e un corpo vincolato a detto ago o catetere, il corpo essendo preferibilmente provvisto di almeno una porzione di presa per poter afferrare il dispositivo medico.

Secondo un aspetto, l’invenzione comprende un sistema comprendente un ago o un catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7 oppure un dispositivo medico secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente almeno un’unità di interrogazione optoelettronica atta ad essere connessa ad almeno una di dette fibre ottiche per ricevere dati dalla fibra ottica a cui è connesso;

e/o almeno un’unità di illuminazione atta ad essere connessa a dette almeno due fibre ottiche, configurata per generare un fascio di luce che si propaga dall’interno delle fibre ottiche a cui è connessa verso l’esterno.

Vantaggiosamente, la prima fibra ottica è atta ad effettuare misure elastografiche di tessuti biologici; la seconda fibra ottica è atta ad effettuare un rilascio, ad esempio un rilascio controllato, di detta almeno una biomolecola, ad esempio di uno o più farmaci o principi attivi; la terza fibra ottica è atta ad eseguire operazioni di chirurgia laser, ad esempio ablazione laser; la quarta fibra ottica è atta ad eseguire la diagnostica per immagini, o imaging, in particolare mediante ultrasonografia; la quinta fibra ottica è atta ad eseguire analisi biochimiche, ad esempio per la rilevazione di proteine target e/o diagnostica mediante spettroscopia SERS (Surface Enhanced Raman Scattering).

Vantaggiosamente, l’ago o il catetere, o un dispositivo che comprende l’ago e/o il catetere, comprende una pluralità di fibre ottiche ognuna delle quali essendo progettata per assolvere almeno una specifica funzione, consentendo perciò di effettuare contemporaneamente e direttamente in vivo all'interno del corpo umano o animale, almeno due operazioni tra analisi biochimiche, rilascio controllato di farmaci, ablazione laser, imaging di tessuti mediante tecnica SERS e/o ultrasuoni, ed indagini elastografiche utili per posizionare l'ago e/o il catetere in un preciso spazio o compartimento biologico, garantendo la minima invasività e la massima efficacia in termini di prestazioni. Inoltre, date le sue dimensioni compatte, il dispositivo può essere integrato all'interno di piattaforme robotiche per la chirurgia minimamente invasiva.

Vantaggiosamente, inoltre, il dispositivo medico è biocompatibile, è privo di contatti elettrici che possono limitare l'applicazione in-vivo, e non genera interazioni elettromagnetiche indesiderate.

Vantaggiosamente, un sistema robotico di telemedicina può essere equipaggiato con l’ago o catetere secondo l’invenzione, o con un dispositivo comprendente l’ago o il catetere.

Secondo un aspetto, è prevista una pluralità di quinte fibre ottiche, da sole o in combinazione con le altre fibre ottiche, in modo da poter eseguire efficacemente diagnostica mediante spettroscopia SERS. Ad esempio, possono essere previste nove o più quinte fibre ottiche.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione esemplificative, ma non esclusive.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione particolari dell’invenzione.

Breve descrizione delle figure

Nella descrizione dell’invenzione si fa riferimento alle tavole di disegno allegate, che sono fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, in cui:

la Fig. 1 illustra schematicamente una vista prospettica di parte di un ago comprendente una pluralità di fibre ottiche secondo l’invenzione;

la Fig. 2a illustra schematicamente una vista prospettica di parte di un esempio di una fibra ottica;

la Fig.2b illustra schematicamente una vista prospettica di parte di un altro esempio di una fibra ottica;

la Fig.3a illustra schematicamente una vista prospettica di parte di un altro esempio di una fibra ottica;

la Fig.3b illustra schematicamente una vista prospettica di parte di un altro esempio di una fibra ottica;

la Fig. 4 illustra schematicamente una vista laterale di un dispositivo secondo l’invenzione;

la Fig.5 illustra schematicamente una sezione del dispositivo di Fig.4;

la Fig.5a illustra un particolare ingrandito della Fig.5.

Gli stessi elementi, o gli elementi funzionalmente equivalenti, hanno lo stesso numero di riferimento.

Descrizione di forme di realizzazione esemplificative dell’invenzione

Viene descritto un ago 1 o un catetere per uso medico comprendente al suo interno almeno due fibre ottiche diverse fra loro,

dette almeno due fibre ottiche essendo preferibilmetne selezionate tra:

- una prima fibra ottica 10 provvista di almeno un sensore ottico 11, il sensore ottico 11 essendo atto ad essere deformato quando entra in contatto con un tessuto biologico;

- una seconda fibra ottica 20 funzionalizzata con almeno una particella, preferibilmente una pluralità di particelle, di un gel polimerico comprendente almeno una molecola fotosensibile e almeno una biomolecola, in cui l’almeno una particella del gel polimerico è legata covalentemente a detta seconda fibra ottica 20;

- una terza fibra ottica 30, del tipo multimodale, avente un core di diametro compreso tra 100 e 1000 nm, configurata per confinare luce laser avente una densità di potenza nel range 8-20 W/cm<2 >e una lunghezza d’onda compresa tra 800 nm e 10 µm, la terza fibra ottica 30 essendo preferibilmente configurata per confinare luce laser pulsante avente un’energia fino a 1 GW/cm<2 >e/o luce laser continua avente un’energia fino a 2 MW/cm<2>;

- una quarta fibra ottica 40 avente un’estremità provvista di un trasduttore ottico 41, il trasduttore ottico 41 essendo atto a deformarsi quando è sottoposto ad onde acustiche con frequenza compresa tra 1 e 100 MHz e intensità, in particolare intensità media, compresa tra 1 e 10 W/cm<2>, preferibilmente in cui il trasduttore ottico 41 è realizzato, almeno parzialmente, in materiale polimerico, preferibilmente a basso modulo di Young, ad esempio compreso tra 0,5 e 1 GPa; il materiale polimerico comprendente preferibilmente p-xilene, come ad esempio il parilene; - una quinta fibra ottica 50 avente un’estremità provvista di un rivestimento 51 metallico e/o polimerico avente uno spessore compreso tra 100 nm e 10 µm, la quinta fibra ottica 50 comprendente almeno un reticolo di diffrazione 511, 512; e/o in cui l’ago o il catetere comprende una pluralità di quinte fibre ottiche 50.

La prima fibra ottica 10 è atta ad effettuare misure elastografiche di tessuti biologici; la seconda fibra ottica 20 è atta ad effettuare un rilascio, ad esempio un rilascio controllato, di detta almeno una biomolecola, ad esempio di uno o più principi attivi; la terza fibra ottica 30 è atta ad eseguire operazioni di chirurgia laser, ad esempio ablazione laser;

la quarta fibra ottica 40 è atta ad eseguire la diagnostica per immagini, o imaging, in particolare mediante ultrasonografia;

la quinta fibra ottica 50 è atta ad eseguire diagnostica mediante spettroscopia SERS, ad esempio diagnostica per immagini, e/o analisi biochimiche, ad esempio per la rilevazione di proteine target.

All’interno dell’ago 1 o del catetere può essere prevista una qualsiasi combinazione tra la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20, la terza fibra ottica 30, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50.

A titolo esemplificativo e non limitativo, l’ago 1 o il catetere può comprendere al suo interno:

- la prima fibra ottica 10 e la seconda fibra ottica 20; oppure

- la prima fibra ottica 10 e la terza fibra ottica 30; oppure

- la prima fibra ottica 10 e la quarta fibra ottica 40; oppure

- la prima fibra ottica 10 e la quinta fibra ottica 50; oppure

- la seconda fibra ottica 20 e la terza fibra ottica 30; oppure

- la seconda fibra ottica 20 e la quarta fibra ottica 40; oppure

- la seconda fibra ottica 20 e la quinta fibra ottica 50; oppure

- la terza fibra ottica 30 e la quarta fibra ottica 40; oppure

- la terza fibra ottica 30 e la quinta fibra ottica 50; oppure

- la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50.

In alcune forme di realizzazione, l’ago 1 o catetere comprende al suo interno almeno tre fibre ottiche diverse fra loro, ad esempio tre fibre ottiche diverse fra loro, selezionate tra detta prima fibra ottica 10, detta seconda fibra ottica 20, detta terza fibra ottica 30, detta quarta fibra ottica 40 e detta quinta fibra ottica 50.

In questo caso, a titolo esemplificativo e non limitativo, l’ago 1 o il catetere può comprendere al suo interno:

- la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20 e la terza fibra ottica 30; oppure - la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20 e la quarta fibra ottica 40; oppure - la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20 e la quinta fibra ottica 50; oppure - la prima fibra ottica 10, la terza fibra ottica 30 e la quarta fibra ottica 40; oppure - la prima fibra ottica 10, la terza fibra ottica 30 e la quinta fibra ottica 50; oppure - la prima fibra ottica 10, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50; oppure - la seconda fibra ottica 20, la terza fibra ottica 30 e la quarta fibra ottica 40; oppure - la seconda fibra ottica 20, la terza fibra ottica 30 e la quinta fibra ottica 50; oppure - la seconda fibra ottica 20, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50; oppure - la terza fibra ottica 30, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50.

In alcune forme di realizzazione, l’ago 1 o catetere comprende al suo interno almeno quattro fibre ottiche diverse fra loro, ad esempio quattro fibre ottiche diverse fra loro, selezionate tra detta prima fibra ottica 10, detta seconda fibra ottica 20, detta terza fibra ottica 30, detta quarta fibra ottica 40 e detta quinta fibra ottica 50.

In questo caso, a titolo esemplificativo e non limitativo, l’ago 1 o il catetere può comprendere al suo interno:

- la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20, la terza fibra ottica 30 e la quarta fibra ottica 40; oppure

- la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20, la terza fibra ottica 30 e la quinta fibra ottica 50; oppure

- la seconda fibra ottica 20, la terza fibra ottica 30, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50; oppure

- la prima fibra ottica 10, la terza fibra ottica 30, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50; oppure

- la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20, la quarta fibra ottica 40, e la quinta fibra ottica 50.

In alcune forme di realizzazione, l’ago 1 o catetere comprende al suo interno detta prima fibra ottica 10, detta seconda fibra ottica 20, detta terza fibra ottica 30, detta quarta fibra ottica 40 e detta quinta fibra ottica 50.

In tutte le forme di realizzazione, l’ago 1 o catetere può facoltativamente comprendere al suo interno una pluralità di prime fibre ottiche 10 e/o una pluralità di seconde fibre ottiche 20 e/o una pluralità di terze fibre ottiche 30 e/o una pluralità di quarte fibre ottiche 40 e/o una pluralità di quinte fibre ottiche 50. Ad esempio, si possono prevedere due o più quinte fibre ottiche, configurate per, effettuare imaging SERS, da sole o in combinazione con le altre fibre ottiche.

In alcune forme di realizzazione possono essere previste almeno due quinte fibre ottiche 50, di cui una configurata per eseguire analisi biochimiche e una o più altre quinte fibre ottiche 50 configurate per eseguire diagnostica mediante spettroscopia SERS.

Si possono prevedere, ad esempio, fino a 20 fibre ottiche all’interno dell’ago 1. In alcune forme di realizzazione, si può anche prevedere che un catetere sia disposto nell’ago 1, e che una o più di dette fibre ottiche 10, 20, 30, 40, 50 siano disposte nel catetere e/o che una o più di dette fibre ottiche 10, 20, 30, 40, 50 siano disposte nel lume dell’ago 1, in particolare tra il catetere e la parete interna dell’ago 1.

Ad esempio, la prima fibra ottica 10 può essere disposta nel catetere, e una o più di dette seconda fibra ottica 20, terza fibra ottica 30, quarta fibra ottica 40 e quinta fibra ottica 50 possono essere disposte nel lume dell’ago 1, in particolare tra il catetere e la parete interna dell’ago 1. Preferibilmente, la punta della prima fibra ottica 10 è in battuta con una porzione di estremità del catetere.

Con riferimento alla prima fibra ottica 10, l’almeno un sensore ottico 11 è preferibilmente un sensore ottico 11 del tipo reticolo di Bragg in fibra (FBG, indicato con il riferimento 11 in Fig.2a) oppure una cavità ottica di Fabry-Perot 112 (Fig.2b); oppure possono essere previsti uno o più FBG e una o più cavità ottica di Fabry-Perot.

Vantaggiosamente, il sensore ottico 11 consente di eseguire misure in tempo reale di pressione, in particolare in una specifica posizione nel corpo umano raggiunta ad esempio attraverso l’ago 1.

Uno o più reticoli di Bragg in fibra (FBG) possono essere facilmente prodotti ed integrati all'interno della fibra ottica 10, ad esempio mediante un processo litografico UV. Un FBG è tipicamente un segmento di fibra ottica 10 avente una modulazione periodica dell'indice di rifrazione lungo l'asse del core della fibra ottica 10. Tale reticolo si comporta sostanzialmente come un filtro passa banda in riflessione ed un filtro elimina banda in trasmissione. Il picco in riflessione è centrato alla lunghezza d'onda di Bragg data da λB=2 neff Λ dove neff è l'indice di rifrazione efficace del mezzo (ad esempio del tessuto biologico), e Λ è il periodo del reticolo. Poiché una deformazione (strain) longitudinale e una variazione di temperatura modulano sia n che Λ, la lunghezza d'onda di Bragg subisce uno shift in seguito alla perturbazione provocata dell'ambiente esterno alla fibra ottica 10. Preferibilmente, il reticolo di Bragg in fibra (FBG) ha una lunghezza, parallelamente all’asse longitudinale della fibra ottica 10, compresa tra 0,5 e 10 mm. Quando è prevista una pluralità di FBG, la spaziatura tra FBG consecutivi è preferibilmente compresa tra 1 e 10 mm. La fibra ottica 10 può facoltativamente essere provvista (parzialmente o completamente) di un rivestimento esterno che consente un accoppiamento per interferenza con l’ago 1.

In sintesi, il monitoraggio delle variazioni di pressione avviene sostanzialmente in questo modo: man mano che l'ago 1 e/o il catetere è inserito all'interno del corpo umano, gli uno o più FBG 11 subiscono delle deformazioni, in particolare delle compressioni (dovute ad un buckling, ossia ad un incurvamento della fibra ottica 10) e delle estensioni, in funzione dell'elasticità dei tessuti che sono attraversati. Le compressioni e le estensioni degli uno o più FBG 11 comportano uno shift della lunghezza d'onda di Bragg verso lunghezze d'onda minori o maggiori rispettivamente. Tali shift possono anche essere indotti da una variazione di temperatura. Poiché ogni shift della lunghezza d'onda di Bragg è somma di variazioni congiunte di deformazione e temperatura, per misure quasi-statiche e statiche di pressione è preferibile prevedere una compensazione di temperatura. In aggiunta o in alternativa ad uno o più FBG 11, si possono prevedere uno o più cavità ottiche di tipo Fabry-Perot 112 (Fig.2b).

Una cavità ottica di Fabry-Perot 112 è preferibilmente una cavità ottica comprendente due superfici 113, 114 semiriflettenti parallele atte a produrre riflessioni multiple del fascio di luce che attraversa la fibra ottica 10. Una delle due superfici 113, 114, preferibilmente la superficie 114 terminale, è una membrana sensibile che cambia lo spessore ottico della cavità sotto l’effetto di una pressione e/o di una variazione di temperatura. Di conseguenza, varierà il segnale riflesso che raggiunge l’unita di interrogazione optoelettronica (che ad esempio comprende uno spettrofotometro) connessa alla fibra ottica 10. La membrana sensibile 114 (che preferibilmente si estende perpendicolarmente all'asse longitudinale della fibra ottica 10, ed è separata dalla sua punta) può essere montata direttamente sulla porzione terminale della fibra ottica 10 o può essere supportata dalla superficie laterale esterna dell'ago 1 o catetere.

Con riferimento alla seconda fibra ottica 20, vantaggiosamente, la funzionalizzazione con particelle di un gel polimerico 21 comprendente una molecola fotosensibile e una molecola di interesse, consente di rilasciare detta molecola al sito di interesse qualora illuminata con un fascio di luce atto a far sì che la biomolecola venga rilasciata dal gel polimerico che la comprende.

Con “molecola fotosensibile” si intende una molecola o una particella in grado di essere eccitata da una fonte di luce e di dare luogo a reazioni chimiche di scissione di legami chimici, cambi conformazionali e trasferimenti di energia. Con molecole fotosensibili si intendono anche le molecole che generano un effetto fototermico; quando ci si riferisce a particella come molecola fotosensibile si intende una particella di qualunque forma e dimensione.

Con “biomolecola”, riferita in particolare alla seconda fibra ottica 20, si intende una molecola per uso terapeutico o diagnostico da rilasciare ad un sito di interesse. Vantaggiosamente, quando l’almeno una particella di gel polimerico viene irradiata da un fascio di luce, l’almeno una biomolecola è atta ad essere rilasciata dall’almeno una particella di gel polimerico e ad essere veicolata in un tessuto o compartimento umano o animale.

In particolare, la seconda fibra ottica 20 è atta ad essere connessa ad un’unità di illuminazione (non illustrata) configurata per generare un fascio di luce che si propaga dall’interno della fibra ottica 20 verso l’esterno. Quando l’almeno una particella è irradiata dal fascio di luce, l’almeno una biomolecola è atta ad essere rilasciata dalle particelle e ad essere veicolata in un tessuto o compartimento umano o animale.

Preferibilmente, la almeno una particella del gel polimerico è legata covalentemente su almeno una parte della superficie della fibra mediante un legame covalente scelto da un gruppo consistente in legame ammidico, un legame estereo, etereo e tioetereo, legame carbonio-carbonio, carbonio-azoto, carbonio-zolfo, carboniofosforo, carbonio-ossigeno, carbonio-silicio.

Preferibilmente,l’almeno una particella del gel polimerico presenta un raggio idrodinamico nell’intervallo da 0,01 e 5 µm.

Preferibilmente,l’almeno una particella di gel polimerico presenta un raggio idrodinamico nell’intervallo da 0,1 a 2,5 µm e il gel polimerico è un microgelo.

Preferibilmente, l’almeno una particella di gel polimerico presenta un raggio idrodinamico nell’intervallo da 0,010 a 0,050 µm e il gel polimerico è un nanogelo. Preferibilmente, l’almeno una particella di gel polimerico è ottenuta dalla polimerizzazione di uno o più monomeri scelti dal gruppo consistente in: monomeri acrilici, monomeri vinilici, monomeri stimolo-responsivi e monomeri bioinerti.

Preferibilmente, detti monomeri acrilici comprendono o sono costituiti da gruppi funzionali carbossilici e/o amminici, preferibilmente scelti dal gruppo consistente in acido acrilico, acido metacrilico, acido fumarico, acido maleico, butilmetilacrilato (nBuMA), dimetilamminoetil acrilato (DMAEA), acrilammide (AAm), aminoetilmetacrilato (Aema), dimetilamminoetil(met)acrilato (DMAEMA), N-(3-amminopropil) metacrilammide (Apma), e polietilenimmina (PEI).

Preferibilmente, detti monomeri bioinerti sono scelti dal gruppo consistente in monomeri derivati del glicole etilenico, preferibilmente polietilene glicole acrilati, polietilene glicole metacrilati, polietilene glicole funzionalizzato con acrilammidi, polietilene glicole funzionalizzato con metacrilammidi, oligo(glicole etilenico)acrilato (OEGA), oligo(glicole etilenico)metacrilato (OEGMA), oligo(glicoleetilenico)diacrilato (OEGDA), N-alchilacrilammide, vinilcaprolattone (VCL), e idrossi-etilmetacrilato.

Preferibilmente, detti monomeri stimolo-responsivi sono (N-isopropilacrilammide) e derivati dell’aminoetil-metacrilato.

Preferibilmente, detta almeno una molecola fotosensibile è scelta dal gruppo consistente in:

- azobenzene o suoi derivati,

- un derivato nitrobenzilico,

- un fluoroforo, preferibilmente derivato della malachite e delle carbocianine, - una particella di oro e/o argento; e

- una particella ad alto indice di rifrazione.

Preferibilmente, la almeno una biomolecola della seconda fibra ottica 20 è scelta dal gruppo consistente fattori di crescita, molecole neuroprotettive, molecole attive per la rigenerazione del sistema nervoso centrale, farmaci e profarmaci e loro combinazioni, agenti antineoplastici, modificatori della risposta biologica, ormoni, vitamine, peptidi, enzimi, agenti antivirali, composti radioattivi, anticorpi monoclonali, materiale genetico e cellule.

Preferibilmente, almeno una particella di detto gel polimerico è legata covalentemente alla punta e/o al cladding della seconda fibra ottica 20.

Con riferimento alla quinta fibra ottica 50, come già detto, essa ha un’estremità provvista di un rivestimento 51 metallico e/o polimerico.

Preferibilmente, il rivestimento 51 ha uno spessore compreso tra 10 nm e 10 µm. Tale spessore è misurato parallelamente all’asse longitudinale della fibra ottica 50. Preferibilmente, quando il rivestimento 51 è metallico ha uno spessore da 10 a 100 nm; quando il rivestimento 51 è polimerico, ha uno spessore da 100 nm a 10 µm. La quinta fibra ottica 50 comprende un reticolo di diffrazione 511, 512.

In una prima variante (Fig. 3a) detto rivestimento 51 comprende detto reticolo di diffrazione 511 avente preferibilmente un periodo da 50 nm a 5 µm, preferibilmente detto reticolo di diffrazione (511) comprendente o essendo formato da una pluralità di fori oppure da una pluralità di pilastrini.

In una seconda variante (Fig. 3b), detto reticolo di diffrazione 512 è un reticolo di Bragg in fibra, avente preferibilmente un periodo da 10 a 1000 µm.

Tali varianti verranno ulteriormente descritte in seguito.

In entrambe le varianti, il rivestimento 51 comprende facoltativamente almeno una biomolecola, preferibilmente almeno una proteina, ad esempio un anticorpo o un bio-recettore, o almeno un acido nucleico, come un aptamero o un anti-miRNA. Il rivestimento 51 aderisce ad una porzione di estremità della fibra ottica 50, preferibilmente alla porzione della fibra ottica che è nota nel settore come “punta” o “tip” e/o alla porzione di estremità della fibra ottica 50 che comprende la punta. La punta della fibra ottica è tipicamente la superficie di estremità della fibra ottica che è trasversale, ad esempio ortogonale, alla superficie laterale della fibra ottica, la superficie laterale essendo tipicamente cilindrica.

Preferibilmente, il rivestimento 51 forma sostanzialmente un sistema biologico di riconoscimento. Preferibilmente, il rivestimento 51 è sostanzialmente uno strato, comprendente materiale biologico capace di riconoscere e legarsi ad altre molecole target, in particolare per riconoscimento specifico.

Il rivestimento 51 della quinta fibra ottica 50, per analisi biochimiche, comprende o è sostanzialmente formato da materiali funzionali aventi preferibilmente struttura nanometrica, che intrappolando la luce a una specifica lunghezza d’onda di risonanza danno luogo a forti localizzazioni di campo elettromagnetico e dunque a forte interazione luce-materia. Questa interazione è alla base della conversione dell'evento biologico (ad esempio un binding o legame molecolare tra un biomarcatore e il suo anticorpo) in un segnale misurabile. Infatti, il meccanismo di trasduzione avviene grazie alla presenza di fenomeni risonanti superficiali (ossia che si verificano sulla superficie della punta, in genere su aree dell'ordine di frazioni di millimetro quadrato), tipicamente ma non esclusivamente di natura plasmonica, che interagendo con gli strati biologici da analizzare permettono la rivelazione dei bio-marcatori e la relativa quantizzazione tramite misure spettrali in riflessione. Il sistema biologico di riconoscimento è in grado di interagire, ad esempio, con il biomarcatore che si vuole quantizzare e determinano la specificità del sensore. Il segnale risultante dall'interazione tra il sistema biologico di riconoscimento e l’analita sarà di tipo luminoso e sarà registrato dalla fibra ottica 50. Per l’immobilizzazione del sistema biologico sulla fibra ottica 50 si possono utilizzare svariati tipi di protocolli chimici, in funzione della natura dello strato depositato e del substrato.

Vantaggiosamente, la fibra ottica 50 è sensibile, e perciò in grado di rilevare, a modifiche locali (ad esempio di qualche decina di nanometri) di indice di rifrazione dell'ambiente circostante la fibra ottica 50 che avvengono sulla loro superficie sensibile, in particolare sulla superficie del rivestimento 51. Infatti una variazione delle condizioni al contorno (ad esempio una variazione del materiale che si deposita nelle immediate vicinanze dell'area sensibile) induce una variazione del segnale riflesso. Monitorando le variazioni di un parametro caratteristico di detto materiale, ad esempio la lunghezza d’onda di risonanza, è possibile ricavare informazioni sulla quantità e sul tipo di materiale depositato (si ha perciò un meccanismo di trasduzione). Ad esempio, i trasduttori in fibra lavorano in riflessione: il segnale emesso dalla sorgente si propaga nella fibra ottica 50 ed è riflesso in punta dopo aver interagito col sistema biologico di riconoscimento, ossia con il rivestimento 51. I trasduttori sono progettati in modo da presentare tipicamente una risonanza (ossia un minimo oppure un massimo d'intensità riflessa) ad una particolare lunghezza d'onda. In assenza di legami tra la biomolecola del rivestimento 51, ad esempio un biorecettore, e la molecola target tale risonanza non subisce alcuno shift. Perciò, monitorando la variazione nel tempo della lunghezza d’onda di risonanza si ottiene un segnale costante o sostanzialmente costante che forma la cosiddetta “baseline”. In seguito al binding molecolare, la lunghezza d'onda di risonanza del reticolo di diffrazione 511, 512 subisce uno shift dovuto a modifiche superficiali di indice di rifrazione; tale shift ad esempio è proporzionale alla concentrazione di molecola target presente nel tessuto o liquido biologico.

A titolo esemplificativo e non limitativo, per ottenere un riconoscimento selettivo, la superficie della fibra ottica 50 viene trattata in modo tale che solo la molecola target (e non le altre molecole presenti nella soluzione o tessuto biologico) sia immobilizzata e quindi rilevata dal trasduttore (il trasduttore preferibilmente comprende la fibra ottica 50 e il reticolo di diffrazione 511 o 512). Preferibilmente, il trattamento dell'area sensibile dei trasduttori in fibra avviene attraverso una funzionalizzazione che comprende due fasi in sequenza:

a) funzionalizzazione chimica: che comprende un trattamento della superficie del trasduttore affinché questa presenti gruppi funzionali adeguati alla successiva fase di accoppiamento (coupling) con la biomolecola, ossia con l’elemento di riconoscimento biomolecolare (ERB).Tali gruppi funzionali comprendono, ad esempio, gruppi carbossilici, amminici, tiolici, o come siti cationici ed anionici; b) funzionalizzazione biologica: dopo la fase a), si procede all'immobilizzazione della biomolecola, che può essere ad esempio un bio-recettore macromolecolare o un recettore sintetico. A questo scopo, si possono utilizzare tecniche di coupling ben consolidate, ad esempio tecniche che portano alla formazione di un legame covalente tra biomolecola e il rivestimento, e/o tecniche che portano ad interazioni di tipo supramolecolare tra la biomolecola e il rivestimento.

Con particolare riferimento alla Fig. 3a, in una prima variante esemplificativa, il rivestimento 51 è un rivestimento metallico oppure polimerico. Ad esempio, il rivestimento 51 comprende uno o più strati, in particolare strati nanometrici, di materiale metallico ad esempio comprendente oro. Preferibilmente, la superficie esterna del rivestimento 51 presenta una pluralità di caratteristiche (features) superficiali 511, preferibilmente periodiche o sostanzialmente periodiche, preferibilmente a reticolo quadrato o sostanzialmente quadrato. Le caratteristiche 511 formano un reticolo di diffrazione. Tali caratteristiche 511 sono ad esempio delle sporgenze, in particolare sporgenze nanometriche o dei fori, in particolare fori di diametro nanometrico. Ad esempio, le sporgenze sono formate da una pluralità di pilastrini (pillars) e i fori sono ricavati in una lamina, ad esempio d’oro.

Il rivestimento 51 metallico è previsto almeno sulla punta della fibra ottica 50.

Il rivestimento 51 metallico supporta una risonanza plasmonica localizzata la cui lunghezza d’onda di accoppiamento è sensibile ai cambiamenti morfologici sulla superficie del sensore.

Preferibilmente, il periodo dei pilastrini o dei fori è compreso tra 50 nm e 5 µm, ad esempio tra 100 nm e 1 µm, e/o il raggio dei pilastrini o dei fori è compreso tra 10 nm e 0,5 µm e/o lo spessore del rivestimento 51 è compreso tra 10 e 100 nm. Con “periodo” si intende in particolare la distanza centro-centro tra ciascun pilastrino (o foro) e i pilastrini (o fori) immediatamente consecutivi ad esso.

La selezione di tali parametri è fatta in funzione della massimizzazione della sensibilità superficiale (in particolare per massimizzare lo shift della risonanza per nm di materiale biologico depositato sulla superficie) lasciando una buona visibilità (escursione minimo-massimo dell’intensità di luce riflessa) della risonanza.

Con particolare riferimento alla Fig.3b, in una seconda variante, la quinta fibra ottica 50 comprende un reticolo di diffrazione 512 avente un periodo compreso tra 10 e 1000 µm, e detto rivestimento 51 è preferibilmente metallico.

In particolare, il reticolo di diffrazione 512 è del tipo “reticolo a passo lungo” (LPG) Il reticolo di diffrazione 512 è inscritto all’interno del core 52 della fibra ottica 50, ad esempio mediante una modulazione periodica del core 52.

Tale modulazione è ad esempio ottenuta attraverso una variazione periodica dell’indice di rifrazione del core 52, ad esempio mediante esposizione locale a luce UV oppure mediante variazioni delle dimensioni del core 52.

La lunghezza del periodo del reticolo di diffrazione 512 consente l’accoppiamento tra il modo di core fondamentale e i modi di cladding co-propaganti. Lo spettro in trasmissione del reticolo di diffrazione 512 è tipicamente formato da più bande di attenuazione, ognuna delle quali legate ad un diverso modo di cladding.

Il reticolo di diffrazione 512 è particolarmente sensibile a diversi parametri, come ad esempio temperatura, bending, strain e indice di rifrazione dell’ambiente esterno alla fibra ottica 50. Considerata la sua sensibilità all’indice di rifrazione, il reticolo di diffrazione 512 è particolarmente adatto ad essere utilizzato come sensore chimico e biologico, ad esempio per analisi biologiche di tipo label-free.

In entrambe le varianti (Fig. 3a e 3b), la porzione terminale (che comprende la punta) della fibra ottica 50 è ricoperta dal rivestimento 51. Facoltativamente, nella seconda variante (Fig. 3b) è previsto anche un rivestimento polimerico 54 sulla superficie laterale esterna della fibra ottica 50, in particolare sulla superficie laterale esterna del cladding 53, adiacente alla punta. Preferibilmente, detto rivestimento polimerico 54 comprende detta almeno una biomolecola.

La quinta fibra ottica 50 è preferibilmente configurata per eseguire, in aggiunta o in alternativa all’esecuzione di analisi biochimiche, la diagnostica mediante spettroscopia SERS (Surface Enhanced Raman Scattering). La quinta fibra ottica 50 può perciò comprendere oppure non-comprendere detta almeno una biomolecola.

In alcune forme di realizzazione possono essere provviste almeno due quinte fibre ottiche 50, di cui una configurata per eseguire analisi biochimiche e una o più altre quinte fibre ottiche 50 configurate per eseguire diagnostica mediante spettroscopia SERS. Ad eccezione della almeno una biomolecola (che può non essere presente), le altre caratteristiche della quinta fibra ottica 50 configurata per eseguire spettroscopia SERS sono le stesse o sostanzialmente le stesse precedentemente descritte con riferimento alle Fig.3a e 3b.

La fibra ottica 50 è preferibilmente anche adatta per il riconoscimento di tessuti tumorali ad alta risoluzione basato su tecnologia SERS. In particolare, si può sfruttare l’effetto SERS ossia l'intensificazione e amplificazione del segnale Raman delle molecole caratterizzanti il tessuto biologico da ispezionare. Per quanto riguarda il SERS, l'intensificazione e l’amplificazione dello scattering Raman è dovuta all'interazione fra l'onda elettromagnetica associata al laser utilizzato e un substrato metallico su cui l'analita è posto. Infatti, l'amplificazione del campo elettromagnetico è dovuta alle risonanze plasmoniche generate dalla superficie metallica, ad esempio delle nanostrutture in oro presenti sulla fibra ottica. La fibra ottica 50 può eseguire scansioni direttamente su tessuto.

Con particolare riferimento alle Figure 4, 5 e 5a, viene illustrato un dispositivo medico 100 comprendente un ago 1 come descritto precedentemente, ad esempio comprendente al suo interno almeno due fibre ottiche diverse fra loro, dette almeno due fibre ottiche essendo selezionate tra detta prima fibra ottica 10, detta seconda fibra ottica 20, detta terza fibra ottica 30, detta quarta fibra ottica 40 e detta quinta fibra ottica 50. Si noti che il dispositivo medico 100 può anche comprendere un catetere inserito nell’ago 1, come descritto precedentemente.

Il dispositivo medico 100 comprende un corpo 6 vincolato all’ago 1. L’ago 1 è preferibilmente metallico.

Il corpo 6 è preferibilmente provvisto di almeno una porzione di presa 61 per poter afferrare il dispositivo medico 100. La porzione di presa 61 è ad esempio una superficie esterna, preferibilmente cilindrica, del corpo 6.

Preferibilmente, all’interno dell’ago 1 è prevista detta quarta fibra ottica 40 e una o più di dette prima fibra ottica 10, seconda fibra ottica 20, terza fibra ottica 30, e quinta fibra ottica 50.

Quando è previsto un catetere (non illustrato) inserito nell’ago 1, la quarta fibra ottica 40 è preferibilmente disposta tra la parete interna dell’ago 1 e il catetere.

Il dispositivo medico 100 comprende anche almeno un cristallo piezoelettrico 3 connesso all’ago 1, preferibilmente mediante un adattatore acustico 2;

e almeno un cavo di alimentazione elettrica 7, connesso all’almeno un cristallo piezoelettrico 3 per poter alimentare elettricamente il cristallo piezoelettrico 3, in particolare per poter generare ultrasuoni. Preferibilmente, il cavo di alimentazione elettrica 7 si estende in parte all’interno del corpo 6, e in parte all’esterno del corpo 6, e almeno la parte all’esterno è disposta all’interno di una guaina 8 elettricamente isolante.

Preferibilmente, l’adattatore acustico 2 è disposto tra l’ago 1 e il cristallo piezoelettrico 3. Preferibilmente, l’adattatore acustico 2 è direttamente connesso al cristallo piezoelettrico 3 e/o l’ago 1 è direttamente connesso all’adattatore acustico 2.

L’adattatore acustico 2 è preferibilmente realizzato in un materiale atto ad adattare l’impedenza acustica tra il cristallo piezoelettrico 3 e l’ago 1. Ad esempio, l’adattatore acustico 2 è realizzato in metallo, preferibilmente acciaio.

Preferibilmente, l’adattatore acustico 2 comprende un foro passante attraversato dalla quarta fibra ottica 40.

Preferibilmente, l’adattatore acustico 2 è di forma troncoconica, rastremato verso l’ago 1.

Preferibilmente, il cristallo piezoelettrico 3 comprende un foro passante attraversato dalla quarta fibra ottica 40.

Preferibilmente, il foro passante del cristallo piezoelettrico 3 è coassiale o sostanzialmente coassiale al foro passante dell’adattatore acustico 2.

Preferibilmente, il cristallo piezoelettrico 3 è di forma anulare.

Preferibilmente, è previsto un supporto 4, anche denominato mezzo o materiale di backing, fissato al cristallo piezoelettrico 3, preferibilmente direttamente fissato al cristallo piezoelettrico 3.

Il supporto 4 è atto attenuare le vibrazioni, in particolare le vibrazioni indesiderate, del cristallo piezoelettrico 3 e preferibilmente è anche atto ad aumentare la banda di frequenze acustiche del cristallo piezoelettrico 3.

Il supporto 4 è realizzato ad esempio in plastica. Anche il supporto 4 è provvisto di un foro passante attraversato dalla quarta fibra ottica 40.

Preferibilmente, il cristallo piezoelettrico 3 è disposto tra il supporto 4 e l’adattatore acustico 2.

Preferibilmente, il supporto 4 è disposto, almeno parzialmente, in una sede. Ad esempio il supporto 4 è incastrato in detta sede e/o fissato a detta sede mediante mezzi di fissaggio. Detta sede fa parte, ad esempio di un corpo 5 vincolato al corpo 6 oppure detta sede può far parte del corpo 6 stesso.

Anche il corpo 5 è provvisto di un foro passante attraversato dalla quarta fibra ottica 40.

Preferibilmente, è previsto un involucro 12, ad esempio un corpo cavo, nel quale sono alloggiati l’adattatore acustico 2, il cristallo piezoelettrico 3 e, quando previsti, il supporto 4 e almeno parte del corpo 5, in particolare la parte che definisce detta sede per il supporto 4.

L’involucro 12 comprende preferibilmente una flangia 121, ad esempio una flangia anulare.

L’involucro 12 è provvisto ad una sua estremità di un’apertura attraversata dall’ago 1 e perciò anche dalla quarta fibra ottica 40.

Si noti che anche l’ulteriore fibra ottica, o le ulteriori fibre ottiche, attraversano anch’esse l’apertura dell’involucro 12 e i fori passanti dell’adattatore acustico 2, del cristallo piezoelettrico 3 e del supporto 4 e del corpo 5.

La quarta fibra ottica 40 è vincolata al corpo 6 mediante mezzi di fissaggio 14, 15, illustrati schematicamente in Fig.3.

Ad esempio, i mezzi di fissaggio 14, 15 possono essere disposti in corrispondenza di un’estremità del corpo 6 opposta all’ago 1.

Preferibilmente, i mezzi di fissaggio comprendono una pinza 15 che serra la quarta fibra ottica 40. In particolare, la quarta fibra ottica 40 attraversa la pinza 15 fuoriuscendo dal corpo 6. Preferibilmente, i mezzi di fissaggio comprendono anche una ghiera 14, disposta intorno alla pinza 15, realizzata preferibilmente in materiale isolante elettricamente. Facoltativamente, la ghiera 15 è atta ad agire sulla pinza 15 in modo da poterla stringere ed allargare, per poter serrare e rilasciare la quarta fibra ottica 40.

L’altra fibra ottica, o le altre fibre ottiche, sono preferibilmente vincolate al corpo 6 nello stesso modo della quarta fibra ottica 40.

Come già detto, la quarta fibra ottica 40 è particolarmente adatta ad eseguire la diagnostica per immagini, ad esempio ecografie.

Vantaggiosamente, gli ultrasuoni prodotti dal cristallo piezoelettrico 3 possono essere trasmessi all’ago 1 connesso al cristallo piezoelettrico 3.

Vantaggiosamente, mediante la quarta fibra ottica 40 inserita nell’ago 1 o nel catetere, un’indagine ecografica, in particolare la generazione di ultrasuoni e la rivelazione di ultrasuoni, può essere eseguita in un qualunque punto del corpo umano o animale accessibile attraverso un ago 1. Infatti, il generatore e il rilevatore sono realizzati in fibra ottica, le cui dimensioni sono molto inferiori rispetto al lume dell’ago 1. La fibra ottica 40 consente di effettuare indagini in vivo mediante il cristallo piezoelettrico 3 e sfruttando l’ago 1 come mezzo fisico per guidare gli ultrasuoni generati nel corpo ed emetterli nella zona anatomica d’interesse e viceversa.

Un dispositivo comprendente la fibra ottica 40 disposta nell’ago 1 è particolarmente adatto, ad esempio, come supporto e integrazione alle tradizionali sonde ecografiche, ad esempio laddove nasca l’esigenza di ispezionare una regione interna all’organismo con risoluzione uguale o maggiore a quella tipicamente impiegata per i tessuti superficiali o in altri scenari applicativi basati sull’impiego di onde acustiche.

Il trasduttore ottico 41 della quarta fibra ottica 40 è preferibilmente un sensore acustico, in particolare un ricevitore di ultrasuoni.

Il trasduttore ottico 41 può essere realizzato sia sulla punta della fibra ottica (ad esempio mediante modifiche della geometria della fibra stessa, o integrando altri materiali), sia lungo l’asse, nella regione interna, ossia il core (ad esempio mediante alterazioni dell’indice di rifrazione).

Il trasduttore ottico 41 integrato sulla punta della fibra ottica 40 grazie a meccanismi essenzialmente di tipo interferometrico, intrappola la radiazione elettromagnetica a determinate lunghezze d’onda, fornendo quindi un particolare andamento dello spettro della radiazione da essi riflessa. A titolo di esempio, un trasduttore ottico 41 può essere una cavità risonante di tipo Fabry-Perot oppure un reticolo di diffrazione, i quali sono in grado di lavorare come ricevitore di ultrasuoni grazie alle variazioni che un campo acustico può indurre alla sua geometria (e, in maniera indiretta, dell’indice di rifrazione per effetto acusto-ottico) provocando di conseguenza una variazione nello spettro riflesso. Rilevando tali modifiche si è in grado di avere informazioni riguardanti le variazioni della pressione incidente sul trasduttore ottico 41.

Una cavità risonante di Fabry-Perot può ad esempio essere realizzata sulla punta della fibra ottica 40, ad esempio, depositando su di essa un film polimerico, così da ottenere due superfici di discontinuità parzialmente riflettenti: una tra la fibra e il film, l’altra tra il film e il materiale esterno con cui esso è a contatto. Il film polimerico ha preferibilmente uno spessore compreso tra 1 e 100 µm. Preferibilmente, il film polimerico comprende o è costituito da p-xilene, ad esempio è realizzato in parilene. Tale struttura si comporta da riflettore selettivo in lunghezza d’onda grazie agli effetti interferometrici che insorgono tra le diverse componenti riflesse dalle due superfici. In altri termini, l’intensità riflessa ad una determinata lunghezza d’onda assume un valore che dipende dai parametri geometrici e ottici della struttura realizzata sulla punta della fibra. Lo spettro del campo riflesso può essere ingegnerizzato integrando, eventualmente, più film di diversi materiali come ad esempio specchi metallici. Il meccanismo di trasduzione è essenzialmente affidato alle variazioni di spessore del film polimerico e/o alle variazioni di indice di rifrazione dovute all’effetto acusto-ottico.

Una variante all’uso di cavità di tipo Fabry-Perot, come si è già anticipato precedentemente, può essere l’utilizzo di reticoli di diffrazione, ad esempio realizzati su reticoli di diffrazione dielettrici in grado di determinare un’interferenza tra gli ordini diffrattivi e i modi guidati nello strato di dielettrico intrappolando, quindi, a determinate lunghezze d’onda il campo all’interno della stessa. Anche questa tipologia di dispositivi può essere implementata sulla punta della fibra ottica 40, e può essere in grado, quindi, di lavorare in riflessione. Un reticolo di diffrazione è determinato, in generale, dall’alternanza di indice di rifrazione, pertanto può essere realizzato, ad esempio, integrando sulla punta della fibra ottica 40 strutture periodiche, o completamente dielettriche con particolari geometrie (ad esempio date dall’alternanza di ridge e groove), o date dall’alternanza di materiali dielettrici e materiali con diverso indice di rifrazione fra loro (ad esempio metallici).

Un vantaggio di un reticolo di diffrazione rispetto ad una cavità di Fabry-Perot risiede nel maggior numero di gradi di libertà, dal momento che oltre a definire i materiali e gli spessori, si può agire sulla geometria del reticolo di diffrazione, al fine di ottenere il particolare spettro desiderato. Inoltre utilizzando strutture periodiche il meccanismo di trasduzione può essere affidato non solo alle variazioni dello spessore della slab, ma anche alle variazioni di altri parametri come il periodo o il filling factor del reticolo. Agendo sulla sua geometria è possibile determinare distribuzioni di campo (come ad esempio quella dovuta alla risonanza plasmonica di superficie, qualora si utilizzassero anche materiali metallici) particolarmente sensibili alle variazioni di spessore della slab dielettrica.

Un’alternativa all’utilizzo di dispositivi integrati sulla punta della fibra ottica (ossia i suddetti reticolo di diffrazione e cavità di Fabry-Perot) consiste nell’utilizzo di sensori longitudinali, come ad esempio reticoli di Bragg (FBG) o reticoli a passo lungo (LPG, ossia reticoli di diffrazione con periodo compreso tra 10 e 1000 µm). Questo tipo di dispositivi può essere realizzato alterando, in maniera periodica, l’indice di rifrazione del core della fibra ottica 40, determinando un particolare andamento dello spettro. Anche gli FBG e gli LPG sono in grado di lavorare come riflettore selettivo in lunghezza d’onda, e quindi possono essere utilizzati per rivelazioni soniche dal momento che l’onda acustica incidente può modificare il periodo e l’indice di rifrazione effettivo del dispositivo e, di conseguenza, lo spettro riflesso.

L’invenzione comprende anche un sistema comprendente un ago 1 o un catetere come descritti precedentemente, oppure un dispositivo medico 100 come descritto precedentemente. Il sistema comprende almeno un’unità di interrogazione optoelettronica (non illustrata) atta ad essere connessa ad almeno una di dette fibre ottiche per ricevere dati dalla fibra ottica a cui è connesso;

e/o almeno un’unità di illuminazione (non illustrata) atta ad essere connessa a dette almeno due fibre ottiche, configurata per generare un fascio di luce che si propaga dall’interno delle fibre ottiche a cui è connessa verso l’esterno.

In funzione delle fibre ottiche di cui è provvisto il sistema, la prima fibra ottica 10, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50 possono essere connesse all’unità di interrogazione optoelettronica; e la prima fibra ottica 10, la seconda fibra ottica 20, la terza fibra ottica 30, la quarta fibra ottica 40 e la quinta fibra ottica 50 possono essere connesse all’unità di illuminazione.

Si noti che una stessa unità può anche funzionare da unità di interrogazione optoelettronica e da unità di illuminazione.

Quando è prevista la quarta fibra ottica 40, preferibilmente, l’unità di interrogazione optoelettronica può comprendere una sorgente monocromatica, o una sorgente a larga banda o una sorgente regolabile su un intervallo di lunghezze d’onda, ad esempio tra 500 nm e 2 µm. Nel caso della sorgente monocromatica, scegliendo in maniera opportuna la lunghezza d’onda della sorgente, ad esempio un valore selezionato nell’intervallo tra 500 nm e 2 µm, l’intensità in uscita dalla fibra ottica 40 risulterà modulata dalle variazioni di intensità del campo acustico che si vuole rivelare.

Nel caso di una sorgente a larga banda, ad esempio 500 nm e 2 µm, si possono monitorare le variazioni dello spettro per estrarre poi l’informazione desiderata mediante una post-elaborazione.

Quando è prevista la quarta fibra ottica 40, preferibilmente, l’unità di illuminazione è in particolare configurata per una generazione foto-acustica la quale può avvenire, ad esempio, mediante un meccanismo di tipo elastico che si innesca in seguito all’assorbimento di una radiazione elettromagnetica da parte di una struttura solida. Questa struttura solida può essere realizzata sulla punta della fibra ottica 40. Mediante la struttura solida, si può sfruttare il campo ottico che si propaga all’interno della fibra ottica 40 stessa. La generazione di un campo acustico può, in particolare, avvenire in regime termo-elastico o in regime plasma (o ablativo). In regime termoelastico, la potenza assorbita da parte della struttura solida viene trasformata in calore, determinando quindi un’espansione termica del materiale, grazie alla quale si innesca la propagazione di onde meccaniche. Se l’energia assorbita raggiunge una certa soglia si può favorire l’espulsione di elettroni e ioni, e quindi la formazione di un plasma in prossimità del punto di incidenza. Questo meccanismo si sovrappone a quello termo-elastico. In regime plasma, per mettere in vibrazione detta struttura solida, e perciò generare una serie di impulsi, è preferibilmente previsto che l’unità di illuminazione comprenda una sorgente pulsata, in modo da attivare il meccanismo per ogni impulso incidente.

In ogni caso, preferibilmente, la struttura solida realizzata sulla punta della quarta fibra ottica 40 per la generazione di onde acustiche può, allo stesso tempo, assorbire in maniera efficiente la radiazione elettromagnetica incidente, ed ha un elevato coefficiente di dilatazione termica. A tal fine, la struttura solida è preferibilmente realizzata in metallo.

Per ottenere entrambe le suddette caratteristiche, si possono realizzare generatori foto-acustici (ossia detta struttura solida) sulla punta della fibra ottica 40 integrando diversi materiali insieme. A titolo di esempio, la struttura solida può comprendere delle sfere metalliche di dimensioni nanometriche (con diametro ad esempio compreso tra 10 e 50 nm) all’interno di strati polimerici, sfruttando l’elevato coefficiente di assorbimento del metallo, e l’elevata dilatazione termica dei polimeri. Un ulteriore esempio, detta struttura solida è una struttura periodica metallodielettrica, in grado di sostenere modi plasmonici di superficie, a cui è affidato l’incremento di temperatura, e di conseguenza l’espansione termica del dielettrico. Sia chiaro che in ogni caso la realizzazione di detta struttura solida non è limitata all’utilizzo di metalli e polimeri, ma possono essere utilizzati anche altri materiali o metamateriali.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Ago (1) o catetere per uso medico comprendente al suo interno almeno due fibre ottiche diverse fra loro, dette almeno due fibre ottiche essendo selezionate tra: - una prima fibra ottica (10) provvista di almeno un sensore ottico (11), il sensore ottico (11) essendo atto ad essere deformato quando entra in contatto con un tessuto biologico; - una seconda fibra ottica (20) funzionalizzata con almeno una particella di un gel polimerico comprendente almeno una molecola fotosensibile e almeno una biomolecola, in cui l’almeno una particella del gel polimerico è legata covalentemente a detta seconda fibra ottica (20); - una terza fibra ottica (30), del tipo multimodale, avente un core di diametro compreso tra 100 e 1000 µm configurata per confinare luce laser avente una densità di potenza da 8 a 20 W/cm<2 >e una lunghezza d’onda compresa tra 800 nm e 10 µm; - una quarta fibra ottica (40) avente un’estremità provvista di un trasduttore ottico (41), il trasduttore ottico (41) essendo realizzato, almeno parzialmente, in materiale polimerico atto a deformarsi quando è sottoposto ad onde acustiche con frequenza compresa tra 1 e 100 MHz e intensità media compresa tra 1 e 10 W/cm<2>; - una quinta fibra ottica (50) avente un’estremità provvista di un rivestimento (51) metallico e/o polimerico, la quinta fibra ottica (50) comprendente almeno un reticolo di diffrazione (511, 512); e/o in cui l’ago o il catetere comprende al suo interno una pluralità di quinte fibre ottiche (50).
2. 2. Ago (1) o catetere secondo la rivendicazione 1, comprendente almeno tre fibre ottiche diverse fra loro oppure almeno quattro fibre ottiche diverse fra loro, selezionate tra detta prima fibra ottica (10), detta seconda fibra ottica (20), detta terza fibra ottica (30), detta quarta fibra ottica (40) e detta quinta fibra ottica (50).
3. 3. Ago (1) o catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente detta prima fibra ottica (10), detta seconda fibra ottica (20), detta terza fibra ottica (30), detta quarta fibra ottica (40) e detta quinta fibra ottica (50).
4. 4. Ago (1) o catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore ottico (11) della prima fibra ottica (10) è del tipo reticolo di Bragg in fibra oppure una cavità ottica di Fabry-Perot.
5. 5. Ago (1) o catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta terza fibra ottica (30) è configurata per confinare luce laser pulsante avente un’energia fino a 1 GW/cm<2 >e/o luce laser continua avente un’energia fino a 2 MW/cm<2>.
6. 6. Ago (1) o catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto rivestimento (51, 54) della quinta fibra ottica (50) comprende almeno una biomolecola, preferibilmente almeno una proteina o almeno un acido nucleico.
7. 7. Ago (1) o catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto rivestimento (51) comprende detto reticolo di diffrazione (511) avente preferibilmente un periodo da 50 nm a 5 µm, preferibilmente detto reticolo di diffrazione (511) comprendente o essendo formato da una pluralità di fori oppure da una pluralità di pilastrini; oppure in cui detto reticolo di diffrazione (512) è un reticolo di Bragg in fibra, avente preferibilmente un periodo da 10 a 1000 µm.
8. 8. Dispositivo medico (100) comprendente almeno un ago (1) o un catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e un corpo (6) vincolato a detto ago (1) o catetere, il corpo (6) essendo preferibilmente provvisto di almeno una porzione di presa (61) per poter afferrare il dispositivo medico (100).
9. 9. Dispositivo medico () secondo la rivendicazione 8 comprendente detto ago (1) e detta quarta fibra ottica (40) inserita nell’ago (1), il dispositivo medico (100) comprendente inoltre - almeno un cristallo piezoelettrico (3) connesso all’ago (1), preferibilmente mediante un adattatore acustico (2); - e almeno un cavo di alimentazione elettrica (7), connesso all’almeno un cristallo piezoelettrico (3) per poterlo alimentare elettricamente per generare ultrasuoni; e preferibilmente in cui il dispositivo medico (100) comprendente un supporto (4) connesso all’almeno un cristallo piezoelettrico (3), atto ad attenuare delle vibrazioni dell’almeno un cristallo piezoelettrico (3); e/o in cui detta quarta fibra ottica (40) è vincolata al corpo (6) mediante mezzi di fissaggio (14, 15).
10. 10. Sistema comprendente un ago (1) o un catetere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7 oppure un dispositivo medico (100) secondo la rivendicazione 8 o 9, comprendente almeno un’unità di interrogazione optoelettronica atta ad essere connessa ad almeno una di dette fibre ottiche per ricevere dati dalla fibra ottica a cui è connesso; e/o almeno un’unità di illuminazione atta ad essere connessa a dette almeno due fibre ottiche, configurata per generare un fascio di luce che si propaga dall’interno delle fibre ottiche a cui è connessa verso l’esterno.