En tunn, stretchbar film som lindar ljusvågor som en Slinky kan en dag leda till mer exakt, billigare övervakning för canceröverlevande.

Kemiingenjörerna vid University of Michigan som utvecklade filmen säger att den kan hjälpa patienter att få bättre uppföljningsbehandling med mindre störningar i deras vardag.

Filmen ger en enklare, mer kostnadseffektivt sätt att producera cirkulärt polariserat ljus, en viktig ingrediens i processen som så småningom kan ge en tidig varning om cancerrecidiv. Filmen beskrivs detaljerat i en artikel publicerad online Naturmaterial .

"Tätare övervakning kan göra det möjligt för läkare att fånga cancerrecidiv tidigare, för att mer effektivt övervaka läkemedels effektivitet och ge patienterna bättre sinnesro. Denna nya film kan hjälpa till att få det att hända, sade Nicholas Kotov, Joseph B. och Florence V. Cejka professor i teknik.

Cirkulär polarisering liknar den linjära versionen som är vanlig i saker som polariserade solglasögon. Men istället för att polarisera ljus i en tvådimensionell våg, cirkulär polarisation spolar den till en tredimensionell helixform som kan snurra antingen medurs eller moturs.

Cirkulär polarisering är osynlig för blotta ögat, och det är sällsynt i naturen. Det gör det användbart i en framväxande cancerdetekteringsprocess som ser ut att kunna upptäcka tydliga tecken på sjukdomen i blod. För närvarande på forskningsstadiet, processen kräver stora, dyra maskiner för att generera det cirkulärt polariserade ljuset. Kotov tror att den nya filmen kan ge en enklare, billigare sätt att framkalla polarisering.

Detekteringsprocessen identifierar biomarkörer - bitar av protein och DNA -utdrag - som finns i blodet från de tidigaste stadierna av återfall av cancer. Det börjar med syntetiska biologiska partiklar som är gjorda för att vara attraktiva för dessa biomarkörer. Partiklarna beläggs först med ett reflekterande skikt som reagerar på cirkulärt polariserat ljus, tillsattes sedan till ett litet blodprov från patienten. De reflekterande partiklarna binder till de naturliga biomarkörerna, och läkare kan se detta när de undersöker provet under cirkulärt polariserat ljus.

Kotov föreställer sig att filmen kan användas för att göra en bärbar smartphone-storlek som snabbt kan analysera blodprov. Apparaterna kan användas av läkare, eller potentiellt till och med hemma.

"Den här filmen är lätt, flexibel och lätt att tillverka, ", sa han. "Det skapar många nya möjliga tillämpningar för cirkulärt polariserat ljus, varav cancerdetektering bara är en. "

En annan viktig fördel är filmens töjbarhet. Lätt stretching orsakar exakt, momentana svängningar i polariseringen av ljuset som passerar genom det. Detta kan ändra intensiteten på polarisationen, ändra dess vinkel eller ändra riktningen på dess spinn. Det är en funktion som kan göra det möjligt för läkare att ändra ljusets egenskaper, som att fokusera ett teleskop, att nollställa ett större antal partiklar.

För att göra filmen, forskargruppen började med en rektangel av PDMS, den flexibla plasten som används för mjuka kontaktlinser. De vridde ena änden av plasten 360 grader och spände ner båda ändarna. De applicerade sedan fem lager av reflekterande guldnanopartiklar – tillräckligt med partiklar för att inducera reflektivitet, men inte tillräckligt för att blockera ljus från att passera igenom. De använde alternerande lager av klar polyuretan för att fästa partiklarna vid plasten.

"Vi använde guldnanopartiklar av två anledningar, sa Yoonseob Kim, en doktorand forskningsassistent i kemiteknik. "Först, de är mycket bra på att polarisera den typ av synligt ljus som vi arbetade med i detta experiment. Dessutom, de är väldigt bra på att självorganisera in i de S-formade kedjorna som vi behövde för att inducera cirkulär polarisering."

Till sist, de vred bort plasten. Den vridna rörelsen fick nanopartikelbeläggningen att spänna, bildar S-formade partikelkedjor som orsakar cirkulär polarisering i ljus som passerar genom plasten. Plasten kan sträckas och släppas tiotusentals gånger, ändra graden av polarisering när den sträcks och återgå till det normala när den släpps om och om igen.

En kommersiellt tillgänglig enhet är sannolikt flera år bort. Kotov föreställer sig också användningen av cirkulärt polariserat ljus för dataöverföring och till och med enheter som kan böja ljus runt föremål, gör dem delvis osynliga. U-M eftersträvar patentskydd för tekniken.