Fibras óticas: elas não cansam de nos surpreender com sua versatilidade nas mais diversas aplicações

Por Keli Fabiana Seidel                                                                                                               Grupo de pesquisa em Bio-Optoeletrônica Orgânica– UTFPR

Keli - imagem IQuantos de vocês leitores já olharam para aqueles enfeites de natal cheio de fios que parecem “linha de pesca” e, ao acender as luzes desses enfeites, veem sua extremidade brilhando (Figura 1). É curioso pensar porque não vemos a luz escapando nas laterais desse fio e somente vemos a luz na ponta do fio!

Keli - imagem II

Figura 1: Enfeite com luzes

O fenômeno observado é na verdade o fenômeno de reflexão interna total, descrito pela primeira vez pelo físico John Tyndall, mostrando à comunidade científica que a luz “podia fazer uma curva”.

Em 1952, Narinder Singh Kapany desenvolveu experimentos baseando-se nesse fenômeno, levando à criação da fibra ótica. A fibra ótica é um fio composto de material dielétrico, onde é possível fazer a luz se propagar ao longo de sua extensão devido às sucessivas reflexões internas totais. Falamos em reflexão total, pois há casos onde apenas uma porção da luz é refletida enquanto o restante é transmitido (refratada). Essa região interna, onde a luz se propaga, é denominada núcleo da fibra, enquanto a parte externa é chamada de casca (Figura 2).

Figura 2: Ilustração de uma fibra ótica e do fenômeno de reflexão interna total.

Figura 2: Ilustração de uma fibra ótica e do fenômeno de reflexão interna total.

A fibra ótica foi utilizada inicialmente na medicina em exames de endoscopia, substituindo os tubos rígidos usados anteriormente. Para você compreender o quão desconfortável se tratava tal exame, os primeiros foram realizados em “engolidores de espadas” e, apesar de eles terem tolerado bem o desconforto do tubo, a frustração se deu pela pouca iluminação para observar os resultados. Atualmente, este tubo foi substituído pela fibra ótica que possui dimensões da ordem de alguns micrômetros (próximo a espessura de um fio de cabelo). Nesse exame, é necessário basicamente um feixe de fibras iluminando dentro de nosso corpo e outro feixe de fibras coletando as imagens e analisando-as em um monitor. Com este tipo de exame, é possível captar imagens de nosso intestino, estômago, etc., assim como realizar biópsias dirigidas. Essa mesma tecnologia é utilizada em cirurgias por laparoscopia, que são menos agressivas, resultando numa recuperação muito mais rápida do que cirurgias realizadas com grandes cortes.

Apesar dos avanços trazidos à medicina, a mais ampla utilização das fibras é em telecomunicações, permitindo a transmissão de dados através de sinais de luz. Foi o chinês Charles Kao (1966) quem observou que, mesmo a fibra ótica tendo dimensões muito menores do que os cabos de cobre, ainda assim sua capacidade de transmissão de dados era muito maior. Além disso, possui vantagens, como ser imune às interferências eletromagnéticas exteriores e ter custo reduzido. A primeira fibra ótica brasileira foi construída na Unicamp (1977), sendo esse um marco na modernização das telecomunicações no Brasil. Atualmente, o Brasil está interligado a uma grande rede de fibras óticas intercontinentais, feitas por cabos submarinos, garantindo nosso sistema de telecomunicações.

Outra utilização de fibras óticas que vem sendo investigada é em sensores óticos. Nesse caso, é explorada a interação do feixe luminoso que se propaga no núcleo de uma fibra com o meio externo ao núcleo. Esses sensores são utilizados na detecção de adulteração de combustível, na presença de gases tóxicos em casos de vazamento, análises biológicas, diagnósticos médicos, etc. Pesquisadores, preocupados com o problema de infecções hospitalares, desenvolveram um sensor de fibra ótica capaz de detectar quatro espécies de bactérias: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa e Streptococcus pneumoniae. Resultados da análise de espectroscopia mostraram que é possível distinguir entre as bactérias denominadas Gram-positivas e as Gram-negativas desde que possuam uma concentração mínima de 103 CFU/2ìL (CFU – unidade de formação de colônia). Essa coleta e análise de dados é feita em aproximadamente 90 segundos, fornecendo um resultado quase imediato sobre a análise de ambientes contaminados.

Resultados científicos como esse mostram que a ciência caminha na direção de diagnósticos e análises clínicas através de dispositivos/sensores óticos ou elétricos, de modo a oferecer respostas rápidas e com boa precisão. Lembre-se que muitos pacientes que chegam em um hospital com sintomas que se enquadram tanto num quadro clínico de virose ou infecção acabam sendo tratados com antibióticos (remédio que combate a infecção, mas não o vírus). Com um sensor para efetuar o diagnóstico em poucos segundos, seria possível medicar o paciente devidamente e ainda evitar a preocupação atual de que a medicação errada contribua na criação de super-bactérias que não conseguimos inibir com nenhum medicamento. Assim, o que podemos esperar é que a ciência traga cada vez mais e mais rápido ferramentas como essas para nosso dia-a-dia.

Mais informações sobre o artigo científico, clique aqui.

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