Miglioramento della Trasparenza Ottica di Idrogel Biomedicali Tramite Molecole Assorbenti

Abstract

La diffusione della luce in idrogel biomedici basati su chitosano e alginato viene regolata tramite il pareggiamento dell’indice di rifrazione. L’approccio prevede l’immersione dei campioni di idrogel in soluzioni di tartrazina opportunamente preparate. Per verificare e supportare l’efficacia di questa strategia, vengono condotte analisi preliminari in MATLAB e simulazioni FDTD 2D/3D (MEEP). Viene illustrato il formalismo matematico utilizzato per descrivere la diffusione della luce da parte di particelle “piccole”, insieme al procedimento di caratterizzazione ottica del colorante tartrazina. Sulla base degli esiti della modellizzazione e di considerazioni di fattibilità sperimentale, viene definito un protocollo ottimizzato per ridurre al minimo la diffusione della luce negli idrogel biomedici. La metodologia risulta generalizzabile a idrogel e coloranti di diversa natura rispetto a quelli presi in esame in questo lavoro. In linea con le simulazioni, le misure spettrofotometriche mostrano un incremento della trasmissione della luce nel rosso visibile attraverso gli idrogel studiati. Immagini qualitative acquisite nel tempo confermano la diminuzione dell’opacità, attribuibile alla riduzione della diffusione. Vengono infine esaminate l’applicabilità del metodo, le potenziali ottimizzazioni, le questioni irrisolte e le prospettive future.

Light scattering in chitosan- and alginate-based biomedical hydrogels is con- trolled using a refractive index matching strategy, in which hydrogel samples are immersed in tailored tartrazine solutions. Preliminary MATLAB analy- sis and 2D/3D FDTD (MEEP) simulations are carried out to evaluate and corroborate the effectiveness of this approach. The mathematical framework describing scattering by 'small' particles used to tackle the problem is pre- sented as well, together with the optical characterization of the tartrazine dye. On the basis of the modeling results and considerations of experimental feasibility, an optimized protocol is proposed to minimize scattering. The procedure can be extended to hydrogels and dyes of a different nature from those investigated in this study. In agreement with simulations, spectropho- tometric measurements indicate an increase in light transmission through the analyzed hydrogels in the red region of the visible spectrum. Qualitative images acquired over time further demonstrate the decrease in opacity due to reduced scattering. Potential refinements, applicability of the method, future directions, and remaining open issues are also discussed.