Group Refractive Index of Nanocrystalline Yttria-Stabilized Zirconia Transparent Cranial Implants

材料科学 光学相干层析成像 纳米晶材料 折射率 立方氧化锆 氧化钇稳定氧化锆 光学 陶瓷 植入 生物医学工程 光电子学 复合材料 纳米技术 医学 外科 物理
作者
David L. Halaney,Nitesh Katta,Hamidreza Fallah,Guillermo Aguilar,Thomas E. Milner
出处
期刊:Frontiers in Bioengineering and Biotechnology [Frontiers Media SA]
卷期号:9: 619686-619686
标识
DOI:10.3389/fbioe.2021.619686
摘要

Transparent “Window to the Brain” (WttB) cranial implants made from a biocompatible ceramic, nanocrystalline Yttria-Stabilized Zirconia (nc-YSZ), were recently reported. These reports demonstrated chronic brain imaging across the implants in mice using optical coherence tomography (OCT) and laser speckle imaging. However, optical properties of these transparent cranial implants are neither completely characterized nor completely understood. In this study, we measure optical properties of the implant using a swept source OCT system with a spectral range of 136 nm centered at 1,300 nm to characterize the group refractive index of the nc-YSZ window, over a narrow range of temperatures at which the implant may be used during imaging or therapy (20–43°C). Group refractive index was found to be 2.1–2.2 for OCT imaging over this temperature range. Chromatic dispersion for this spectral range was observed to vary over the sample, sometimes flipping signs between normal and anomalous dispersion. These properties of nc-YSZ should be considered when designing optical systems and procedures that propagate light through the window, and when interpreting OCT brain images acquired across the window.

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