Лазерные источники излучения обладают уникальными свойствами, и их часто используют в современной медицинской практике. С их помощью можно оказывать терапевтическое и хирургическое воздействие на различные части тела. В том числе медицинские лазеры применяют при таких заболеваниях, как рак или СПИД. При онкологических, инфекционных или кожных заболеваниях используют фотодинамическую терапию, в процессе которой необходимо перестраивать длину волны излучения. Не все виды лазерной техники позволяют проводить этот процесс. Ученые Пермского Политеха с коллегами усовершенствовали конструкцию волоконного иттербиевого лазера. В отличие от других устройств, он сможет «убивать» раковые клетки без вреда для организма человека. Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Результаты исследования разработчики опубликовали в журнале «Прикладная фотоника» (2022). В работе также приняли участие специалисты Пермской научно-производственной приборостроительной компании. Исследование позволило расширить номенклатуру изделий волоконно-оптической медицинской техники. По словам ученых, разработку можно использовать в создании отечественных медицинских лазеров, что позволит обеспечить технологический суверенитет страны.
Фотодинамическое воздействие происходит в результате образования активных форм молекул в аэробных клетках — в частности, синглетного кислорода. Лазер при облучении переводит его в возбужденное состояние. Сейчас для этих целей используются светочувствительные вещества, которые могут оказывать негативное воздействие на человека. Разработка пермских ученых позволит уничтожать раковые клетки без нагрузок на организм. Это стало возможно за счет регулирования длины волны лазера и ее более точной настройки. По словам разработчиков, технология также будет более экономичной.
— Лазерные источники обладают уникальными свойствами: высокой степенью монохроматичности, временной и пространственной согласованностью, значительной интенсивностью спектра и возможностью регулировки длительности воздействия. Но для некоторых методов лазерной медицины недостаточно использовать источники с фиксированной длиной волны. Увеличить диапазон их воздействия, усилить излучение малой мощности, регулировать длительность воздействия позволяет нелинейно-оптическое преобразование частоты излучения, — рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры «Общая физика» Пермского Политеха, кандидат физико-математических наук Владимир Беспрозванных.
Ученые изготовили иттербиевый волоконный лазер с длиной волны 1,27 мкм с возможностью ее регулирования, затем провели его экспериментальное исследование и математическое моделирование. Это позволило определить его эффективность, а также рассчитать оптимальную длину активного световода и выяснить, как она влияет на мощность лазера при различных параметрах.
Для накачки лазера ученые использовали диод с многомодовым волоконным выходом. Длину волны они измерили с помощью анализатора оптического спектра. Для создания резонатора лазера разработчики использовали волоконные брэгговские решетки. Они проанализировали концентрацию легирующих веществ в световоде с помощью сканирующего электронного микроскопа. Это позволило выбрать материалы для изготовления лазера с необходимыми параметрами.
Результаты исследования можно использовать для расширения возможностей волоконно-оптической лазерной техники в сфере медицины.
Для справки:
Пермский Политех стал обладателем гранта «Приоритет 2030» в 2021 году. Его размер составил 100 млн рублей. «Приоритет 2030» является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений. Ее цель — формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов, которые станут центрами научно-технологического и социально-экономического развития страны. Всего комиссия Минобрнауки РФ включила в программу «Приоритет 2030» 106 вузов из 49 городов страны, из них 60 % — региональные университеты.