Многие люди приравнивают лазеры к научно-фантастической битве в далекой-далекой галактике или ближе к дому со сканерами в продуктовых магазинах и проигрывателями компакт-дисков. Однако сверхбыстрый и сверхинтенсивный лазер, или UUL, с длительностью лазерного импульса в одну квадриллионную долю секунды, иначе известный как одна фемтосекунда, может изменить методы лечения рака, стоматологические процедуры, прецизионную резку металла и операции по имплантации суставов.
«Фемтосекундный лазер вступил в эру приложений. Раньше это было новинкой, фантазией », - сказал исследователь из Университета Миссури Роберт Цзоу, профессор Джеймса С. Доуэлла и заведующий кафедрой механической и аэрокосмической инженерии. «В настоящее время мы нацелены на области наук о жизни и биомедицины».
Что отличает фемтосекундный лазер от других лазеров, так это его уникальная способность взаимодействовать со своей целью, не передавая тепло в область вокруг метки. Интенсивность мощности выполняет свою работу, а скорость гарантирует, что тепло не распространяется. В результате получаются чистые разрезы, прочные сварные швы и прецизионное разрушение очень маленьких объектов, таких как раковые клетки, без повреждения окружающих материалов. Цзоу надеется, что лазер по существу устранит необходимость во вредной химической терапии, используемой при лечении рака.
«Если у нас есть способ использовать лазеры для уничтожения раковых клеток, даже не касаясь окружающих здоровых клеток, это будет огромным преимуществом для пациента», - сказал Цзоу. «Обычно пациент покидает клинику сразу после лечения без побочных эффектов и повреждений. Высокая точность и эффективность UUL позволяют получить немедленные результаты ».
Практическое применение этого типа лазера также включает, помимо прочего, возможность создания сверхчистых каналов в кремниевом кристалле. Этот процесс может позволить врачам анализировать кровь по одной клетке за раз, когда клетки проходят через канал. Лазер можно использовать в хирургии, чтобы делать более точные разрезы, которые быстрее заживают и вызывают меньшее повреждение коллатеральных тканей. В стоматологии с помощью лазера можно лечить кариес, не повреждая остальную структуру зуба.
Доцент Ювен Чжан и профессор Джинн-Куен Чен недавно получили грант от Национального научного фонда на использование лазера для «спекания» металлических порошков - превращения их в твердую, но пористую массу с использованием тепла, но без массивного разжижения - процесс, который может помочь улучшить связь между имплантатами сустава и костью.
«С помощью лазера мы можем расплавить очень тонкую полоску вокруг микро- и наночастиц титана и в конечном итоге контролировать пористость моста, соединяющего кость и сплав», - сказал Чжан. «Эта процедура позволяет частицам прочно скрепиться, приспосабливаясь к двум разным поверхностям».
Цзоу сказал, что установка новой лазерной лаборатории в MU позволит исследовательским группам «агрессивно добиваться успеха на национальном уровне». Лаборатория фемтосекундных лазеров, компоненты которой были установлены в январе, стала возможной благодаря подарку от выпускника инженерных наук Билла Томпсона и его жены Нэнси. Цзоу отметил, что прибытие лаборатории в MU инициировало дополнительные запросы на финансирование, которые позволят использовать новый фемтосекундный лазер в исследованиях. Чжан, Чен и профессор инженерии Фрэнк Фэн также были получателями гранта Министерства обороны США на исследование возможных военных применений UUL.
Цзоу сказал, что большинство исследований фемтосекундных лазеров до сих пор было сосредоточено на технических материалах, таких как металлы и полупроводники. Благодаря уникальной инфраструктуре MU, где инженерный колледж и медицинская школа расположены в одном кампусе, Цзоу удалось привлечь к сотрудничеству преподавателей, обладающих известными знаниями в области медицины и лазерных технологий.
