Пермский Политех и ПНППК разработали лазер для лечения онкологических заболеваний
Исследователи из Пермского Политеха (ПНИПУ) и Пермской научно-производственной приборостроительной компании (ПНППК) – обе организации входят в НОЦ «Рациональное недропользование» – усовершенствовали конструкцию волоконного иттербиевого лазера, который может бороться с раковыми клетками без вреда для организма человека.
Фотодинамическую терапию используют для лечения онкологических, инфекционных или кожных заболеваний. 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. Эффективность терапии можно повысить, перестраивая длину волны излучения.
Разработка пермских ученых позволит регулировать длину волны лазера и более точно ее настраивать. Это создаст меньшую нагрузку на организм в процессе уничтожения раковых клеток. 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 и возможностью ее регулирования. После этого было проведено его экспериментальное исследование и математическое моделирование. Это позволило определить эффективность оборудования, 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.
Разработка, выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» и соответствует приоритетному научно-технологическому проекту «Инновационные химические, фармацевтические и медицинские технологии» Пермского НОЦ.
Исследование опубликовано в журнале «Прикладная фотоника» (2022) и позволяет расширить номенклатуру изделий волоконно-оптической медицинской техники, а также продвинуться в обеспечении технологического суверенитета страны.
На иллюстрациях представлены общая и экспериментальные схемы лазера
