​Ученые Томского политехнического университета с участием Саратовского государственного университета вместе с коллегами из Тайваня предложили, как создать лазерное «лезвие» для медицинского скальпеля с заданной кривой формой с помощью фотонного «крючка». Сейчас существуют лазерные скальпели только с осесимметричной формой области фокусировки, то есть лезвие у них цилиндрическое. По мнению ученых, изменение формы лезвия расширит возможности применения лазера в медицине, при этом оно примерно в два раза тоньше цилиндрического варианта. Концепция и ее обоснование опубликованы в журнале Journal of Biophotonics (IF: 3,032; Q1).

Лазерный скальпель — хирургический инструмент, с помощью которого разрезают или удаляют биологические ткани за счет энергии лазерного излучения. Луч резко повышает температуру на ограниченном участке ткани — она может достигать 400 °С. При такой температуре облучаемый участок мгновенно сгорает. При этом лазер сразу «запаивает» мелкие кровеносные сосуды по краям разреза. Лазерный скальпель делает очень тонкие разрезы, уменьшает кровотечение, а само излучение абсолютно стерильно. 

«У обычного хирургического скальпеля есть самые разные формы лезвия под специфические задачи. У лазерных скальпелей такого многообразия нет, точнее, пока есть только одна форма локализации излучения — осесимметричная. Поэтому мы предложили простой способ, как сделать форму наконечника изогнутой с помощью фотонного «крючка» — это новый тип искривленного самоускоряющегося светового луча, по форме напоминающий крючок. Ранее мы теоретически предсказали и подтвердили экспериментально существование такого «крючка»», — говорит руководитель проекта и один из авторов статьи, профессор отделения электронной инженерии ТПУ Игорь Минин.

Обязательный элемент лазерного скальпеля — световод для передачи энергии лазера. На его конце формируется лазерный сфокусированный пучок длиной несколько длин волн. С его помощью хирург производит необходимые манипуляции. Стандартный материал для световода — оптоволокно.

«Чтобы искривить лазерный луч, мы предложили одно из возможных простых решений: на конце оптоволокна разместить амплитудную или фазовую маску. Это тонкая пластинка из металла или диэлектрического материала, вроде стекла. Маска перераспределяет поток энергии внутри волокна и формирует криволинейную область локализации излучения на конце оптоволокна, то есть фотонный "крючок". Моделирование показало, что такое изогнутое лезвие имеет длину до 3 миллиметров, его толщина порядка 500 микрон (100 микрон — толщина человеческого волоса – ред.) при длине волны 1550 нанометров. То есть мы добавляем один маленький элемент, никак не затрагивая общую конструкцию устройства и принцип его работы, и получаем изменения только в области окончания оптоволокна (на наконечнике). Меняется форма и толщина лезвия: оно тоньше осесимметричного варианта примерно в два раза», — поясняет Игорь Минин.

В опубликованной статье исследователи представили теоретическое обоснование концепции, и сейчас они готовятся подтвердить ее экспериментально. Пройдут эксперименты на базе Национального университета Ян-Мин (Тайвань).

Работы выполняются при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. (№ 20-57-S52001).

Похожие новости

  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике.
    631
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1694
  • 30/12/2020

    Ученые ТГУ и DESY создали первый в мире комптоновский микроскоп

    ​​Радиофизики ТГУ вместе с учеными из немецкого электрон-синхротронного центра DESY завершили разработку и тестирование первого в мире комптоновского микроскопа, позволяющего проводить исследования на субклеточном уровне, то есть изучать живые, функционирующие клетки без их препарирования.
    1032
  • 25/03/2021

    Ученые СибГМУ и Медицинского центра Лейденского университета применили технологии метаболомного анализа для решения проблемы инвазии Opisthorchis felineus

    Представители Сибирского государственного медицинского университета и Медицинского центра Лейденского университета обратились к новейшим методам в области метаболомного фенотипирования. Ученые провели экспериментальное исследование с участием лабораторных животных (Mesocricetus auratus) для определения времени «метаболомного ответа» в модели инвазии Opisthorchis felineus.
    394
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    484
  • 27/11/2020

    В ТГУ будут создавать роботов для медицинской реабилитации пациентов

    ​ТГУ и Сибирский федеральный научно-клинический центр (СибФНКЦ) ФМБА РФ подписали соглашение о формировании консорциума «Совместная лаборатория медицинской робототехники «CyberMed». Его задачей является проведение фундаментальных и прикладных исследований, нацеленных на разработку роботизированных устройств и программного обеспечения для экстремальной и реабилитационной медицины.
    451
  • 10/12/2020

    Томские ученые модифицируют покрытия для имплантов с помощью ксенона

    ​​​Научная коллаборация Томского политехнического университета (ТПУ), Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) и Балтийского федерального университета разработала технологию нанесения кальций-фосфатных покрытий на медицинские импланты в газовой среде; исследование показало, что использование ксенона делает покрытия более долговечными, сообщает 9 декабря пресс-служба ТПУ.
    652
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    698
  • 29/12/2020

    Дмитрий Седнев: «Наша школа играет роль интегратора»

    ​Директор Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Дмитрий Седнев поделился результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказал о целях и задачах на будущий год.
    1167
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    797