Новосибирские ученые исследовали воздействие мощного терагерцового излучения на мышечные ткани
1270
Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН (ИХКГ СО РАН) и Новосибирского государственного медицинского университета совместно с коллегами из Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) впервые исследовали, как сфокусированное терагерцовое излучение высокой мощности воздействует на мышечную ткань.
Импульсные лазеры, работающие в коротковолновом – от ультрафиолетового до инфракрасного – диапазоне, используются в различных областях медицины, и прежде всего в хирургии, уже более 30 лет. Механизм воздействия и последствия использования такого излучения для человека изучены достаточно широко. Что касается длинноволнового терагерцового излучения, его влияние на человека и на живые организмы вообще исследовано мало. Используя возможности Новосибирского ЛСЭ, который генерирует излучение с уникальными параметрами (длина волны 100-200 мкм, частота 5,6 МГц, пиковая мощность – до 1 МВт), команда ученых провела первое систематическое исследование воздействия лазерного ТГц-излучения на живые ткани.
Срез мышцы после облучения на ЛСЭ. Электронная микроскопия Автор фото - Александр Козлов
«В качестве объекта исследования мы выбрали мышечную ткань: наряду с нервной, это самая структурированная ткань в организме, которую к тому же достаточно просто получить, - рассказывает врач-рентгенолог первой квалификационной категории Евгений Зеленцов. – Мы использовали скелетные мышцы коровы и крысы: образцы мышц размером 5*5 см3 облучались на установке и затем фиксировались в растворе 70% спирта для дальнейшего изучения при помощи оптического и электронного микроскопа».
По словам Евгения Зеленцова, в ходе исследования фрагментов образцов, расположенных на расстоянии 1-4 см от точки фокуса излучения ученые обнаружили специфические, ни на что не похожие повреждения: излучение режет на фрагменты в норме непрерывные мышечные волокна, и в результате образуются своеобразные складчатости, которые специалисты называют не иначе как «эффектом шифера». Аналогичный эксперимент на классическом CO2-лазере (лазеры такого типа широко применяются в медицине) показал, что периодические повреждения волокон характерны только для образцов, облученных на ЛСЭ, – медицинский лазер такого результата не дает.
Срез мышцы после облучения на CO2-лазере, оптическая микроскопия. Волокна скручиваются в спирали. Автор фото - Александр Козлов
«Можно предположить, что периодические разрывы мышечных волокон – следствие того, что излучение нашего лазера импульсное: импульсы мощностью до 1 МВт, как молотки по наковальне, бьют по образцу с частотой 5 млн. 600 тыс. ударов в секунду (5,6 МГц), – рассказывает кандидат химических наук, старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН Александр Козлов, – и в результате получается, что лазер шинкует мышцы, как капусту, на мелкие кусочки. В случае с твердыми неорганическими веществами, терагерцовое излучение отражается от поверхности и вглубь материала не проникает, но это работает только если поверхность сухая. Вода, а в случае с биологическими материалами – межклеточная жидкость или, например, кровь, превращает терагерцовые волны в ультразвуковые, у которых глубина распространения гораздо больше. Такое превращение называет оптико-акустическим эффектом».
По словам Александра Козлова, на фрагментах образцов, оказавшихся в фокусе излучения ЛСЭ, наблюдались выраженные термические ожоги, но зона поражения была совсем небольшой, в то время как специфическая «нарезка» мышечных волокон распространялась по «ходу движения» волн, по всей глубине образца.
Срез мышцы после облучения на ЛСЭ, оптическая микроскопия. Видны сдвиги волокон. Автор фото - Александр Козлов
Новосибирский ЛСЭ – это масштабная установка, построенная на базе специального ускорителя-рекуператора. Лазер терагерцового диапазона – это только первая очередь установки, она была запущена в 2003 году и работает на энергии 12 МэВ и длине волн от 220 до 90 микрон. Второй лазер был запущен в 2009 году. Он использует электронные пучки с энергией 22 МэВ, а его излучение находится уже в инфракрасном диапазоне (длина волн от 80 до 35 микрон), а третий лазер, запущенный в 2015 году, работает на энергии 40 МэВ в диапазоне от 5 до 15 микрон. «Излучение всех трех лазеров выводится в один оптический канал, что дает возможность использовать его на одних и тех же станциях, но наибольшей популярностью в настоящее время пользуется именно терагерцовый лазер, – рассказывает кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИЯФ СО РАН Олег Шевченко. – У каждого лазера мы можем менять длину волны и мощность излучения, в зависимости от пожелания пользователей. Наши пользователи – это, прежде всего, физики, химики и биологи. На постоянной основе у нас работают научные группы из ИХКГ СО РАН и ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН».
Исследования по определению и достижению требуемых параметров работы Новосибирского ЛСЭ выполнены при поддержке гранта РНФ №14-50-00080.
Источники
ИЯФ СО РАН
Впервые в мире исследовано воздействие мощного терагерцового излучения на мышечные ткани
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
Терагерцы вместо рентгена
Сибирские ученые изучили воздействие лазерного излучения на мышцы
Пульс дня Новосибирска
Сибирские ученые первыми изучили влияние лазерного излучения на мышцы
Сибирские ученые изучили воздействие лазерного излучения на мышцы
Сибирские ученые изучили воздействие лазерного излучения на мышцы
Новосибирские ученые впервые в мире изучили влияние терагерцового излучения на мышечную ткань
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения на мышцы
Новосибирский терагерцевый лазер "нашинковал мышцы как капусту"
В Новосибирске изучили, как терагерцевый лазер влияет на живое
В Новосибирске изучили, как мощный терагерцевый лазер влияет на мясо
ЛАЗЕР-ШИНКОВЩИК
Сибирские ученые первыми в мире исследовали влияние терагерцового излучения
Ученые институтов СО РАН и НГМУ впервые в мире исследовали, как мощное терагерцовое излучение воздействует на мышечную ткань
Ученые институтов СО РАН и НГМУ впервые в мире исследовали, как мощное терагерцовое излучение воздействует на мышечную ткань
Похожие новости
-
13/01/2016
Татьяна Толстикова: "В СО РАН есть все предпосылки, чтобы решить проблему импортозамещения лекарств"
Доктор биологических наук, профессор Татьяна Генриховна Толстикова возглавляет лабораторию Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова (НИОХ) СО РАН - уникальную для России структуру. 3764
-
14/12/2018
Что разрабатывают в новосибирском Академгородке?
В Новосибирске проведены испытания искусственного сердца на основе дискового насоса. И это лишь одна из новостей, которые ежедневно приходят из институтов Сибирского отделения РАН. 1311
-
17/10/2019
Наука на понятном языке
Седьмой фестиваль Nauka 0+ охватил Новосибирскую область. Научная десятидневка впервые шагнула из Новосибирска в районы области. Одним из главных событий первого дня фестиваля стало открытие в минувшую пятницу в ГПНТБ СО РАН интерактивной выставки научных достижений. 510
-
20/09/2017
Ученые ИЯФ СО РАН разрабатывают аппарат для лечения рака
Аппаратная установка новосибирских ученых, в основе которой лежит метод захвата борнейтронной терапии, должна претерпеть еще множество испытаний и доработок, чтобы полноценно лечить людей, однако первые успехи у его создателей уже есть. 1789
-
22/09/2016
В Новосибирске планируют создать клинику для лечения методом БНЗТ
Новосибирский государственный университет в сотрудничестве с российскими и зарубежными научными организациями работает над реализацией масштабного проекта по созданию клиники для лечения глиобластомы мозга и других онкологических заболеваний с помощью метода бор-нейтронозахватной терапии и ускорительного источника нейтронов Института ядерной физики им Г. 4270
-
29/02/2016
Микровзрывы в организме помогут победить рак
Исследователи из Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН работают над созданием ускорительного источника нейтронов для бор-нейтронозахватной терапии — нового метода борьбы со злокачественными опухолями, в том числе и теми, которые на сегодняшний день считаются неизлечимыми. 4380
-
26/09/2016
ИЯФ СО РАН в разы увеличит мощность уникального лазера
Новосибирский институт ядерной физики (ИЯФ) СО РАН планирует в несколько раз увеличить мощность своего лазера на свободных электронах (ЛСЭ), который институт создавал более 10 лет. Об этом сообщил ТАСС заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Николай Винокуров. 1421
-
02/09/2016
Наночастицы: невидимые и влиятельные
Прибор, сконструированный в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, помогает обнаружить наночастицы за несколько минут.— Есть работы российских, украинских, английских и американских исследователей, которые показывают, что в городах с высоким содержанием наночастиц отмечается повышенный уровень заболеваемости сердечными, онкологическими и легочными заболеваниями, — подчеркивает старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Сергей Николаевич Дубцов. 3064
-
29/03/2016
В ИХКГ СО РАН создали аппарат, который даст характеристику клеткам крови
Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН создали самый точный в мире аппарат для анализа клеток крови, по результатам которого можно оценить, например, риск преждевременных родов. 3163
-
21/10/2019
Как делают науку в Сибири
Чем живет сибирская наука? Обычно мы слышим об ученых либо в связи с прорывными и особо интересными открытиями. Либо благодаря созданию новых научных объектов, таких как ЦКП СКИФ. Либо, как это ни печально, из-за каких-либо конфликтов. 1185