О лазерах и лазерных технологиях Троицка
Прорывные направления в медицинской сфереПри разработке стратегических направлений развития в медицинской сфере - в областях здравоохранения, образования, науки и техники, несомненно, нужно учитывать и использовать передовой опыт зарубежных стран, но ориентироваться необходимо на революционные и прорывные направления работ в указанных областях.
Такое направление у Институтов Троицка - Наукограда и РАН есть, где уже достигнуты существенные успехи - это лазеры, лазерные и ядерные технологии, позволяющие дать мощный толчок развитию не только в медицинской сфере, но всем жизненно - важным сферам человеческой деятельности. Фундаментальные и прикладные исследования указанных институтов завершены сотней инновационных разработок в области медицинского приборостроения.
О лазерах и лазерных технологияхЭтому направлению работ принадлежит будущее в разгадке тайн механизма возникновения онкологических и иных загадочных и коварных заболеваний 21 века.
Уникальные особенности лазерных технологий, основанные на специфичных свойствах лазерного излучения, определяют высокую их эффективность и широкое внедрение практически во все сферы человеческой деятельности, которые уже доказали свою эффективность и перспективность.
. Они открыли новые возможности в решении многих проблем в разных областях медицины как: хирургия, лучевая терапия и диагностика, офтальмология, косметология, флебология, стоматология, дерматология и многих др. областях
ЦПФ ИОФ РАН Троицка Наукограда признанный лидер в области лазерного оборудования для науки, технологий и медицины и является единственным в России производителем офтальмологических эксимерных и фемтосекунднах лазерных систем для офтальмологии. Основоположниками направления фемтосекундной лазерной техники в нашей стране и мире являлись сотрудники Троицкой площадке ФИАН.
Россия занимает одно из лидирующих мест в мире на рынке медицинских услуг - по использованию высоких лазерных технологий при восстановлении зрения.
Следует особо отметить перспективность, фемтосекундных волоконно - оптических лазеров и технологий. В ФИАНе Троицка производится 90% в России всех фемтосекундных лазеров*.
В частности:
1. Для исследований быстропротекающих процессов - движений, передачи энергии и явлений в микромире, в исследованиях: взрывных процессов, динамики движений электронов в атомах, молекулах, полупроводниковых материалах, фотохимических реакций и иных процессов и явлений, протекающих с большой скоростью.
2. В создании техники для исследований быстропротекающих процессов: скоростного (мгновенного) фотографирования, микроскопов для непосредственного наблюдения сверх быстрых процессов в микромире молекул и атомов, различных по своей природе тел.
3. Для прецизионной обработки широкого класса материалов: сверления, резки и сварки с точностью, которая может превосходить размеры фокального пятна. Последнее свойство позволяет создавать наноструктуры - важный объект современной науки и нанотехнологий.
4. Для изготовления в объёме микро - и наноструктур за счёт полимеризации (отвердевания) некоторых веществ под действием сканирующего фокуса УФ - лазерного излучения **.
5. Для создания современные системы волоконно - оптических линий связи, которые в сочетании с фемтосекундными лазерами позволят создать устройства, обеспечивающие скорость передачи информации до 1 терабита в секунду (1 Тбит = 10 12 бит - это передача 1 гигобайта за доли секунды).
С уникальными свойствами лазерного излучения связывается: создание объёмного телевидения, квантовых компьютеров, возможно с алгоритмом работы человеческого мозга.
Их будущее, без сомнений, лежит в огромном эффекте, которые они окажут на жизнь всего человечества.
6. Для создания перспективного нового источника энергии на основе лазерного управляемого термоядерного синтеза, с помощью сверхмощных петаваттных лазеров ФЛИ (1 петаватт = 10 15 Вт), способных достигать температур нагрева вещества в десятки и сотни миллионов градусов, что соответствует температурам инициирования ядерных реакций.
7. Для создания мобильных лазерных комплексов на основе современных волоконно - оптических лазеров, позволяющих осуществлять резку и сварку любых конструкций не только на воздухе, но и под водой, осуществлять экологически чистую утилизацию отходов, зондирование атмосферы, в целях определения её загрязнённости, резку льдов в Антарктике и многое другое***.
8. Для терапии раковых заболеваний с помощью лазерно - ускоренных потоков заряженных частиц системы, способных глубоко (до 30 см.) проникать в биологические ткани, как при терапии с протонными пучками, получаемых с помощью линейных ускорителей протонов.
9. Для развития нового направления - оптических технологий в тканевой инженерии.
Технологий, основанных на возможности захвата и удержания в фокусе лазерного луча прозрачных объектов микроскопического размера, и их доставки в живые клетки****.
О ядерных технологияхПерспективы применений ядерных, как и лазерных технологий огромны.
В частности эти технологии находят применение:
- для уничтожения раковых опухолей протонными пучками от ускорителя заряженных частиц на стадиях, когда операцию делать уже нельзя.
- для получения новых или улучшенных свойств материалов с помощью их ионного облучения
(эта технология называется радиационным легированием). Такие материалы найдут применение в микроэлектронике, нано технологиях, медицине и др. областях науки и техники;
- для производства и поставки в медицинские центры Центрального региона короткоживущих изотопов, используемых в протон - эмиссионной томографии (ПЭТ), для диагностики и лечения онкологических заболеваний
Лечения протонными пучками раковых опухолей осуществляется в созданном при Троицком институте ИЯИ РАН «Центре ядерной медицины». Созданный терапевтический комплекс обеспечивает основные виды радиотерапии и лучевой диагностики: протонную терапию, радионуклидную терапию, включая брахитерапию, ПЭТ диагностику, а также нейтронную терапию. Такая терапия показана 30 тысячам пациентам в год с любой локализацией онкологии.
Уникальный для России и лучший в своём классе в мире ускоритель заряженных частиц и терапевтический комплекс на его базе создан в Физико - техническом центре ФИАН РАН.
Это - техника нового поколения, не очень дорогая, но очень технологичная и компактная, выходит на нужный режим за несколько секунд. На прежних установках требовалось ждать сутки. Для обслуживания ускорителя требуется всего один человек. Терапевтический комплекс может быть установлен в поликлинике любого областного центра, где есть онкологическое отделение.
Материал подготовил, к.т.н. И.А.Слепович.
Тел: 8-91б-195-88-71, E- mail: slepovich@yandex.ru
*Фемтосекундный лазер позволяет получить: ультракороткие импульсы света
длительностью до 1 фемтосекунды (1 фс = 10- 15 с), диаметр сфокусированного пучка излучения равным длине световой волны с интенсивностью пучка 10 21 -1022 Вт / кв. см (давление света на вещество при указанной интенсивности эквивалентно 300 Гбар, что в 1.5 раза превосходит давление плазмы вещества в центре Солнца). А также получить излучение с малой нестабильностью (до 10-14 -10-15 с).
Указанные возможности фемтосекундных лазеров открывают колоссальные возможности в решении многих физико и медико - биологических и иных проблем в медицинской сфере, их применения в области: фундаментальных и прикладных наук, здравоохранения,, техники, образовании и других жизненно важных сферах деятельности человека.
* Так, уехавший в Лазерный центр г. Ганновера (Германия) научный сотрудник ФИАН Борис Чичков с коллегами создали установку, работающую на этом эффекте, - с ее помощью можно 3Д принтером отсканировать любую вещь и сделать в объёме уменьшенную во много раз копию с точностью до 100 нм. В частности, в медицине для изготовления искусственных имплантационных кровеносных сосудов (стентов), клапанов сердца и многое другое
Это направление успешно развивается в Троицком Институте ИПЛИТ РАН.
*** С помощью такого комплекса, созданного в Троицком институте ГНЦ РФ ТРИНИТИ, была ликвидирована в 2012г. крупнейшая авария (пожар на нефтяной вышке на Ямале). Комплекс позволил срезать металлическую конструкцию вышки над горящей нефтяной скважиной на расстоянии порядка 100 метров, что позволило быстро потушить пожар.
**** Технология «оптического пинцета» позволяет конструировать нужным образом клеточные структуры. В частности, манипулировать вирусами, живыми клетками, хромосомами, и даже созданием новых комбинаций генома (jiht.ru›study/courses/Статья_Ашитков.pdf).
В настоящее время это одно из наиболее приоритетных направлений развития биомедицинских технологий.
Применения фемтосекундных лазеров и технологий ограничены лишь воображением и изобретательностью учёных и инженеров.
Лазеры и лазерные технологии являются поистине революционными и прорывными направлениями в медицинской сфере, в сфере фундаментальных исследований физики вещества, Космоса, Земли, и многих иных сферах.