Автореферат (1097616), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Схематическое изображение процесса управляемой лазерноиндуцированной регенерации..Электронные микрофотографии территориального матрикса воблученном хряще представлены на Рис.13:Рис.13. Просвечивающаяэлектронная микроскопия: виднаэлектронно-прозрачная областьмежду клеткой и матриксом, в нейприсутствуют сферическиеэлементы, напоминающие газовыепузыри.
Чтобы увидеть отдельныепоры и пузырьки был сделансупертонкий срез 50 нм.Показано, что основные лазерно-индуцированные изменения структурыматрикса для исследуемых лазерных параметров происходят внепосредственной близости к хондроцитам - в территориальном матриксе ипроявляются в увеличении его электронной прозрачности и образовании35сферических пустот - газовых пузырьков. Показано (см. Главу 6), чтосущественную роль в стабилизации лазерно-индуцированной модификацииструктуры реберного хряща, склеры и роговицы глаза играют газовыенанопузырьки, образующиеся при небольшом (на 10-20° C) лазерном нагревевследствие температурной зависимости растворимости газов.5.2 Изготовление диагностических матриц для определения типановообразованной ткани.
Эффективность поверхностного лазерногонаплавления трехкомпонентной среды с сохранением функциональностилегкоплавкой составляющейНеобходимость проведения большого количества однотипных анализов иисследований на малом объеме материала привела к созданию диагностическихматриц, в основу действия которых положен принцип одновременностипроведения нескольких тестов и объединение множества аналогичных тестсистем на одном носителе.
Важность рассматриваемого в данном параграфеисследования и его связь с общей линией диссертационной работойобусловлена тем, что диагностика (особенно ранняя диагностика) типановообразованной ткани при регенерации биологических тканей(рассмотренной в §5.1) остается одной из важнейших и не решенных до концазадач биоинженерии и биофизики.
Для решения этой задачи могут бытьэффективно использованы диагностические матрицы, взаимодействующие сбиологическими тканями, а достаточно высокую плотность расположениячувствительных элементов можно обеспечить с использованием лазерногонаплавления среды, содержащей чувствительные элементы, на подложку.За основу данной работы была взята обобщенная матрично-гелеваятехнология, при которой иммобилизация чувствительных элементов,заключенных в специальную полимерную оболочку, производилась с помощьюточечной лазерной наплавки.В данном параграфе описываются результаты воздействия лазеров надлинах волн 810 нм и 532 нм на пористую трехкомпонентную среду настеклянной подложке, которая состояла на 88% из полимерных сфер радиусом3-4 микрон из полистирола, в которых содержался чувствительный элемент «biotin-pentafluorophenyl-ester» 10% от полного объема материала, и 2%наночастиц графита для увеличения показателя поглощения среды.Измерения динамики нагрева образцов проводились с помощьютермографа ИРТИС 2000С (Россия, Иртис).
Для исследования возможныхизменений химического состава полимера после лазерного воздействияприменялся КР-спектрометр Nicolet Almega XR (США, Thermal physics). Дляисследования сохранности чувствительного элемента после лазерноговоздействия на подложку наносился слой люминофора «streptavidin alexa fluor546», вступающий в химическую реакцию с чувствительным элементом вслучае сохранения его биолого-химической активности.
После этого с помощью36GenePix 4000B Microarray Scaner (США, Molecular Devices) наблюдаласьлюминесценция, на основании которой делалось заключение о сохраненииактивности чувствительных элементов.С помощью теоретической модели распространении теплового поля(Глава 2) и поля термонапряжений (Глава 3), а также с помощью экспериментовпо наплавлению на двух длинах волн были исследованы механизмы разрушениячувствительного элемента и впервые было показано, что максимальнаяплотность чувствительных элементов ограничена не только длиной волны,определяющей фокусировку излучения, и процессом теплопроводности, но итермопластичностью полимера, приводящей к увеличению размеранаплавленной капли.Построенная теория позволила оптимизировать параметры лазерногооблучения (длина волны лазерного излучения 532 нм, мощность 40 мВт, время10мс, излучение на облучаемой поверхности сфокусировано в 6 мкм) ипроизвести лазерное облучение для получения максимальной плотностинаплавки.Показано, что для увеличения плотности наплавленных элементовцелесообразно уменьшать диаметр лазерного пятна и длительность лазерногоимпульса до определенных пределов: при лазерных импульсах менее 4 мстермомеханическое повреждение происходит при меньших лазерныхинтенсивностях, чем требуются для плавления системы; при диаметрахлазерного пятна менее 6мкм минимальный размер наплавленной областиопределяется в значительной степени процессами распространения тепла итермопластичности материала.
Для рассматриваемой системы минимальновозможное расстояние между наплавленными каплями составляет примерно 20мкм, что позволяет обеспечить плотность элементов до 250000 на 1см2.Глава 6 посвящена воздействию лазерного излучения на ткани глаза.6.1 Оптимизация технологии удаления пленок вторичной катаракты.К числу наиболее распространенных осложнений катарактальнойхирургии относятся так называемые «пленчатые» помутнения в области зрачка,чаще всего подразумевающие наличие послеоперационного сниженияпрозрачности капсулы хрусталика, иначе – вторичной катаракты. Развитиеданных помутнений связано с сохраняющейся способностью к пролиферацииостаточных клеток эпителия хрусталика. Формирующиеся на внутреннейповерхности капсулы помутнения могут иметь мягкую, либо плотнуюструктуру, что имеет значение при дальнейшем выборе параметров лазерноговоздействия, которое используется для удаления пленок вторичной катаракты.При этом лазерное разрушение патологических пленок может иметь побочныеэффекты и приводить к повреждениям других тканей глаза.37Было проведено исследование процессов нагрева и разрушения двухтипов (твердой и мягкой форм) пленок катаракты под воздействиемпоследовательных лазерных импульсов с целью изучения их возможноговлияния на гетерогенные структуры глаза при лазерной абляции зрачковыхмембран.
Было показано, что эффективный коэффициент поглощенияизлучения зрачковыми мембранами определяется в основном процессамирассеяния света. Найден основной механизм абляции пленок - разрушение поддействием давления выделяющихся газов, происходящее после окончаниялазерных импульсов.В экспериментальных исследованиях были использованы образцыаутопсийного материала – образцы капсулы нормального хрусталика, а такжеобразцы с различными формами помутнений после хирургии катаракты сразличными оптическими характеристиками и толщиной (от тонких прозрачныхпленок, до более толстых непрозрачных образцов), полученных из глазногобанка НИИ глазных болезней (ФГБНУ, Москва). Морфометрическая структураиспользованных образов представлена в разделе «Гистологическоеисследование образцов», макрофотографии представлены в разделе «Лазерноевоздействие на пленки задней капсулы хрусталика».Подход к решению поставленных задач был основан на комбинацииизвестных экспериментальных оптических методов, в частности, лазерноговоздействие с различными параметрами (длиной волны излучения,длительностью и частотой следования импульсов, количества серий облученияи количества импульсов в каждой серии) осуществляли с помощью ИКдиапазона (Nd;YAG, 1064 нм).
Лазерное воздействие осуществляли сериями из1-50 импульсов длительностью 8 нс каждый, с энергией импульса 1-20 мДж придиаметре лазерного пятна от 20 мкм до 1 мм.Морфометрическое исследование опытных образцов капсулы хрусталикаи их фоторегистрацию проводили на «Фотомикроскопе III» («Оптон»,Германия) с помощью программно-аппаратного комплекса МЕКОС-ФДММ(ЗАО «МЕКОС).Проведено сравнительное морфологическое и морфометрическоеисследование методом полутонких срезов образцов капсулы нормальногохрусталика, а также образцов с различными формами помутнений послеэкстракции катаракты.Морфометрия пленок вторичных катаракт не выявила заметныхнеоднородностей структуры, их характерный размер заметных неоднородностейструктуры пленок вторичных катаракт порядка микрона, что позволилоприменить теоретическую модель, описанную в §3.5 и рассматриватьмодельную среду как однородную.
На основе оптических свойств, порогов иудельной энергии лазерного разрушения пленок вторичных катаракт,описывалась кинетика воздействия импульсно-периодического лазерногоизлучения, порождающего волны термонапряжений и давления, приводящие к38возникновению деформаций и флуктуации плотности биологическогоматериала твердой и мягкой форм пленок катаракты.Было изучено поведение пространственных зависимостей давления,плотности и проекций скоростей в перпендикулярных направлениях вразличные моменты времени для случая твердой и мягкой форм пленок.Показано, что уровни значений давления в отрицательной фазераспространяются на достаточно большие расстояния с достаточно слабымзатуханием. При этом существующее «отрицательное давление» можетприводить к существенным повреждениям на расстоянии несколькихмиллиметров от края лазерного пятна.
Так вокруг сквозного отверстия в тонкойплотной пленке вторичной катаракты, так называемой «твердой» формы, нарасстоянии 50-100 мкм от края лазерных микроперфораций имеютсянесквозные («рваные») повреждения и с ростом рассеяния (переход к случаюболее толстой пористой пленке вторичной катаракты, так называемой «мягкой»форме) давление уменьшается, но качественно картина не меняется.Для «твердой» пленки вторичной катаракты эффективный коэффициентрассеяния изначально меньше, но с ростом числа импульсов он линейноувеличивается и достигает уровня, характерного для «мягких» пленоквторичной катаракты из-за возникновения дополнительных рассеивающихцентров.Проведенное исследование позволяет оптимизировать технологиюлазерного лечения вторичных катаракт, меняя параметры облучения (плотностьмощности) в процессе воздействия. Показано, что с целью увеличениябезопасности лазерной процедуры целесообразно при воздействии на «мягкую»форму вторичной катаракты уменьшать энергию лазерных импульсов и ихколичество по сравнению с режимом, применяемым для воздействия на«твердую» форму вторичной катаракты.6.2 Механизм изменения формы роговицы глаза с сохранением еемикроструктуры и оптических свойств с помощью термомеханическоголазерного воздействия.В настоящем параграфе рассмотрен принципиально новый подход ккоррекции формы роговицы и рефракции глаза, основанный на модификацииструктуры и поля механических напряжений роговицы глаза путем локальногонеабляционного воздействия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
