يختلف الليزر عن مصادر الضوء العادية، ويتميز بالخصائص الفيزيائية التالية:
بسبب تقييد تجويف الرنين على اتجاه تذبذب الضوء، يمكن لليزر فقط تضخيم تذبذب الإشعاع المحفز على طول محور التجويف، وبالتالي فإن الليزر لديه اتجاهية عالية. لذلك، يمكن لليزر أن ينشر الشعاع بالتوازي لمسافة طويلة ويضمن كثافة كافية.
نطاق الطول الموجي للضوء المرئي الذي يسبب اللون المرئي، أي عرض الخط الطيفي، هو مقياس لأحادية اللون لمصدر الضوء. كلما كان عرض الخط الطيفي أضيق، كانت أحادية اللون أفضل. الضوء الطبيعي لديه نطاق واسع من الطول الموجي. على سبيل المثال، بعد تقسيم ضوء الشمس بواسطة المنشور، يمكن رؤية نطاقات طيفية مكونة من ألوان متعددة. يتم إنتاج الليزر عن طريق الإشعاع المحفز للذرات وله خطوط طيفية ضيقة للغاية، لذلك فهو ذو لون أحادي عالي.
ينقسم التماسك إلى تماسك زماني وتماسك مكاني. يصف التماسك الزمني العلاقة الطورية لكل نقطة في اتجاه انتشار شعاع الضوء ويرتبط بأحادية اللون لمصدر الضوء. عرض الخط الطيفي لليزر ضيق جدًا وأحادية اللون عالية، لذا فهو يتمتع بتماسك زمني عالي. يصف التماسك المكاني علاقة الطور بين النقاط على سطح الموجة المتعامدة مع اتجاه انتشار الحزمة. يشير إلى تماسك النقاط المكانية المختلفة في مجال الضوء في نفس الوقت ويرتبط ارتباطًا وثيقًا باتجاهه. تحدد الاتجاهية العالية لليزر تماسكه المكاني العالي. الليزر هو نوع من الضوء المتماسك. تردد الحركة والطور وحالة الاستقطاب واتجاه الانتشار لكل فوتون هي نفسها. يمكن أن يكون الليزر أحادي الوضع متماسكًا تمامًا.
يشير السطوع أحادي اللون لمصدر الضوء إلى الطاقة الضوئية المنبعثة من مصدر الضوء داخل مساحة الوحدة وعرض نطاق تردد الوحدة وزاوية الوحدة الصلبة. تسمح خصائص الليزر مثل الاتجاهية العالية وأحادية اللون بتركيز طاقته بشكل أفضل في المكان والزمان، لذلك يتمتع بسطوع اتجاهي أحادي اللون عالي للغاية.
عندما يعمل الليزر على الأنسجة البيولوجية، فإنه ينتج الحرارة والضغط والمجالات الأكتينية والكهرومغناطيسية وما إلى ذلك، وهو ما يسمى التأثير البيولوجي لليزر. إن عوامل مثل الطول الموجي لليزر وكثافته وخصائص الانعكاس والامتصاص والتوصيل الحراري لليزر في الجزء المشعع من الأنسجة البيولوجية، كلها لها تأثير على آثاره البيولوجية. في الوقت الحاضر، يُعتقد أن التأثيرات البيولوجية لليزر تنعكس بشكل أساسي في الجوانب التالية: التأثير الحراري، وتأثير الضوء، وتأثير المجال الكهرومغناطيسي، وتأثير الضغط وموجة الصدمة.
1. التأثير الحراري: جوهر الليزر هو الموجة الكهرومغناطيسية. إذا كان تردد انتشاره يساوي أو يشبه تردد اهتزاز جزيئات الأنسجة، فسيتم تعزيز اهتزازه. هذا الاهتزاز الجزيئي هو الآلية التي تولد الحرارة، لذلك يطلق عليه أيضًا الاهتزاز الحراري. في ظل ظروف معينة، يتم تحويل طاقة الليزر المؤثرة على الأنسجة في الغالب إلى طاقة حرارية، وبالتالي فإن التأثير الحراري يعد عاملاً مهمًا في تأثير الليزر على الأنسجة.
يظهر الطول الموجي للحركة الحرارية الجزيئية بشكل رئيسي بالقرب من نطاق الأشعة تحت الحمراء. ولذلك، فإن إخراج ليزر الأشعة تحت الحمراء بواسطة ليزر ثاني أكسيد الكربون له تأثير حراري قوي على الأنسجة. عندما يقوم نوع معين وقوة معينة من الليزر بإشعاع الأنسجة البيولوجية، فإنه يمكن أن ينتج 200 ~ 1000 درجة مئوية وما فوق في بضعة أجزاء من الثانية. ارتفاع درجة الحرارة، وذلك لأن الليزر، وخاصة الليزر المركز، يمكنه تركيز طاقة كبيرة في شعاع صغير. على سبيل المثال، يركز ليزر ياقوتي بقوة عشرات الجول على منطقة صغيرة من الأنسجة ويمكن أن يولد درجة حرارة عالية تصل إلى مئات الدرجات المئوية في المنطقة خلال بضعة أجزاء من الثانية، مما يؤدي إلى تدمير البروتينات الموجودة في المنطقة والتسبب في حروق أو تبخر. الضوء العادي لعشرات الجول أمر أساسي. ليس له مثل هذا التأثير. بالإضافة إلى ذلك، وجد أيضًا أنه عند توقف التشعيع، فإن ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن الليزر ينخفض بشكل أبطأ من ارتفاع درجة الحرارة الناتج عن أي طريقة. على سبيل المثال، يستغرق الأمر عشرات العشرات من الجول حتى تنخفض درجة الحرارة الناتجة عن الليزر الياقوتي إلى درجة الحرارة العادية الأصلية. دقيقة.
2. تأثير الضوء الأنسجة البيولوجية لديها درجة معينة من التلوين ويمكن أن تمتص بشكل انتقائي الطيف 300 ~ 1000nm. تشمل الأصباغ الموجودة في الكائنات الحية الميلانين والميلانويدين والهيموجلوبين والكاروتين والحديد وما إلى ذلك. ومن بينها، يمتلك الميلانين أكبر امتصاص لطاقة الليزر. الهيموجلوبين المنخفض له نطاقات امتصاص واضحة عند 556 نانومتر، والأوكسي هيموجلوبين له نطاقات امتصاص واضحة عند 415 نانومتر، 542 نانومتر، و575 نانومتر. يمتلك الكاروتين نطاق امتصاص عند 480 نانومتر. يتمتع الميلانين والميلانويدين بأقوى امتصاص في النطاق 400 ~ 450 نانومتر. سواء كانت خلية طبيعية أو خلية ورم، هناك العديد من حبيبات الميلانين في السيتوبلازم وبين الخلايا. إنها تمتص طاقة الليزر بحيث تتراكم الطاقة على حبيبات الصباغ وتصبح مصدرًا للحرارة. يتم توصيل الطاقة وانتشارها إلى المناطق المحيطة، مما يتسبب في تلف خلايا الأنسجة المحيطة.
تعتبر شفافية مكونات خلايا الأنسجة لليزر نسبية. على سبيل المثال، لاوندز وآخرون. أثبت أن الحمض النووي المختزل من النيكوتيناميد الأدينين يكون شفافًا لليزر الياقوتي بطول موجة يبلغ 694.3 نانومتر، لكنه يمكنه امتصاص الأشعة فوق البنفسجية بطول موجة يتراوح بين 330 إلى 350 نانومتر. يحدث الامتصاص عندما يعمل شعاع الليزر الياقوتي على محلول مركّز من النموذج الأولي للحمض النووي النيكوتيناميد الأدينين. تتمتع الجزيئات البيولوجية الكبيرة بنطاقات امتصاص واسعة وقوية في الطيف المرئي، لذلك هناك احتمال معين لامتصاص الفوتونات المتعددة عندما يتفاعل إشعاع الليزر القوي مع المواد البيولوجية. يمكن إثارة الجزيئات الحيوية بعد امتصاص الفوتونات، ويتم تحويل الطاقة إما إلى حرارة، أو إعادة إشعاعها جزئيًا على شكل فسفورية أو مضان، أو يتم استخدام الطاقة لتسريع التفاعلات الكيميائية.
بالإضافة إلى الخصائص المتنوعة لليزر نفسه، تلعب درجة تلوين الأنسجة أو نوع المستقبل الضوئي (الصباغ) دورًا مهمًا في تأثير ضوء الليزر على الأنسجة الحية. الألوان المكملة أو الألوان شبه المكملة لها التأثير الأكثر وضوحًا. قد يكون للجلد ذو الألوان المختلفة أو الأعضاء أو هياكل الأنسجة ذات الألوان المختلفة امتصاص مختلف بشكل كبير لضوء الليزر. كلما زادت نفاذية الأنسجة وامتصاصها لضوء الليزر ذي الأطوال الموجية المختلفة، كلما كانت تأثيرات الضوء المقابلة أكثر وضوحًا. بعد أن يمتص النسيج كوانتا الليزر، يمكن أن ينتج تفاعلات كيميائية ضوئية، وتأثيرات كهروضوئية، وانتقالات إلكترونية، وتحفيز إشعاع الأطوال الموجية الأخرى (مثل الفلورة)، والطاقة الحرارية، والجذور الحرة، والتلألؤ الدقيق للغاية للخلايا، مما قد يسبب تحلل الأنسجة و التأين، مما يؤثر في نهاية المطاف على الأنسجة المشععة. الهيكل والوظيفة، وحتى تسبب الضرر.
3. تأثير المجال الكهرومغناطيسي تحت تأثير الليزر بكثافة عادية، تأثير المجال الكهرومغناطيسي ليس واضحًا؛ فقط عندما تكون كثافة الليزر عالية للغاية، يكون تأثير المجال الكهرومغناطيسي أكثر وضوحًا. بعد تركيز الليزر، عندما تصل كثافة طاقة الضوء عند التركيز إلى 106 وات/سم2، فإنها تعادل قوة مجال كهربائي تبلغ 105 فولت/سم'. يمكن لتأثير المجال الكهرومغناطيسي أن يسبب أو يغير الحركة الكمية للجزيئات والذرات في الأنسجة البيولوجية. يمكن أن يسبب الذرات والجزيئات والمجموعات الجزيئية في الجسم لإنتاج الإثارة والتذبذب والتأثيرات الحرارية والتأين. يمكنه تحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية، وتوليد الجذور الحرة، وتدمير الخلايا. تغيير الخواص الكهروكيميائية للأنسجة، الخ.
إن التفاعل أو التفاعلات التي تحدث بعد التشعيع بالليزر لها علاقة مهمة بتكرارها وجرعتها. على سبيل المثال، لا يمكن أن تتشكل الجذور الحرة إلا عندما تكون شدة المجال الكهربائي أعلى من 1010 فولت/سم؟. يمكن قياس ضوء الليزر باستخدام رنين دوران الإلكترون
الجذور الحرة الناتجة عن تشعيع الأنسجة مثل الجلد الأسود والورم الميلانيني. نظرًا للخصائص الخاصة لليزر، فقد تم استخدام تقنية الليزر في العديد من الجوانب في الأبحاث البيولوجية والتطبيقات الطبية. على سبيل المثال، يتم استخدام التحلل الضوئي الفلاشي ومطياف رامان لدراسة عملية التفاعل البيولوجي السريع وبنية الجزيئات المعقدة، ويستخدم سكين الليزر لقطع الأنسجة وتخثر الأوعية الدموية الصغيرة والأعصاب أثناء الجراحة.
4. تأثير الضغط وموجة الصدمة الضغط الخفيف للضوء العادي لا يكاد يذكر. ومع ذلك، عندما تصل كثافة الطاقة في بؤرة شعاع الليزر المركز إلى 10 ميجاوات/سم، فإن الضغط سيكون حوالي 4 كيلو باسكال، مما سيسبب ضغطًا أوليًا كبيرًا على الأنسجة البيولوجية. . عندما يتم تركيز شعاع الليزر على نقطة ضوئية أقل من 0.2 مم، يمكن أن يصل الضغط إلى 20 كيلو باسكال؛ عند استخدام ليزر روبي النبضي العملاق بقدرة 107 واط لتشعيع عينات من الجلد البشري أو الحيواني، يتم قياس الضغط الفعلي المتولد بـ 17.58 ميجا باسكال.
عندما يشع شعاع الليزر الأنسجة الحية، بسبب الضغط الكبير لكل وحدة مساحة، ينتقل الضغط على سطح الأنسجة الحية إلى داخل الأنسجة، أي أن جزءًا من طاقة الليزر المشعة على الأنسجة يصبح ميكانيكيًا موجة الضغط، ويظهر تدرج الضغط. إذا كان ضغط شعاع الليزر كبيرًا بما يكفي لتبخير الجزيئات الموجودة على سطح الأنسجة المشععة، فسيتم إخراج جزيئات الأنسجة الحية، مما يسبب موجة نبضية ميكانيكية (صدمة عكسية) في الاتجاه المعاكس لحركة الجزيئات المقذوفة - موجة صدمة. يمكن لموجة الصدمة هذه أن تجعل الأنسجة الحية تقذف أعدادًا مختلفة من الجسيمات طبقة بعد طبقة، وتشكل أخيرًا تجويفًا مخروطيًا يشبه "الحفرة".
بالإضافة إلى موجات الصدمة المذكورة أعلاه والتي تكونت نتيجة لضغط رد الفعل العكسي الناجم عن ضغط الإشعاع القوي، فإن التمدد الحراري للأنسجة قد يولد أيضًا موجات صدمة. نظرًا لأن درجة الحرارة ترتفع بشكل حاد في فترة زمنية قصيرة (ميلي ثانية أو أقل)، فإن الحرارة المنبعثة على الفور ليس لديها وقت للانتشار، مما يؤدي إلى تسارع التمدد الحراري للجسم. على سبيل المثال، عند استخدام ليزر ياقوتي بنسبة 60% لتشعيع جدار بطن فأر، يتشكل جدار البطن نصف الشكل في بضعة أجزاء من الثانية. نتوء دائري، وهو عبارة عن تمدد حراري متفجر للجسم في الأنسجة تحت الجلد المشععة. يمكن للضغط وضغط الارتداد المتكون في الأنسجة بسبب التمدد الحراري للجسم أن ينتج موجات مرنة تنتشر إلى أجزاء أخرى. وهي تشكل في البداية موجات فوق صوتية، ثم تتحول تدريجيًا إلى موجات صوتية بسبب التباطؤ، ثم تتحول إلى موجات ميكانيكية على شكل موجات دون سرعة الصوت، وتتوقف أخيرًا عن الانتشار. في الطبقة السائلة ذات التجويف الدقيق للأنسجة، يمكن أن يحدث التجويف أثناء انتشار الموجات فوق الصوتية. يمكن أن يؤدي تراكم التجاويف إلى انهيار الأنسجة بشكل واضح، وفي بعض الأحيان يمكن توليد موجة صدمة ضغط كبيرة. هذه السلسلة من ردود الفعل كلها يمكن أن تسبب الضرر. نطاق التأثير الحراري لليزر محدود للغاية، ويمكن أن ينتشر تلف الأنسجة الناجم عن تأثير الضغط إلى أجزاء بعيدة عن المنطقة المضيئة. على سبيل المثال، عندما تم استخدام الليزر الياقوتي لتشعيع رأس فأر، وجد أن فروة الرأس أصيبت بأضرار طفيفة، ولم تتضرر الجمجمة والأم الجافية للدماغ، لكن الدماغ نفسه عانى من نزيف واسع النطاق وحتى الموت. إن ظاهرة الانقباض الكهربائي للأنسجة في المجال الكهربائي القوي للغاية الناجم عن شعاع ليزر قوي يمكن أن تولد أيضًا موجات صدمية وموجات مرنة أخرى.
ليزر Ciellulu - مورد جهاز الوجه