Оптикалық сәуле шығарудың биологиялық әсері

Оптикалық сәуле шығарудың биологиялық әсері

Күн табиғаттағы негізгі жылу шығару және көрінетін жарық көзі болып табылады. Жер атмосферасының шекарасында күн энергиясының ағыны 1382 Вт/м2-қа тең. Бұл шама күн тұрақтысы деп аталады. Біздің планетамыздың Күннен бір жылда алатын қуаты.

Лазерлік сәуле шығару. Оптикалық квантты генетарорлар немесе лазерлер деп, еріксіз сәуле шығару негізінде оптикалық диагнозында когорентті электромагниттік толқындар тудыратын қондырғыларды айтады. «Лазер»  сөзі ағылшында Light Amhlifation ty Stimulated Emission of Radiation деген сөздер шығарудан жарықты күшейту дегенді білдіреді.

Лазерлік сәуле шығарудың физикалық қасиеттері. Қуаты. Белсенді заты рубин болатын алғашқы лазерлерде жарық импульсінің энергиясы шамамен 0,1 Дж болады.  Қазіргі кезде кейбір қатты денелі лазерлерде ол мыңдаған Дж-ге жетті. Аз уақытта жарық импульсінің әсерінен өте үлкен қуат алуға болады. Мысалы, неонды лазер ұзақтылығы 3х10-12с импульс шығарады және энергиясы 75 Дж болғанда оның қуаты 2,5х1013Вт-қа жетеді. Импульсті лазерлер 1014Вт/м2 дейін жарық интенсивтілігін тудыра алады. Қуатты лазерлер жүйесі 1020Вт/м2 дейін интенсивтілік бере алады. Салыстыру үшін күн  жарығының жер бетіндегі интенсивтілігі небәрі  103 Вт/м2 болады.

Когеренттілік. Монохроматты жарық шығару дегеніміз толқын ұзындықтары бірдей жарықтар, оларды ұзақ уақыт бойы жиіліктері мен амплитудалары өзгермейтін тербелістер тудырады.

Лазерлік сәуле шығарудың биологиялық әсері. Термиялық эффект. Жылу эфектісі

Зат лазер сәулесін жұтқанда электромагниттік өріс энергиясының біраз бөлігі жылуға айналады. Лазерлік сәуле шығарудың жылулық эффектісі жарық ағынының интенсивтілігіне тәуелді болатыны сияқты ұлпаның зақымдануының жоғары жиілікті тоқтың әсерінен күйіп қалуымен бірдей. Температураның жоғарылауына ферменттер неғұрлым сезімтал келеді, жылулық соққы кезінде олар бірінші болып табылатандықтан, ферменттердің бұзылуынан бұл реакциялар тежеледі, ал ол клкткалардың өлуіне себеп болады. Жылулық эффект салдарынан белоктардың коагулациясы болады, күре тамырларда қанның ұюы пайда болады, жарықтандырудың жеткілікті интесифтілігінде ұлпалар бұзылады, оны лазерлі хирургияда қолданады.

Соққы эффектісі. Лазер сәулесі түскен орнында ұлпада жылулық көлемдік ұлғаюы нәтижесінде механикалық кернеу пайда болады тері жамылғысына қуаты мен жылулық эффктісі көп емес лазер сәулесі түсетін болса, онда оның теріге зақымы соншалықты көп болмайды, бірақ соққы толқын ұлпаларда тарай отырып, зақым келтіруіде мүмкін. Мысалы, теңіз тышқандарының басына энергиясы 100Дж-ға тең лазер сәулесімен әсер еткенде олар өліп қалған. Сонда бас сүйегінің ішінде 1мм2 көлемде ми затты шамамен 5000 С-ге дейін қызып, ұлпа газ тәрізді күйге көшкен және бас сүйегі ішіндегі қысым 20 атм. жетіп, осыдан жануар өліп кеткен.

Электр құбылыстары. Атомдар мен молекулалар электромагниттік өріске түскен кезде электр құраушы толқындардың әсерінен электр дипольдары пайда болады, ол заттардың электр параметрлерін өзгертуге, сол сияқты өріс кернеулігінің екі дәрежесінде пропорционал болатын дене диформациясына әке соғады. Бұл құбылыс электрострикция деп аталады. Мысалы, аламандар мен теңіз тышқандарының бауырын энергиясы 250 Дж болатын лазер сәулесімен жарықтандырғанда бауырдың меншікті кедергісі жарық түскен орнының маңайында 4 есеге төмендеп, диэлектр өтімділігі 8 есеге артқан. Электр кедергісінің төмендеуін былай түсіндіруге болады, электр өрісінің кернеулігінің едәуір үлкен мәнінде атомдар ирнизациясы иондану болдаы және валентті электрондар еркін күйге өтеді. Ионизация сол сияқты молекулалардағы химиялық байланыстарды бұзады, нәтижесінде бос радикалдар пайда болуына байланысты биологиялық процестердің өтуін өзгеріске ұшыратады. Мысалы, биологиялық ұлпаларда болатын судағы ерітінділерде лазер сәулесі әсерінен жоғары реакциялық қабілеті бар ОН және НО2 радикаларды пайда болады.

Лазерді биология мен медицинада қолдану

Ширек ғасыр ішінде лазерді эксперименттік биологияда, терапияда және хирургияда қолдану мүмкіндігі артып отыр. Лазермен әсер етудің рентген сәулелерімен әсер етуден тиімділігі жоғарырақ. Лазерді хирургия мн терапияда қолдану кең қолдау тауып, әртүрлі ауруларды емдейді, хирургиялық операцияларға қолданады. Диаметрі бірнеше миллиметр ғана болатын интенсивтілігі жоғары жіңішке лазер сәулесі бұрын іске аспаған клеткалық және субклеткалы процестерде қолданылады. Жыныс клеткаларының кейбір бөлшектерін сәулендіріп, тұқымның даму бағытын өзгертуге болады. Хромосомдардың белгілі бір бөліктерін сәулелендіру арқылы тұқым қуалаушылықты басқаруға қол жеткіземіз. Лазер сәулелері мутация туғызады, ол рентген сәулелеріне қарағанда тиімді, рентген сәулелері айналасындағы хромосомдарды өлтіруге соқтырады.

Қызыл түсті жарық үшін көз бұршағы мен көз айнасы мөлдір болғандықтан лазерді хирургияда қолдану алғаш рет офтольмологияда көздің ішіне операция жасауға қолданылды және пигменттенген тор оны өте жақсы жұтады.

Лазерді медицина мен ветеринарияда қолдана бастағаннан бері хирургия саласында лазерлі скальпель қолданыла бастады. Лазерлі скальпель сәулесі кез келген бағытқа бағыттай алатын нәзік жарық өткізетін түтік.