ТАҚЫРЫБЫ: Үлкен қуаттағы және кіші қарқындылықтағы лазер сәулесінің әсер етуінің биофизикалық механизмдері Орындаған: Ералханова А. Мухитдинова Г. Охас. - презентация

1 ТАҚЫРЫБЫ: Үлкен қуаттағы және кіші қарқындылықтағы лазер сәулесінің әсер етуінің биофизикалық механизмдері Орындаған: Ералханова А. Мухитдинова Г. Охас Іңкәр Қабылдаған: Қулбаева М. С

2 Жоспар: I.Кіріспе: Лазер, лазер сәулесі II.Негізгі бөлім: Лазер туралы жалпы шолу Лазердің типтері Лазердің қасиеттері Лазердің қолданылуы Лазер сәулесінің әсер ету механизмдері III.Қорытынды бөлім: Пайдаланған әдебиеттер тізімі

3 Лазер сөзі ағылшын сөзінің: light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - бастапқы бес әрпінен (LASER) тұрады, ағылшын тілінен аударғанда еріксіз сәуле көмегімен жарықты күшейту мағынасын береді. Лазерді, немесе оптикалық кванттық генераторды, СССР елінен Н.Г. Басов пен А.М. Прохоров (Лебедев атындағы физикалық институт) және АҚШ елінен Ч. Таунс әріптестерімен (Колумб университеті) бірге бір мезгілде 1954 жилы ашты. Бірінші кванттық генератордың жұмыс зеты ретінде аммиак қолданған. Аммиак молекулаларын қозған күйге келтіріліп, сосны олардың бастапқы күйіне бір мезгілде қайтуына жағдай жасаса, олар қуатты радиоимпульс терін шығарады.

4 Квантты электрониканың дамуына франция ғалымы А. Кастлердің жұмыстары үлкен үлес қосты жилы Кастлер қорытындысы бойынша: атомдардың өзіндік жиілігі қоздырушы сәуленің жиілігімен резонансқа түскенде, атомдардың жарықты күшті жұтуы жүреді жилы ол оптикалық тартып шығару (накачка) әдісін ойлап тапты, сонда сыртқы жарық көзі немесе микротолқынды сәуле әсерінен жұмысшы денелердің атом дары қоздырылады. Лазерді жасап шығаруға А. Кастлер жұмыстары күшті ықпал етті.

5 1958 жилы Ч. Таунс және А. Шавлов лазер принципін ұсынды. Бұл пікірді жүзеге асыру үшін Шавлов рубинді стерженді қолданды, оның құрамында атом дары сәуле шығаратын хромның микроқосылысы балды жилы америка физигі Т. Мейман бірінші рубинді лазерді, ал басқа америка физигі Али Джаван газды лазерді жасап шығарды.

6 Лазер немесе кез - келген квант генераторы негізгі екі элементтен тұрады. Оның бірі активті күйге түскен жұмысшы зеты, екіншісі резонатор. Активті орта электромагниттік толқындарды бөліп берсе, резонатор оны күшейтіп шығарады. Активті заттарды қолдануына байланысты лазер қатты денелік, жартылай өткізгіштік, газдық және сұйықтық болып бөлінсе, жұмыс істеуіне қарай үздіксіз және ипмульстық деп бөлінеді. Инверсті қоныстандыру әдісі бойынша химиялық, газодинамикалық, молекулалық т.б. деп ажыратады.

7 Қатты денелі лазердің кең тараған түрі рубинді лазер, неодим, шины ли лазер. Рубинді лазер толқын ұзындығы 6,2 нм ашық қызыл жарық сәулесін шығарып бере аллоды. Рубин кристаллы лазердің жұмысшы элементі болып саналлоды. Бірінші лазердегі инверсті қоныстаныуды қозудың оптикалық әдісі бойынша күшті импульсты ксенон лампасының көмегімен тудырады. Кейінгі жылдардың конструкцияларында кристалдың оптикалық қозуының басқа схемалары қолданылған, ол рубиннің жарықтану күйін жақсартуға көмектеседі, мысалы, эллиптикалық шағылдырғыштары. Осындай шағылдырғыштың бір фокусы на рубин кристаллын, екіншісіне – тартып шығарудың (накачка) цилиндрлік лампасы орнатылады.

8 Өте жылтыратып өңделген рубин кристаллы спираль түрінде жасалған жарқылдауық импульс тер шармының ішіне орналасады. Жарқылдауық шармға өте жоғары кернеу, мыңдаған вольске дейін беріледі. Рубин кристаллының екі басы на өте жоғары запалы екі айна орналасады. Бұл екі айнаның жазықтықтары біріне - бірі параллель ал кристалл осіне перпендикуляр болып келеді. Бұл екі айна резонатор қызметін атқарады. Батереяны іске қосқаннан кейін жарқылдауық шарм іске қосылады да, одна шыққан жарық рубин кристаллына жан жағынан түседі. Өз құрамы жағынан бұл жарық күннен шығатын жарыққа ұқсас болғандықтан оның құрамындағы көк - жасыл сәулені рубин кристаллында хром ион дары жұтып аллоды.

9 Сөйтіп бұл бондар үшінші деңгейге, сосны өзінен бондар бөліп шығарып екінші деңгейге ужинала бастарды. Екінші деңгейден бірінші деңгейге өткен әрбәр хром ионы өзінен бір бір порция қызыл жарық бөліп шығарып отрады. Нәтижесінде, өте күшті жарық импульсі пайда болады. Бұл процесс өте тез жүреді. Секундтың он мыңнан бір бөлігіндей уақыт ішінде активті ортаның бүкіл энергиясы бөлінеді. Рубин кристаллының бір кемшілігі бар. Оның лазер ретінде жұмыс істеуі үшін оған алғашқы кезде өте күшті жарық беру керек. Бұл кемшілікті жөндеу үшін европий, самарий немесе неодим тәрізді элементтерді қолдану жеткілікті.

10

11 Рубинді лазер ден кейін 1960 жылдың күз мезгілінде газды лазер жасап шығарылды, ол гелий мен неон қоспасында жұмыс жасайды. Бірінші газды лазердің түтікшесі сильфондарға бекітілген резонатор айналарының арасында орнатылған. Түтікшенің ұзындығы L = 100 см және диаметрі 1,5 см-ге тең, парциалды қысыммен ( 130 Па) гелий және қысыммен ( 13 Па) неон қоспаларымен толтырылған. Молекулаларды электрлік әдіспен қоздыра отырып инверсті қоныстануы қамтамасыз етіледі. Газды лазердің разрядты түтікшесіне резонатор айналарын тікелей бекіту ыңғайсыз балды, өйткені түтікше жұмысқа жарамсыз болуынан оптикалық резонаторды да істен шығарып отряды.

12 Газды лазер кварц түтікшесінен тұрады. Ол түтікшенің ішінде гелий мен неон қоспасы болады. Түтікшенің ұштарында екі айна орналасады. Түтікшеден разряд екі әдіспен қоздырылады. Оның бәреуін контактылы, ал екіншісін контакты сиз деп атайды. Контактылы әдісте түтікшенің ішінде, екі басында анод пен катод орналасады. Түзеткішпен осы екеуінің арасына В кернеу беріледі. Сөйтіп электр заряды пайда болады.

13

14 1962 жилы жартылай өткізгішті лазерлер жасап шығарылды, олардың пайдалы әсер коэффициенті ПЭК жоғары, өйкені ондағы электр энергиясы тікелей жарық энергия сына түрленеді. Жартылай өткізгішті лазерлерге жартылай өткізгіштерді қолданады, олар өткізу аймағынан валентті аймағына тікелей өте алуымен сипатталлоды. Жартылай өткізгіш лазердің мөлшері 1 * 2 * 2 мм.

15 Барлық лазерлердің әсер ету принципі бірдей. Лазердің негізгі қасиеттеріне монохроматтық, когеренттілік, поляризация жатады. Лазер шығаратын жарық тек бір түстен ғана тұрады. Оны монохромат сәулелену деп атайды. Лазер сәулелерінің бірінші қасиеті оның монохроматтылығы болып саналлоды. Монохромат жарық дегеніміз - жиілігі тұрақты жарық толқындары. Екінші қасиеті - лазер өндіріп беретін жарықтың когеренттілігі. Когерен толқында дегеніміз толқын ұзындықтары бірдей және фазаларының айырмашылығы уақытқа байланысты өзгермейтін болқындар.

16 Үшінші қасиеті - табиғи жарық поляризацияланған болып келеді. Поляризацияланған сәулелер - бір жазықтық пен бір бағытты таралытын сәуле. Төртінші қасиеті - лазер ден шыққан жарық жан жаққа шашырамай, тек бағыттала тараллоды. Бесінші қасиеті лазер сәулелерінің қуаты. Лазер сәулелерінің қуаты күшті және әлсіз интенсивті болып келеді.

17 Лазерлі құрылғылар күшті жарық көзі болып табылады, оптикалық диапазондағы электромагниттік сәулелермен, ол қалыпты жарық көздерінен монохромдылығымен, когеренттілігмен, сонымен қатар күн сәулесінен бөлінетін энергияға тең 109 Вт көлеміндегі энергичның жоғарғы қарқындылығымен бөлінуі. Лазерлі сәулелермен сәулелену кезінде ағзада, мүшелерде, тіндерде, тірі жасушаларда дамитын, биологиялық нәтиже, лазерлі сәулелердің арнайы ерекшеліктеріне жатады. Лазер сәулелерінің әсері

18 Лазерлі сәулелердің биосубстраттармен әсерінің нәтижесіне, лазерлі сәулелердің белгілерінен басқа, сәулелену құрлымының арнайы қасиеттері, олардың жилу сыйымдылығы және жилуды өткізгіштігі, пигмент тер және сумин қанығуы, олардың механикалық және акустикалық қасиеттеріде белгілі бір мөлшерде әсер етеді. Тіндердің биологиялық сәулелену қабілеті жұтылған және нәтижесінде көрінетін энергичның көлеміне байланысты.

19 Лазерлі сәулелер үшін көрінбейтін ағзадағы тіндер мен клеткалар жоқ. Бірақ та жұтылған лазерлі сәулелердің деңгейінің энергиясы біршарма ерекшеленеді. Пигменттелген тіндер мен жасушаларда көп мөлшерде жұтылу байқалынады. Аққа қарағанда қара тері энергичны көп жұтады. Лазерлі сәулелер гемоглобин, меланин, мидың ақ зетымен салыстырғанда сұр зетында, алмасымен салыстырғанда нұрлы қабатында белсенді түрде жұтылады. Сәулелену Шашырауы Енуі Сіңуі

20 Биосубстраттармен жұтылған лазерлі сәулелердің энергиясы жилынып, фотохимиялық процестерге қолданылатын флюоресценциялды ұзын толқын түрінде бөлініп, электр өтімділіктерін қоздырып, өз кезегінде сәулеленген тіндердің зақымдануына әкелуі мүмкін. Лазерлі сәулелердің жилу және термиялық нәтижелері өте жақсы оқылған, ол әсіресе пигменттелген тіндерде ерекше көрінеді және жұтылған энергичның көзіне байланысты зақымдалған жердегі заттың бір мезгілде жоғалып кетуіне немесе әр түрлі деңгейдегі айқындылықтағы күйіктердің пайда болуына әкеледі.

21 Лазерлі сәулелердің жилулық және соққылық эффектісінен басқа, электрлі және магнитті аймақтардағы биообьектілердің өзгерістерін тудырады. Күшті сәулелердің әсерінен пайда болған электрлік аймақ 107 В/см 2 жетуі мүмкін, ол химиялық байланыстың әлсіреуі мен үзілуіне, бос радикалдардың түзілуіне, әртүрлі химиялық реакциялардың катализіне жеткілікті болады. Осыған орай, лазерлі сәулеленудің әсерінен әртүрлі фотоэлектрлік және фотохимиялық нәтижелер пайда болады.

22 Лазерлі сәулелер биологиялық обьектілерге күшті әсер етуіне байланысты, бұндай жағдайлар өндірістердегі техникалық қауіпсіздік бұзылыстарының күрделі бұзылыстары кезінде кездеседі. Лазерлі құрылыстармен жұмыс істейтін адамдар ұзақ, созылмалы аз күштіліктегі тура сәулелердің әсері адам ағзасында әлі күнге дейін оқылмаған. Өндітірсте жұмыс істейтін адамдарға өндірістік ортадағы бірқатар қолайсыз факторлардың әсері бар:

23 жұмысшылар бірқатар технологиялық операцияларды орындау кезінле қолдарына тура лазерлі сәулелердің әсер етуі. Сонымен қатар, юстировка үшін қолданылатын, аз күштіліктегі гелий-неон ты лазерлердің әсерінен тура лазерлі сәулелер жұмысшының көзіне түсуі мүмкін. диффузды көрінетін және жайылмалы лазерлі сәулелер, минималды тура сәулелену кезінде көру ағзасын тура зақымдау деңгейін жоғарлатады. факел және лампаларды үрлеу кезіндегі жарық светтерден пайда болған жарық импульстарының жиілігі бір лазерлік құрылымда бір тәулік ішінде жетуі мүмкін. жұмысшылардың кей жағдайларда жартылай немесе толық жарығы жоқ мекемелерде лазерлі сәулелермен жұмыс істеуілері керек.

24 лазерлі құрылымдардың жұмысы кезіндегі тұрақты және импульсті шулар. лазерлі сәулелердің әсерінен жұмыс орындарындағы ауаның ионизациясы өзгереді, озон, азот қышқылы және металл және қосындыларының конденсациясының аэрозолдары. Осы заттардың барлығының ауадағы РБК жоғарлаған кезде адам ағзасына токсикалық әсер етеді. лазермен жұмыс жоғарғы электрлік тоқтың кернеулігімен, тура лазерлі сәулелердің қауіптілігі және үлкен жауапкершілігіне негізделген, нервтік эмоционалдық бұзылыстармен жүреді.

25 Лазер жарық толкындары диапозоныңда жұмыс істейді әрі кванттық-механикалық қондырғының бір түрі болып табылады. Лазер өте жұқа шашырамайтын (шоғырланған), энергиясының тығыздығы жоғары жарық сәулесін алуға мүмкіндік береді. Бұл сәуле байланыс құралы, локация, навигация және талқандайтын қару ретінде де қолданылуы мүмкін. Лазер (лаборатория NASA)

26 Лазерлік көрсеткіші бар револьвер Шетелдік мамандар Лазердің көмегімен әр түрлі соғыс міндеттерін орындауға: мысалы, жер үсті, әуе, су асты, су үсті нысаналарының координаттарын анықтауға, бірнеше корреспондент арасында көп каналды байланыс орнатуға, қарсыластың тірі күштерінің көзін шағылыстырып құртуға, басқарылатын ракеталарды жер үсті және әуе нысаналарына бағыттауға болады деп есептейді. Соңғы уақытта АҚШ-та көптеген зерттеулер радиациялық қарулар (ракетаға қарсы "өлім сәулесі") ойлап табуға, оптикалық кванттық генераторлар жасауға бағытталған.

27 Стоматология тәжірибесінде баяу ағынды гелий-неон тық лазер қолданылады. Қанжел (пародонт) ауруларын, зақымданған тканьдерді емдеуде, организмнің әр түрлі ауруларға бейімділігін (сенсебилизаңия) кеміту, иммундық қасиеттерін күшейту т. б. клиникалық жұмыстарда жақсы нәтиже береді. Ауыз қуысында болатын стоматиттерді (ауыздың уылуы) ерін мен тіл жараларын, глоссалгияны (тоқтаусыз ауыратын тіл кеселі), глосситті (тіл кабынуы) лазер сәулесімен емдеудің нәтижесі жақсы. Бұл сәулені сондай-ақ жақ сүйектері сынғанда, бетке пластикалық операциялар жасағанда қолданады.

28 Қарқындылығы кіші лазер сәулелерінің әсер ету механизмдері және биологиялық эффекттері Қазіргі кезде лазерлі терапия медицинада өте жиі қолданылады. Себебі: біріншіден, жоғарғы қуатты лазер құрылғыларының дамуы, екіншіден, қарқындылығы кіші лезерледің ағзадағы патологиялық ауруларды емдеудегі әсері болып табылады.

29 Тәжірибелік зерттеулер барысында НИЛИ мен тыныс алу мүшелерінің байланысының нәтижесінде,макроэргтер синтезін стимулдайды жәнереактивациялайды.Себебі адам организміндегі лазерлік сәуле хромоформдары цитохром альфа –альфа 3 және цитохромоксидаза.

30 Егеуқұйрықтардың гипоксияға бейімделуін зерттеу барысында,ферменттердің активтілігінің көбеюі және ми ұлпаларындағы адениннуклеотидтік пуланың болуы, клеткалардағы энергетикалық жетіспеушілікті төмендететін биохимиялық адаптациялық механизм екендігі дәлелденді.Демек,маңызды ферментативтік жүйелердің активтілігін модулдау арқылы, НИЛИ бас миының гипоксиясы кезінде, компенсаторлы және саногенетикалық әсерін тигізеді.

31 НИЛИ барлық медицина бағыттарында қолданылады, яғни имунитетті коррекциялау үшін, репарация прцестерін күшейту үшін, қанның реологиялық қасиеттерін жақсарту үшін қолданылады. НИЛИ дің биологиялық әсерін клеткалардағы цитозольдық кальцийдің, мембранадағы фосфолипидтердің концентрациясының өзгерісімен байланыстырады. НИЛИ жоғары қарқынды лазерлерге қарағанда, ағзаның ұлпаларын зақымдамайды. Ол жүзден аса ауруларды емдеуде пайдаланылады.

32 Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесінің физиологиялық әсері нервтік және гуморальдық жолмен реттеледі: Ұлпаларда биофизикалық және химиялық процесстердің өзгерісі ; Зат алмасудың өзгеруі ( биоактивация ); Нерв ұлпасының морфологиялық және функциональдық өзгерісі ; Терідегі клеткалық және ұлпалық элементтердің биологиялық активтілігінің жоғарылауы ; Тотығу - тотықсыздану процестері ; Бұлшықеттегі клеткаішілік процестеді активтендіру ; Ағзаның төзімділігін арттыру.

33 Кіші қарқындылықтағы лазер сәулесінің емдік әсері Жедел және созылмалы қабыну процестері; Жұмсақ тканьдер зақымдануы; Күйік және үсік шалу; Тері аурулары; Перифериялық нерв жүйесінің аурулары; Қан айналу жүйесінің аурулары; Тыныс алу мүшелерінің аурулары; Зәр шығару жүйесінің аурулары; Ас қорту жүйесінің аурулары; Иммундық бұзылыстар; Құлақ,тамақ, мұрын аурулары. -

34 Стоматология тәжірибесінде баяу ағынды гелий-неон тық лазер қолданылады. Қанжел (пародонт) ауруларын, зақымданған тканьдерді емдеуде, организмнің әр түрлі ауруларға бейімділігін (сенсебилизаңия) кеміту, иммундық қасиеттерін күшейту т. б. клиникалық жұмыстарда жақсы нәтиже беріп келеді. Ауыз қуысында болатын стоматиттерді (ауыздың уылуы) ерін мен тіл жараларын, глоссалгияны (тоқтаусыз ауыратын тіл кеселі), глосситті (тіл кабынуы) лазер сәулесімен емдеудің нәтижесі жақсы. Бұл сәулені сондай-ақжақ сүйектері сынғанда, бетке пластикалық операциялар жасағанда қолданады

35 Жоғарғы қуатты лазер сәулесінің емдік әсері Антисептикалық әсер, токсикалық агенттерден қорғаныштық тосқауыл; Тканьдерді кесу( лазерлі скальпель); Ортодонтикалық аппараттарды кесу

36 Жоғарғы жіті лазерлік әсерлер эндоваскулярлы және басқа да хирургиялық қабаттасушылықтарда лазерлі скальпель ретінде қолданылады. ВИЛИ ұлпаларда абляция, коагуляция, гипертермия тудырып физикалық күйін өзгертеді.

37 1. Б. Арызханов / Биологиялық физика. Алматы, Қайнар баспасы / Акзамов А.И. Внутрисосудистое лазерное облучение крови в комплексном лечении перитонита: автореф. дис.... канд. мед. наук. – М., Байбеков И.М., Касымов А.Х., Козлов В.И. и др. Морфологические основы низкоинтенсивной лазеротерапии. – Ташкент: Изд-во им. Ибн Сины, Барковский Е.В., Ачинович О.В., Бутвиловский А.В. и др. // Биофизика живых систем: от молекулы к организму / под ред. И.Д. Волотовского. – Минск: Белсэнс, – С. 73– Беляев В.П., Федоров А.С., Малышев Б.Н. и др. Лазеры в клинической медицине: руководство для врачей / под ред. С.Д. Плетнева. – М.: Медицина, Бриль Г.Е., Брилль А.Г. // Лазерная медицина. – – Т.1, 2. – С. 39–42.

38 7. Брилль Г.Е., Прошина О.В., Жигалина В.Н. и др. // Низкоинтенсивные лазеры в эксперименте и клинике: сб. науч. работ. – Саратов, – С. 26– Волотовская А.В. Мембраноклеточные эффекты лазерного облучения крови (экспериментально-клиническое исследование): автореф. дис....канд. мед. наук. – Минск, Вырыпаева О.В. Лазерная терапия в комплексном лечении нарушений мозгового кровообращения: автореф. дис....канд. мед. наук. – М., Гамалея Н.Ф. // Действие низкоэнергетического лазерного излучения на кровь: тез. Всесоюз. конф. – Киев, – С. 180– Гейниц А.В., Москвин С.В., Азизов Г.А. Внутривенное лазерное облучение крови. – М.; Тверь: Триада, 2006.

39