Micro y nanofabricación
Interacción láser–tejido
Los láseres de femtosegundo dan gran precisión y poco daño térmico, útiles en oftalmología y otras disciplinas.
Presentación del producto
Qué es la interacción láser–tejido
La interacción láser–tejido describe los procesos que ocurren cuando la radiación láser es absorbida por el tejido biológico. Al seleccionar parámetros láser y condiciones de entrega del haz apropiados, la irradiación láser puede adaptarse para lograr una modificación controlada del tejido. Entre las tecnologías láser disponibles, los láseres de femtosegundo se utilizan cada vez más para el procesado de tejidos porque permiten una deposición de energía altamente localizada con un daño térmico limitado en comparación con los sistemas láser de pulsos más largos. Estas características han permitido aplicar los láseres de femtosegundo en una amplia gama de disciplinas médicas, incluidas la oftalmología, la odontología, la dermatología y la cirugía de tejidos blandos mínimamente invasiva.
Longitud de onda y respuesta del tejido
El mecanismo de interacción entre el tejido biológico y la irradiación láser depende tanto de los parámetros láser —incluida la longitud de onda, la duración de pulso, la energía de pulso y la frecuencia de repetición— como de las propiedades del tejido irradiado. Estos factores determinan cómo se absorbe y se distribuye la energía láser en el tejido, influyendo en la profundidad de la interacción y en la respuesta tisular resultante. La radiación UV es absorbida fuertemente por las biomoléculas de las capas tisulares superficiales y dispersada por las partículas intracelulares, lo que da lugar a profundidades de penetración reducidas que alcanzan solo décimas de micrómetro. Ello hace que los láseres UV sean adecuados para la ablación de superficie precisa, pero limita su uso en procedimientos que requieren acceso a dianas tisulares más profundas. Por el contrario, los pulsos de femtosegundo en el IR cercano pueden propagarse a través de tejidos ópticamente transparentes antes de focalizarse a una profundidad seleccionada, lo que permite la modificación tisular subsuperficial sin dañar las capas superpuestas.
Cómo interactúan los pulsos de femtosegundo con el tejido
La ablación por láser de femtosegundo se basa en depositar energía láser en el tejido en una escala de tiempo más corta que aquella en la que puede producirse una difusión de calor significativa. La alta intensidad de pico de los pulsos ultracortos inicia absorción no lineal y formación de plasma en el volumen irradiado. Una vez generado, el plasma absorbe la energía láser restante y la acopla de forma eficiente al tejido, produciendo un proceso de ablación no térmica que permite la resección tisular con tamaño, forma y profundidad de cráter precisos, al tiempo que minimiza el daño térmico al tejido circundante. Además de la fluencia láser y la frecuencia de repetición, la estrategia de barrido desempeña un papel importante. Estudios experimentales han mostrado que algoritmos de barrido diseñados de forma apropiada distribuyen la energía láser y permiten un enfriamiento eficiente entre pases láser sucesivos. Al optimizar el posicionamiento del haz y la secuenciación del barrido, la acumulación local de calor puede minimizarse incluso a frecuencias de repetición altas.
Ventajas de los pulsos ultracortos
La principal ventaja de los pulsos ultracortos es la capacidad de eliminar tejido con alta precisión espacial al tiempo que se minimiza el daño térmico al tejido adyacente. En comparación con los láseres de onda continua o de pulsos más largos, los pulsos ultracortos proporcionan una resección tisular precisa con daño térmico mínimo y un control fino de la profundidad, lo que los hace adecuados para procedimientos en los que la preservación del tejido circundante es crítica. Los láseres de femtosegundo de estado sólido mantienen una buena calidad de haz y una alta estabilidad, mientras que su capacidad de generar pulsos de femtosegundo tanto IR como UV a partir de una única plataforma láser permite realizar múltiples procedimientos oftálmicos con una sola fuente láser.
Oftalmología
La oftalmología constituye una de las aplicaciones más establecidas de la interacción láser–tejido. La cirugía refractiva moderna combina habitualmente dos fuentes láser distintas: un láser de IR cercano para la creación del flap corneal y un láser UV para la ablación del estroma corneal. Los pulsos de IR cercano se focalizan en el interior de la córnea transparente, donde la fotodisrupción localizada produce una separación tisular posicionada con precisión sin dañar las capas circundantes. La radiación UV es absorbida fuertemente por el tejido corneal y se utiliza por tanto para una ablación de superficie controlada durante los procedimientos fotorrefractivos. Estudios recientes han demostrado que los pulsos UV generados por láseres de femtosegundo de estado sólido pueden lograr una ablación del estroma corneal comparable o, en algunos casos, superior a la de los láseres de excímero de argon fluoride convencionales. La queratectomía fotorrefractiva transepitelial de alta velocidad realizada con pulsos de femtosegundo de 206 nm alcanzó velocidades de ablación de aproximadamente 1.6 s por dioptría, manteniendo al mismo tiempo una ablación predecible y reproducible, junto con respuestas de cicatrización comparables al tratamiento con láser de excímero. Durante el procedimiento, el aumento de la temperatura de la superficie corneal permaneció por debajo de 7 °C pese a la alta velocidad de ablación. Los láseres de femtosegundo de estado sólido generan radiación UV mediante generación de armónicos, de modo que los pulsos de IR cercano y UV de la misma fuente láser permiten tanto los procedimientos intraestromales como la ablación de la superficie corneal.
Odontología
La odontología es una de las áreas de aplicación emergentes de la interacción láser–tejido con láser de femtosegundo, en particular en la preparación automatizada de cavidades y los procedimientos restauradores. La odontología láser robótica se ha propuesto como alternativa a las fresas dentales convencionales de alta velocidad, permitiendo la preparación automatizada de cavidades dentales al tiempo que se reducen las fuerzas mecánicas, la vibración y el ruido asociados a los instrumentos rotatorios. Estudios que investigan la ablación por láser de femtosegundo de dentina y esmalte han demostrado un procesado tisular sin grietas, sin cambios significativos de la composición química, ni carbonización, fusión o deformación del tejido. El procesado láser también evita la formación de la capa de frotis dentinario que produce habitualmente el rectificado mecánico de alta velocidad, al tiempo que preserva la morfología de la estructura dentinaria y deja abiertos los túbulos dentinarios. En comparación con los láseres dentales de erbium y CO₂, que se basan en la absorción del agua y en la expulsión termomecánica, los pulsos láser de femtosegundo eliminan el tejido ionizando el material directamente a un estado de plasma. Este proceso no genera ondas de choque y produce una calidad de superficie superior; los láseres de femtosegundo no requieren agua en la superficie del tejido y pueden procesar una gama más amplia de materiales de restauración, incluidos los metales.
Dermatología
La dermatología constituye otra área de aplicación porque muchos tratamientos cutáneos requieren una ablación de superficie altamente localizada. La radiación UV se absorbe fuertemente en las capas tisulares superficiales. En consecuencia, los láseres UV de femtosegundo se han investigado como alternativa a los sistemas láser de nanosegundo para procedimientos dermatológicos que requieren una eliminación tisular controlada con daño colateral mínimo. La mayoría de los efectos biológicos de la radiación UV por debajo de 320 nm se inician cuando el ADN absorbe luz. Estudios experimentales que comparan pulsos de femtosegundo de 206 nm y 257 nm han mostrado que la respuesta biológica depende fuertemente de la longitud de onda, y que la irradiación a 206 nm produce niveles más bajos de daño al ADN en las células cutáneas que la irradiación a 257 nm en las condiciones investigadas.
Cirugía mínimamente invasiva
La alta precisión y el daño térmico limitado logrados con pulsos láser ultracortos también han estimulado el desarrollo de procedimientos quirúrgicos mínimamente invasivos. Estas características son particularmente importantes en la cirugía gastrointestinal, donde la polipectomía colónica y la escisión local requieren alta precisión junto con un daño térmico mínimo debido a la estructura de pared delgada del intestino. Los láseres de onda continua, los láseres de pulsos largos y las técnicas basadas en electrocauterio son propensos a un daño térmico significativo, con un daño térmico al tejido sano adyacente del orden de 300 µm en los sistemas de pulsos largos. Los desarrollos recientes de fibras de núcleo hueco de curvatura negativa han permitido entregar de forma flexible pulsos ultracortos de alta energía durante procedimientos endoscópicos. Estudios preclínicos con tejido de colon porcino han demostrado una resección tisular precisa utilizando energías de pulso de 46 y 33 μJ, con una región dañada térmicamente inferior a 85 μm y un control fino de la profundidad de ablación.
CARBIDE y PHAROS
Los láseres de femtosegundo CARBIDE y PHAROS cubren una amplia gama de aplicaciones de interacción láser–tejido al combinar duraciones de pulso ultracortas, altas frecuencias de repetición y generación de armónicos integrada, proporcionando longitudes de onda de salida desde el IR cercano hasta el UV. Para aplicaciones oftálmicas, los pulsos de femtosegundo fundamentales en el IR cercano pueden utilizarse para procedimientos intraestromales, mientras que los pulsos UV obtenidos mediante generación de armónicos pueden aplicarse a la ablación de la superficie corneal. La misma flexibilidad de longitud de onda da soporte a procedimientos dermatológicos y a otras aplicaciones médicas que requieren una ablación tisular precisa.
