सूक्ष्म और नैनो निर्माण
लेज़र–ऊतक अंतःक्रिया
फेमटोसेकंड लेज़र उच्च परिशुद्धता और कम ऊष्मीय क्षति देते हैं, नेत्र विज्ञान आदि में उपचार/शल्य उपकरण बन सकते हैं।
उत्पाद परिचय
लेज़र–ऊतक अंतःक्रिया क्या है
लेज़र–ऊतक अंतःक्रिया उन प्रक्रियाओं का वर्णन करती है जो तब घटित होती हैं जब लेज़र विकिरण जैविक ऊतक द्वारा अवशोषित होता है। उपयुक्त लेज़र प्राचलों और किरण वितरण स्थितियों का चयन कर लेज़र विकिरण को नियंत्रित ऊतक रूपांतरण प्राप्त करने हेतु अनुकूलित किया जा सकता है। उपलब्ध लेज़र प्रौद्योगिकियों में फेमटोसेकंड लेज़र ऊतक प्रसंस्करण के लिए उत्तरोत्तर अधिक प्रयुक्त होते हैं, क्योंकि वे दीर्घ-पल्स लेज़र सिस्टम की तुलना में सीमित ऊष्मीय क्षति के साथ अत्यधिक स्थानिक ऊर्जा निक्षेपण सक्षम बनाते हैं। इन विशेषताओं ने फेमटोसेकंड लेज़र को नेत्र विज्ञान, दंत चिकित्सा, त्वचा विज्ञान और न्यूनतम आक्रामक मृदु-ऊतक शल्यचिकित्सा सहित चिकित्सा विषयों की व्यापक श्रेणी में लागू किया है।
तरंगदैर्घ्य और ऊतक प्रतिक्रिया
जैविक ऊतक और लेज़र विकिरण के बीच अंतःक्रिया तंत्र लेज़र प्राचलों — जिनमें तरंगदैर्घ्य, पल्स अवधि, पल्स ऊर्जा और पुनरावृत्ति दर सम्मिलित हैं — तथा विकिरित ऊतक के गुणों दोनों पर निर्भर करता है। ये कारक निर्धारित करते हैं कि लेज़र ऊर्जा ऊतक के भीतर कैसे अवशोषित और वितरित होती है, जिससे अंतःक्रिया की गहराई और परिणामी ऊतक प्रतिक्रिया प्रभावित होती है। UV विकिरण सतही ऊतक परतों के भीतर जैवअणुओं द्वारा तीव्रता से अवशोषित होता है और अंतःकोशिकीय कणों द्वारा प्रकीर्णित होता है, जिससे उथली वेधन गहराइयाँ होती हैं जो केवल दसवें भाग माइक्रोमीटर तक पहुँचती हैं। इससे UV लेज़र परिशुद्ध सतह ऐब्लेशन के लिए उपयुक्त होते हैं, किंतु गहनतर ऊतक लक्ष्यों तक पहुँच की आवश्यकता वाली प्रक्रियाओं में उनका उपयोग सीमित हो जाता है। इसके विपरीत, निकट-IR फेमटोसेकंड पल्स प्रकाशिक रूप से पारदर्शी ऊतकों से होकर संचरित हो सकते हैं और चयनित गहराई पर फोकस किए जा सकते हैं, जिससे ऊपरी परतों को क्षति पहुँचाए बिना उपसतह ऊतक रूपांतरण संभव होता है।
फेमटोसेकंड पल्स ऊतक के साथ कैसे अंतःक्रिया करते हैं
फेमटोसेकंड लेज़र ऐब्लेशन ऊतक के भीतर लेज़र ऊर्जा को उस समय-पैमाने पर निक्षेपित करने पर आधारित है जो महत्त्वपूर्ण ऊष्मा विसरण होने से छोटा होता है। अल्ट्राशॉर्ट पल्स की उच्च शिखर तीव्रता विकिरित आयतन के भीतर अरेखीय अवशोषण और प्लाज़्मा निर्माण आरंभ करती है। एक बार उत्पन्न होने पर प्लाज़्मा शेष लेज़र ऊर्जा अवशोषित करता है और उसे ऊतक से दक्षतापूर्वक युग्मित करता है, जिससे एक अ-ऊष्मीय ऐब्लेशन प्रक्रिया उत्पन्न होती है जो आसपास के ऊतक को न्यूनतम ऊष्मीय क्षति देते हुए परिशुद्ध क्रेटर आकार, आकृति और गहराई के साथ ऊतक उच्छेदन सक्षम बनाती है। लेज़र फ्लुएंस और पुनरावृत्ति दर के अतिरिक्त स्कैनिंग रणनीति महत्त्वपूर्ण भूमिका निभाती है। प्रायोगिक अध्ययनों ने दर्शाया है कि समुचित रूप से डिज़ाइन किए गए स्कैनिंग एल्गोरिद्म लेज़र ऊर्जा का वितरण करते हैं और क्रमिक लेज़र पासों के बीच दक्ष शीतलन की अनुमति देते हैं। किरण स्थिति और स्कैन अनुक्रमण का अनुकूलन कर उच्च पुनरावृत्ति दरों पर भी स्थानीय ऊष्मा संचयन न्यूनतम किया जा सकता है।
अल्ट्राशॉर्ट पल्स के लाभ
अल्ट्राशॉर्ट पल्स का प्रमुख लाभ आसन्न ऊतक को न्यूनतम ऊष्मीय क्षति देते हुए उच्च स्थानिक परिशुद्धता से ऊतक हटाने की क्षमता है। सतत-तरंग या दीर्घ-पल्स लेज़र की तुलना में अल्ट्राशॉर्ट पल्स न्यूनतम ऊष्मीय क्षति और सूक्ष्म गहराई नियंत्रण के साथ परिशुद्ध ऊतक उच्छेदन प्रदान करते हैं, जिससे वे उन प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त होते हैं जहाँ आसपास के ऊतक का परिरक्षण महत्त्वपूर्ण होता है। ठोस-अवस्था फेमटोसेकंड लेज़र अच्छी किरण गुणवत्ता और उच्च स्थिरता बनाए रखते हैं, जबकि एक ही लेज़र प्लेटफ़ॉर्म से IR और UV दोनों फेमटोसेकंड पल्स उत्पन्न करने की उनकी क्षमता एक ही लेज़र स्रोत से अनेक नेत्र संबंधी प्रक्रियाएँ करना सक्षम बनाती है।
नेत्र विज्ञान
नेत्र विज्ञान लेज़र–ऊतक अंतःक्रिया के सर्वाधिक स्थापित अनुप्रयोगों में से एक है। आधुनिक अपवर्तक शल्यचिकित्सा सामान्यतः दो भिन्न लेज़र स्रोतों को संयोजित करती है: कॉर्नियल फ्लैप निर्माण के लिए निकट-IR लेज़र और कॉर्नियल स्ट्रोमल ऐब्लेशन के लिए UV लेज़र। निकट-IR पल्स पारदर्शी कॉर्निया के भीतर फोकस किए जाते हैं, जहाँ स्थानिक प्रकाश-विघटन आसपास की परतों को क्षति पहुँचाए बिना परिशुद्ध स्थित ऊतक पृथक्करण उत्पन्न करता है। UV विकिरण कॉर्नियल ऊतक द्वारा तीव्रता से अवशोषित होता है और इसलिए फोटोरिफ्रैक्टिव प्रक्रियाओं के दौरान नियंत्रित सतह ऐब्लेशन के लिए प्रयुक्त होता है। हाल के अध्ययनों ने दर्शाया है कि ठोस-अवस्था फेमटोसेकंड लेज़र द्वारा उत्पन्न UV पल्स पारंपरिक argon fluoride एक्साइमर लेज़र के तुलनीय, अथवा कुछ मामलों में उनसे श्रेष्ठ, कॉर्नियल स्ट्रोमल ऐब्लेशन प्राप्त कर सकते हैं। 206 nm फेमटोसेकंड पल्स का उपयोग कर किए गए उच्च-गति ट्रांसेपिथीलियल फोटोरिफ्रैक्टिव केराटेक्टॉमी ने लगभग 1.6 s प्रति डाइऑप्टर की ऐब्लेशन गति प्राप्त की, साथ ही पूर्वानुमेय और पुनरुत्पादनीय ऐब्लेशन तथा एक्साइमर लेज़र उपचार के तुलनीय क्षतपूरण प्रतिक्रियाएँ बनाए रखीं। प्रक्रिया के दौरान उच्च ऐब्लेशन गति के बावजूद कॉर्नियल सतह तापमान में वृद्धि 7 °C से नीचे रही। ठोस-अवस्था फेमटोसेकंड लेज़र हार्मोनिक जनरेशन के माध्यम से UV विकिरण उत्पन्न करते हैं, अतः एक ही लेज़र स्रोत से निकट-IR और UV दोनों पल्स अंतःस्ट्रोमल प्रक्रियाएँ और कॉर्नियल सतह ऐब्लेशन दोनों सक्षम बनाते हैं।
दंत चिकित्सा
दंत चिकित्सा फेमटोसेकंड लेज़र ऊतक अंतःक्रिया का एक उभरता अनुप्रयोग क्षेत्र है, विशेषतः स्वचालित कैविटी तैयारी और पुनर्स्थापन प्रक्रियाओं में। रोबोटिक लेज़र दंत चिकित्सा को पारंपरिक उच्च-गति दंत ड्रिल के विकल्प के रूप में प्रस्तावित किया गया है, जो घूर्णी यंत्रों से संबद्ध यांत्रिक बलों, कंपन और शोर को कम करते हुए दंत कैविटी की स्वचालित तैयारी सक्षम बनाती है। डेंटिन और इनेमल के फेमटोसेकंड लेज़र ऐब्लेशन का अन्वेषण करने वाले अध्ययनों ने रासायनिक संघटन, ऊतक कार्बनीकरण, गलन या विरूपण में महत्त्वपूर्ण परिवर्तनों के बिना दरार-मुक्त ऊतक प्रसंस्करण दर्शाया है। लेज़र प्रसंस्करण उच्च-गति यांत्रिक ग्राइंडिंग द्वारा सामान्यतः उत्पन्न डेंटिन स्मियर परत के निर्माण से भी बचता है, साथ ही डेंटिन संरचना की आकृतिविज्ञान सुरक्षित रखता है और डेंटिनल ट्यूब्यूल खुले छोड़ता है। erbium और CO₂ दंत लेज़र की तुलना में, जो जल अवशोषण और ऊष्मा-यांत्रिक निष्कासन पर निर्भर करते हैं, फेमटोसेकंड लेज़र पल्स ऊतक को सामग्री को सीधे प्लाज़्मा अवस्था में आयनित कर हटाते हैं। यह प्रक्रिया आघात तरंगें उत्पन्न नहीं करती और श्रेष्ठ सतह गुणवत्ता देती है; फेमटोसेकंड लेज़र को ऊतक सतह पर जल की आवश्यकता नहीं होती और वे धातुओं सहित पुनर्स्थापन सामग्रियों की व्यापक श्रेणी का प्रसंस्करण कर सकते हैं।
त्वचा विज्ञान
त्वचा विज्ञान एक अन्य अनुप्रयोग क्षेत्र है क्योंकि अनेक त्वचा उपचारों के लिए अत्यधिक स्थानिक सतह ऐब्लेशन आवश्यक होता है। UV विकिरण सतही ऊतक परतों के भीतर तीव्रता से अवशोषित होता है। फलस्वरूप, नियंत्रित ऊतक निष्कासन और न्यूनतम पार्श्व क्षति की आवश्यकता वाली त्वचा-विज्ञान प्रक्रियाओं के लिए नैनोसेकंड लेज़र सिस्टम के विकल्प के रूप में फेमटोसेकंड UV लेज़र का अन्वेषण किया गया है। 320 nm से नीचे UV विकिरण के अधिकांश जैविक प्रभाव तब आरंभ होते हैं जब DNA प्रकाश अवशोषित करता है। 206 nm और 257 nm फेमटोसेकंड पल्स की तुलना करने वाले प्रायोगिक अध्ययनों ने दर्शाया है कि जैविक प्रतिक्रिया तरंगदैर्घ्य पर तीव्रता से निर्भर करती है; अन्वेषित स्थितियों में 206 nm विकिरण त्वचा कोशिकाओं में 257 nm विकिरण की तुलना में निम्न स्तर की DNA क्षति उत्पन्न करता है।
न्यूनतम आक्रामक शल्यचिकित्सा
अल्ट्राशॉर्ट लेज़र पल्स से प्राप्त उच्च परिशुद्धता और सीमित ऊष्मीय क्षति ने न्यूनतम आक्रामक शल्य प्रक्रियाओं के विकास को भी प्रेरित किया है। ये विशेषताएँ जठरांत्र शल्यचिकित्सा में विशेष रूप से महत्त्वपूर्ण हैं, जहाँ कोलोनिक पॉलिपेक्टॉमी और स्थानीय उच्छेदन के लिए आंत्र की पतली भित्ति संरचना के कारण उच्च परिशुद्धता के साथ न्यूनतम ऊष्मीय क्षति आवश्यक होती है। सतत-तरंग लेज़र, दीर्घ-पल्स लेज़र और इलेक्ट्रोकॉटरी-आधारित तकनीकें महत्त्वपूर्ण ऊष्मीय क्षति के प्रति प्रवण हैं; दीर्घ-पल्स सिस्टम में आसन्न स्वस्थ ऊतक को ऊष्मीय क्षति 300 µm कोटि की होती है। होलो-कोर निगेटिव-कर्वेचर फाइबर में हाल के विकास ने एंडोस्कोपिक प्रक्रियाओं के दौरान उच्च-ऊर्जा अल्ट्राशॉर्ट पल्स के लचीले वितरण को सक्षम बनाया है। शूकर बृहदांत्र ऊतक का उपयोग करने वाले प्राक्-चिकित्सकीय अध्ययनों ने 46 और 33 μJ की पल्स ऊर्जाओं से परिशुद्ध ऊतक उच्छेदन दर्शाया है, जिसमें ऊष्मीय रूप से क्षतिग्रस्त क्षेत्र 85 μm से छोटा था तथा ऐब्लेशन गहराई का सूक्ष्म नियंत्रण था।
CARBIDE और PHAROS
CARBIDE और PHAROS फेमटोसेकंड लेज़र अल्ट्राशॉर्ट पल्स अवधियों, उच्च पुनरावृत्ति दरों और एकीकृत हार्मोनिक जनरेशन को संयोजित कर निकट-IR से UV तक आउटपुट तरंगदैर्घ्य प्रदान करते हुए लेज़र–ऊतक अंतःक्रिया अनुप्रयोगों की व्यापक श्रेणी का समर्थन करते हैं। नेत्र संबंधी अनुप्रयोगों के लिए मूल निकट-IR फेमटोसेकंड पल्स अंतःस्ट्रोमल प्रक्रियाओं के लिए प्रयुक्त किए जा सकते हैं, जबकि हार्मोनिक जनरेशन द्वारा प्रदान किए गए UV पल्स कॉर्नियल सतह ऐब्लेशन के लिए लागू किए जा सकते हैं। यही तरंगदैर्घ्य लचीलापन त्वचा-विज्ञान प्रक्रियाओं और परिशुद्ध ऊतक ऐब्लेशन की आवश्यकता वाले अन्य चिकित्सा अनुप्रयोगों का समर्थन करता है।
