Недавно су истраживачи са Универзитета у Квебеку извели успешан експеримент у Лабораторији за напредни извор ласерске светлости при Националном истраживачком савету Канаде (ИНРС), демонстрирајући обећавајућу употребу ултрабрзе ласерске технологије за терапију зрачењем рака.
„Први пут смо показали да под одређеним условима ласерски зрак чврсто фокусиран на амбијентални ваздух може убрзати електроне до енергетског опсега МеВ (мега-електрон волт), што је иста енергија као неки од радијатора који се користе у зрачењу рака. терапија“. рекао је Франоис Легаре, професор ИНРС-а и научни вођа Лабораторије за напредне изворе светлости (АЛЛС).
Чврстим фокусирањем неколико циклуса инфрацрвеног (ИР) ласера на нивоу милиџула (мЈ), фемтосекунде (фс), истраживачи генеришу релативистичке електронске зраке у амбијенталном ваздуху и постижу високе стопе дозе до 0.15 Греи у секунди (Ги/с). При атмосферском притиску, њихов ласерски интензитет достигао је 1 × 1019 вати по квадратном центиметру (В/цм-2). Тим је измерио настали електронски сноп и открио да има максималну енергију до 1,4 МеВ.
Тим је показао како се чврсти фокус ласера, дуга таласна дужина и трајање импулса кратког циклуса комбинују да би ограничили ефекат б-интеграције на фокусирани ласерски зрак. Велика густина молекула ваздуха у јонизујућем фокалном волумену довољна је да формира плазму близу критичне густине, што обезбеђује високу ефикасност конверзије из ласера у електроне. Кроз тродимензионалне симулације честица у ћелији, истраживачи су потврдили да је механизам убрзања релативистички заснован, да има потенцијал кретања масе и да је теоретски у складу са измереним енергијама електрона и расејањем.
Шема експерименталне поставке: импулси ултракратке инфрацрвене ласерске светлости су чврсто фокусирани на околни ваздух, производећи високу дозу јонизујућег зрачења.
Истраживачи верују да снага овог ласерског извора електрона потиче од његове једноставности. Једна фокусирана оптика у околном ваздуху може да произведе електронски сноп који испоручује дозу зрачења вредну годину дана особи која стоји један метар даље за мање од секунде. Нису потребна компликована подешавања или вакуумске коморе, што овај метод чини погодним за многе примене зрачења смањујући захтеве за производњу ултрабрзих извора електрона МеВ.
Напредак у ласерској технологији омогућио је убрзање ласерског будног поља - процес који убрзава електроне до високих енергија у врло кратком временском периоду генерисањем плазме - да раде у средњем инфрацрвеном спектру са системима класе мЈ да би произвели високе флуксове честица МеВ електрона који се могу користити у радиобиолошким истраживањима. Међутим, ови ласерски покретани извори електрона високе енергије захтевају сложене и гломазне инсталације у вакуумским коморама, које ограничавају приступ зраку.
Мев Елецтрон Извори ласерског покретања могли би да обезбеде нове приступе лечењу рака, као што је флеш зрачење, метода лечења тумора који су отпорни на конвенционалну терапију зрачење. Уз ФЛАСХ терапију, високе дозе зрачења се могу испоручити у микросекундама уместо у минутима. Ова брзина испоруке помаже у заштити здравог ткива које окружује тумор од ефеката зрачења. Иако ефекти Фласх-а нису у потпуности схваћени, научници вјерују да блиц може проузроковати брзу деоксигенацију здравог ткива, смањујући осетљивост ткива на зрачење.
Измерена брзина дозе зрачења (логаритамска скала) као функција удаљености од фокусне тачке за три различите енергије ласерског импулса.
„Ниједна студија још није била у стању да објасни природу ефекта блица“, рекао је истраживач Симон Валлиерес, „Међутим, извор електрона који се користи у ФЛАСХ терапији зрачењем има сличне карактеристике као онај који генеришемо интензивним фокусирањем ласера на амбијентални ваздух. Када се извори зрачења боље контролишу, даље студије ће нам омогућити да истражимо узроке ефекта блица и на крају обезбедимо бољу терапију зрачењем за пацијенте са раком."
Истраживачи верују да ће се скалабилност њиховог приступа повећати са континуираним развојем ласера високе просечне снаге у класи мЈ. Брз развој ласерских извора, који циљају на повећане доступне енергије импулса и стопе понављања, могао би омогућити да се ИНРС техника прошири на веће енергије електрона и веће дозе.
Истраживачи су такође нагласили важност безбедности када се ради са ласерским зрацима који су чврсто фокусирани на околни ваздух. Када су мерења обављена у близини извора зрачења, тим је приметио брзине дозе зрачења од електрона које су биле три до четири пута веће од оних које се користе у конвенционалној терапији зрачењем.
„Уочена енергија електрона (МеВ) им омогућава да се крећу више од 3 метра у ваздуху или неколико милиметара испод коже“, рекао је Валиер, „што представља ризик од излагања зрачењу за кориснике ласерског извора светлости. Откривање ова опасност од зрачења је прилика за примену безбедније праксе у лабораторији“.
