Ultrahurtig laserteknologi kan tilbyde forbedret kræftbehandling
Ultrahurtig laserteknologi fortsætter med at overraske. Selvom forskning på dette område ved første øjekast kan virke ret abstrakt, fører den meget ofte til konkrete anvendelser. Dette gælder især i sundhedsvæsenet, hvor teknologien kan bruges til at behandle visse kræftformer.
Denne applikation blev opdaget af forskerholdet ved Advanced Laser Light Source Laboratory (ALLS) ved Institut national de recherche scientifique (INRS), efter nyligt arbejde ledet af professor og direktør for Énergie Matériaux Télécommunications Research Center (EMT Center), François Légaré.
Dette arbejde er frugten af samarbejde med medicinske fysikere ved McGill University Health Center (MUHC). Holdets undersøgelse, offentliggjort i tidsskriftet Laser &Photonics Reviews , præsenterer resultater, der sætter spørgsmålstegn ved vis viden om højeffekt laserimpulser - viden, der var blevet almindelig i det videnskabelige samfund.
"For første gang viste vi, at under visse forhold kan en laserstråle, der er tæt fokuseret i omgivende luft, accelerere elektroner, der når energier i MeV (megaelektronvolt) området, samme størrelsesorden som nogle stråleapparater, der bruges i strålebehandling mod kræft, " siger François Légaré, direktør for EMT-centret hos INRS.
Det var veletableret, at fokusering af en laserimpuls med tilstrækkelig høj intensitet i den omgivende luft ville generere et plasma ved brændpunktet. Dette plasma fungerer som en kilde til elektroner, der højst kan accelereres til energier op til nogle få keV (kiloelektronvolt). Indtil for nylig var det ikke muligt at nå højere energier i den omgivende luft på grund af en fysisk begrænsning.
Forskerholdet var i stand til at påvise, at elektroner accelereret i omgivende luft kan nå energier i MeV-området (megaelektronvolt) eller omkring 1.000 gange større end denne tidligere uoverstigelige grænse.
Bedre kræftbehandling
Gennembruddet af teamet på INRS's EMT Center åbner døren til store fremskridt inden for medicinsk fysik. Et godt eksempel er FLASH-strålebehandling, en ny tilgang til behandling af tumorer, der er resistente over for konventionel strålebehandling.
Det er en teknik, der kan bruges til at levere høje strålingsdoser på ekstremt kort tid (mikrosekunder i stedet for minutter). Dette beskytter bedre det sunde væv omkring tumoren. Denne FLASH-effekt er stadig dårligt forstået i forskning, men synes at involvere en hurtig deoxygenering af sunde væv, hvilket reducerer deres følsomhed over for stråling.
"Ingen undersøgelse har været i stand til at forklare karakteren af FLASH-effekten. Imidlertid har elektronkilderne, der bruges i FLASH-strålebehandling, lignende egenskaber som den, vi producerede ved at fokusere vores laser stærkt i den omgivende luft. Når først strålingskilden er bedre kontrolleret, vil yderligere forskning vil give os mulighed for at undersøge, hvad der forårsager FLASH-effekten og i sidste ende tilbyde bedre strålebehandlinger til kræftpatienter," siger Simon Vallières, postdoc-forsker og førsteforfatter af undersøgelsen.
Sikker håndtering
Denne opdagelse har konkrete konsekvenser. For det første kræver det ekstra forsigtighed ved håndtering af laserstråler, der er tæt fokuseret i den omgivende luft.
"De observerede elektronenergier (MeV) giver dem mulighed for at rejse mere end tre meter i luften eller flere millimeter under huden. Dette udgør en risiko for strålingseksponering for brugere af laserkilden," forklarer Simon Vallières.
Desuden observerede holdet ved at tage målinger nær kilden en høj strålingsdosisrate af elektroner - tre til fire gange større end dem, der bruges i konventionel strålebehandling.
"At afdække denne strålingsfare er en mulighed for at implementere sikrere praksis i laboratorier," siger Simon Vallières. Den unge forsker bemærker, at håndtering af højt fokuserede laserstråler i omgivende luft skal ske omhyggeligt, og at forskere skal undgå at blive udsat for høje doser af stråling, da de er skadelige for dit helbred.
Flere oplysninger: Simon Vallières et al., MeV-elektronstråle med høj dosishastighed fra en stramt-fokuseret femtosekund IR-laser i omgivende luft, Laser- og fotonikanmeldelser (2023). DOI:10.1002/lpor.202300078
Leveret af Institut national de la recherche scientifique
Varme artikler
-
Nuklear - Ude af denne verdenOak Ridge National Laboratory-forskere har udviklet et eksperiment til at teste potentielle materialer til brug i interplanetariske rejser. Eksperimentet udsætter prototypematerialer for temperaturer -
Fusionseksperter tager fat på kølestrategier for fusionsbrændselscyklusEt hold af fusionsforskere og ingeniører står foran ORNLs Helium Flow Loop-enhed. Fra venstre til højre foran:Chris Crawford, Fayaz Rasheed, Joy Fan, Michael Morrow, Charles Kessel, Adam Carroll og Co -
Forskere skaber den første tre-foton farvesammenfiltrede W-tilstandDet, der gør denne forskning unik, er brugen af farve, eller energien af fotoner, at skabe en energisammenfiltret W-tilstand. Kredit:University of Illinois Grainger College of Engineering Fors -
Forskere laver mikroskoper af dråberForskere ved MIT har udtænkt små mikrolenser fra komplekse væskedråber, som disse afbilledet her, som i størrelse kan sammenlignes med bredden af et menneskehår. Kredit:Massachusetts Institute of Te
- Mystery partikel spottet? Opdagelse ville kræve fysik så underlig, at ingen engang har tænkt på …
- Forskningsgruppe skaber bøjelig elektronik, der holder op under misbrug
- En ny teknik gør det muligt for forskere at oprette rigtige systemkartografiske kort i forskellige …
- Studerende udvikler spilteknologi til miljøvidenskabelig forskning
- Folie Vs. Mylar
- Sådan konverteres en fraktion til en decimal