لیزر در پزشکی
سال:1402 | دوره:20 | شماره:1 |تعداد مقالات:6

اهداف: در سال های اخیر برخی روش های غیرتهاجمی برای ارزیابی وضعیت مشکلات (بیماری) پوستی و بافت ها ایجاد شده اند. ارزیابی بیماران بعد از لیزر‎درمانی برای بهبود بیماری‎های پوستی، به صورت بصری و براساس تجربه پزشکان انجام می شود. این نوع بررسی غیر خطی بوده و امکان خطای انسانی وجود دارد، لذا استفاده از روش‎های کمی و ابزاری در کنار ارزیابی بصری وابسته به پزشک، پیشنهاد می شود. این پژوهش با هدف ارائه یک سیستم اپتیکی بر پایه طیف‎سنجی و استفاده از موبایل جهت بررسی تمایز میان بافت سالم و ناسالم به‎منظور برای پایش و بررسی روند بیماری پوستی طراحی می‎شود. مواد و روش‎ها: در این پژوهش از روش طیف‎سنجی بازتابی پخشی و تصویر‎برداری بر پایه طیف استفاده شده است. درواقع با استفاده از تحلیل داده های طیف‎سنجی از یک ضایعه شبیه‎سازی‎شده عروق خونی بر روی پوست به عنوان کیس مورد مطالعه، یک روش تصویربرداری برپایه طیف‎سنجی ارائه می شود. ‎یافته ‎ها: داده‎های طیفی از پوست مورد بررسی قرار گرفت، با تحلیل داده‎های طیفی بازتابی پخشی، تمایز میان قله جذبی پوست سالم و پوست دارای ضایعه (شبیه‎سازی‎شده) مشخص شد. در ادامه با استفاده از این تمایز میان قله‎های جذب در طیف بازتابی پخشی، سیستم تصویر‎برداری برای ثبت تصویر همزمان پوست و ضایعه پیشنهاد شد. این سیستم تصویر‎برداری یک چیدمان اپتیکی اولیه جهت دستیابی به تصویر بدون بازتاب آینه‎ای و همچنین حذف عوامل محیطی مانند نور محیط می باشد. در واقع با مشخص‎کردن طول موج شاخص از تحلیل طیف‎سنجی باززتابی پخشی و انتخاب منبع نور مطابق با طول موج شاخص و نوردهی به ضایعه، می‎توان تمایز بهتری از آن ضایعه و ناحیه سالم اطراف را نشان داد. همچنین در این سیستم از دوربین موبایل به عنوان دتکتور استفاده شده است. نتیجه‎گیری: پس از ثبت تصویر از پوست سالم و ضایعه شبیه‎سازی‎شده روی پوست به ‎صورت همزمان، به پردازش تصویر و کمی‎سازی تصویر ثبت‎شده که با طول موج شاخص نوردهی‎شده، به تشخیص و بررسی پوست و ضایعه شبیه‎سازی‎شده پرداخته شد.

اهداف: فتودینامیک تراپی (Photodynamic Therapy-PDT) یک روش درمانی است که بر پایه تعامل بین یک حساس گر نوری، نور و اکسیژن مبتنی است. در این روش، ابتدا یک ماده حساس به نور که در سلول های سرطانی جذب می شود، با استفاده از منبع نور مناسب تحریک شده و گونه های فعال اکسیژن تولید می شوند که با تخریب سلول های سرطانی، باعث مرگ و مهار آن ها می شوند. گونه های فعال اکسیژن (Reactive Oxygen Species) شامل اکسیژن یکتایی (O-2) و رادیکال هیدروکسیل (OH-) هستند که در فرآیندهای زیستی به طور طبیعی تولید می شوند. این گونه ها در درمان سرطان به عنوان یکی از روش های درمانی مورداستفاده قرار می گیرند، زیرا می توانند باعث تخریب سلول های سرطانی شوند به طوری که می تواند با اجزای بیولوژیکی مانند لیپیدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک واکنش داشته باشد و به آن ها آسیب برساند و درمان سرطان را تسریع کنند. استفاده از نانوذرات در فتودینامیک تراپی برای درمان بسیاری از بیماری ها ازجمله سرطان، عفونت ها و بیماری های عروقی مورد بررسی قرارگرفته است. مواد و روش‎ها: در این پژوهش نانوذرات استرانسیوم تیتانات با روش سولووترمال ساخته شدند و برای اولین بار، توانایی این نانوذرات در تولید گونه های فعال اکسیژن ازجمله رادیکال هیدروکسیل و اکسیژن یکتایی در تحریک با پرتو UVA بررسی شد. یافته‎ها: نانوذرات استرانسیوم تیتانات به دلیل ویژگی های خاص خود، می توانند به طور انتخابی در سلول های سرطانی تجمع و با تابش نور متعادل شده، ROS تولید کنند. این ROS می توانند باعث آسیب رساندن به سلول های سرطانی شوند و درنهایت منجر به مرگ آنها شوند. نتیجه گیری: با توجه به نتایج به دست آمده از طیف جذب محلول های شناساگرها مشخص شد که نانوذرات استرانسیوم تیتانات توانسته اند رادیکال هیدروکسیل و اکسیژن یکتایی تولید کنند و توانایی نانوذرات استرانسیوم تیتانات در تولید گونه های فعال اکسیژن مورد تأیید قرار گرفت و نانوذرات می توانند به عنوان حساس گر نوری در روش فتودینامیک تراپی برای درمان سرطان مورداستفاده قرار بگیرند.

اهداف: امروزه پروتکل های رایج در درمان های سرطان، مانند جراحی، شیمی درمانی و رادیوتراپی، به ‎دلیل اشکالات خاص خود مانند زخم ، ‎عمل جراحی، مقاومت دارویی شیمی ‎درمانی، و برخی علائم مزمن پرتودرمانی و غیره به سختی رضایت ‎بخش هستند. در این میان نورپویادرمانی به عنوان روشی جدید برای درمان سرطان با عوارض جانبی کمتر بسیار مورد توجه قرار گرفته است. مواد و روش ‎ها: در این پژوهش نانوذرات سولفید‎مس با استفاده از یک روش آسان و کم ‎هزینه سنتز‎شده و توانایی آن در آشکارسازی اکسیژن یکتایی در محیط‎ های متفاوت (نسبت آب به-اتانول) مورد بررسی قرار گرفت. یافته‎ ها: به منظور بررسی خصوصیات ساختاری و ویژگی ‎های نوری نانوذرات سولفیدمس آنالیزهای پراش اشعه ایکس، میکروسکوپ الکترونی عبوری، طیف ‎سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه و طیف ماوراء بنفش-مرئی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. از‎ لیزر 808 نانومتر (توان 1 وات بر سانتی متر مربع) به ‎عنوان منبع تابش استفاده شد. تمامی آنالیزها تشکیل نانوذره ذکر‎شده را تایید کردند و اندازه نانوذرات سولفید‎مس تقریبا 10 نانومتر بدست آمد. نتیجه‎ گیری: مطالعه آزمایشگاهی نشان می‎دهد که نانوذرات سولفیدمس دارای اثر نورپویادرمانی عالی تحت تابش لیزر 808 نانومتر هستند که می‎توانند به ‎طور موثر اکسیژن یکتایی را برای از بین بردن سلول ‎های سرطانی تولید کنند. بنابراین نانوذرات سولفیدمس می‎توانند به ‎عنوان ماده حساس به نور زیست ‎سازگار و قدرتمند برای درمان نورپویا کارآمد مورد استفاده قرار بگیرند. بررسی ‎ها نشان می‎دهد که افزایش نسبت آب به اتانول باعث کاهش دقت پروب آنتراسن در شناسایی اکسیژن یکتایی در پدیده نورپویادرمانی می‎شود بنابراین حلال اتانول به عنوان بهترین حلال برای تولید اکسیژن یکتایی انتخاب و مورد استفاده قرار گرفت. علاوه ‎بر‎این، تکرارپذیر بودن نتایج در محیط اتانولی مورد بررسی قرار گرفت و نتایج بدست آمده فرآیند تکرار‎پذیری تولید اکسیژن یکتایی با استفاده از نانوذرات سولفیدمس را تایید می‎کند.

اهداف: توسعه سریع فوتونیک مادون قرمز، تقاضا برای طراحی آشکارسازهای نوری با کارایی بالا که در این محدوده طیفی کار می ‎کنند را افزایش داده است. در این میان آشکارساز های نوری مبتنی بر نقاط کوانتومی کلوئیدی به‎ علت دارا‎بودن خواص فوق العاده از‎جمله هزینه تولید مقرون به‎ صرفه، قابلیت لایه نشانی بر روی لایه‎های انعطاف‎پذیر و قابلیت تغییر فاصله گاف نواری با تغییر اندازه، توجه گسترده ای را در کابردهایی نظیر تشخیص پزشکی غیرتهاجمی و مراقبت های بهداشتی به خود جلب کرده اند. در این آشکارسازهای مادون قرمز جریان نوری به‎طور مستقیم بر حساسیت و عملکرد افزاره تأثیر گذاشته، لذا افزایش و بهینه ‎سازی آن از فاکتورهای مهم در کاربردهای پزشکی و زیستی محسوب می‎شود. مواد و روش‎ها: در این مطالعه تاثیر تغییرات اندازه قطر و چگالی آلایش لایه‎ نقاط کوانتومی کلوئیدی HgSe-HgTe در لایه فعال در دماهای مختلف برای بهینه ‎سازی جریان نوری مورد مطالعه قرار گرفته است. برای دستیابی به مشخصه ‎های آشکارسازی بر‎اساس ساختار نقاط کوانتومی کلوئیدی با حل خودسازگار معادلات شرودینگر و پواسون با روش تفاضل محدود، چگالی الکترون در هر تراز و پروفایل پتانسیل به دست آمده و جریان نوری آشکارساز برای افزاره محاسبه می گردد. یافته ‎ها: نتایج نشان می دهد که با افزایش چگالی آلایش لایه HgSe در ابتدا به دلیل افزایش حامل ها برای تحریک نوری، چگالی جریان نوری افزایش یافته و پس از رسیدن به نقطه بیشینه با افزایش بازترکیب حامل ها چگالی جریان نوری کاهش می‎یابد. از‎سوی د‎یگر افزایش چگالی آلایش لایه HgTe می تواند منجر‎به کاهش چگالی جریان نوری گردد. چگالی جریان نوری با افزایش قطر نقاط کوانتومی HgSe بدلیل تأثیر متقابل بین محصور شدن کوانتومی، فرار حامل ها، و اثرات تونل زنی افزایش یافته و بعد از رسیدن به نقطه بیشینه کاهشی شده و همچنین با افزایش قطر نقاط کوانتومی HgTe چگالی جریان نوری آشکارساز کاهش می یابد. نتیجه ‎گیری: به ‎طورکلی بهینه سازی و افزایش جریان نوری در کاربردهای پزشکی و زیستی آشکارسازهای مادون قرمز موجب بهبود عملکرد، دقت و ارتقا کارایی آشکارسازها‎شده و با مهندسی ساختار آشکارسازهای نوری مادون قرمز براساس نقاط کوانتومی کلوئیدی می‎توان جریان نوری را این آشکارسازها بهینه نمود.

اهداف: پیزوفوتوترونیک دانش نو‎ظهوری است که در سال ‎های اخیر توجه محققان زیادی را به خود جلب کرده است. این پدیده مبتنی بر تاثیر همزمان تابش نور و تنش مکانیکی بر ترابرد الکتریکی مواد نیمه ‎رساناست. در این کار، پدیده پیزوفوتوترونیک در زنجیره ‎های زیستی DNA مطالعه می ‎شود. با بررسی همزمان این دو محرک خارجی می‎توان بهترین شرایط را برای عبور جریان الکتریکی از توالی ‎های DNA بدست آورد و از آن برای طراحی آشکار‎سازهای اپتیکی و پیزوالکتریکی (پیزوفوتوترونیکی) استفاده کرد. مواد و روش ها: در این کار، با مطالعه همزمان اثر تنش مکانیکی و نور تابشی به بررسی جریان عبوری از توالی ‎های مختلف DNA می پردازیم. ما از هامیلتونی مدل پیرارد، بیشاپ و داکسیوس(PBD) که با اثرات میدان الکتریکی نور تابشی توسط لیزر و تنش مکانیکی ناشی از یک نیروی خارجی تصحیح شده است، استفاده می‎کنیم. سپس با بدست آوردن معادلات تحول سیستم و محاسبه جریان الکتریکی عبوری از توالی مدنظر، ترابرد الکتریکی سیستم را مطالعه می‎کنیم. یافته‏ ها: نتایج نشان می‎دهند که با تغییرات ولتاژ نواحی شبه‎اهمی در نمودار مشخصه جریان-ولتاژ مشاهده می شود که برای طراحی یک ابزار الکتریکی رایج می‎تواند مورد استفاده قرار گیرد. سپس با افزایش ولتاژ، شیب نمودار مشخصه جریان-ولتاژ به منفی تغییر می‎کند، به عبارتی شاهد بروز پدیده مقاومت دیفرانسیلی منفی (NDR) هستیم. ناحیه NDR می تواند برای طراحی سوئیچ ‎های قابل کنترل مورد استفاده قرار گیرد. مجدداً با افزایش ولتاژ شاهد تکرار متناوب این نواحی هستیم. بیشترین جریان از توالی CG-20 bp در دمای اتاق (300 K) عبور می‎کند و با افزایش دما جریان عبوری از توالی کاهش می‎یابد. نتیجه ‏گیری: تنش مکانیکی و تابش نور می‎توانند از عوامل تاثیرگذار بر ترابرد الکتریکی یک سیستم زیستی بر‎مبنای DNA باشد. می‎توان گفت با تنظیم شدت و فرکانس نیروی اعمالی و نور تابشی می‎توان جریان عبوری را کنترل کرد که در طراحی ابزارهای پیزوفوتوترونیکی کاربرد دارد. ابزارهای پیزوفوتوترونیکی، یکی از اجزای اصلی آشکارسازها و حسگرهای زیستی هستند که می‎توانند در تشخیص بیماری‎ها و علل آنها نقش بسزایی داشته باشند.

در دهه ‎های اخیر، شیوع بیماری ‎های انسانی به طور پیوسته افزایش یافته است، این امر محققان را به سمت طراحی زیست حسگرهایی با فناوری ‎های جدید سوق داده است. تحقیقات نشان می‎دهد که ترکیب نانومواد دوبعدی با فلزات نجیب نقش بسزایی در توسعه پارامترهای عملکرد حسگرها همچون حساسیت، ضریب شایستگی و دقت تشخیص دارد. نانو مواد دوبعدی مانند گرافن، فسفر سیاه، مکسین‎ ها و دی کالکوژنیدهای فلزات واسطه پارامترهای عملکرد را به طور قابل‎ ملاحظه ای بهبود می ‎دهند و از لایه های فلزی در برابر اکسیداسیون نیز محافظت می ‎کنند. حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی مبتنی بر منشور مزایای قابل توجهی نسبت به سایر حسگرهای نوری دارند، از‎جمله می‎توان به حساسیت قابل ملاحظه، دقت و سرعت پاسخ بالا، تشخیص بدون برچسب، مقاومت بالا در برابر تغییرات دمایی محیط و امکان تشخیص مولکول ‎های زیستی با غلظت و حجم کم اشاره نمود. در این مقاله مروری، تاریخچه و وضعیت فعلی زیست ‎حسگرهای پلاسمونی مبتنی بر پیکربندی کرچمان با تمرکز بر مواد دو بعدی بررسی شده است و کاربردهای بالقوه آنها در حوزه ‎های مختلف به ویژه پزشکی ارزیابی شده است. علاوه بر این به معرفی پدیده تشدید پلاسمون‎ سطحی و روش ‎های تحریک پلاسمون ‎ها برای اهداف حسگری و زیست حسگری پرداخته شده است. رویکردهای جدید عددی و تحلیلی برای مدل‎سازی زیست حسگرهای پلاسمونی و تعیین پارامترهای عملکردشان نیز بررسی شده است. این مقاله مروری می‎تواند برای جامعه علمی که علاقه مند به پژوهش در حوزه زیست حسگرهای پلاسمونی هستند، مفید باشد.