光纤激光器文献综述

科技文献检索与应用

——激光技术在生物医学上的应用

激光自从问世以来,已被广泛应用于生活中，尤其是在生物医学上面。它也给我们人类带来了更大的方面和利益，使更多的不可能成为了可能。下面我将从我搜索到的五篇科技文献中举例说明激光在医学上的重大作用。第一，激光热疗。以激光进行高温治疗的激光热疗法，已成为肿瘤热疗的一种新的有效手段。用于热疗的激光主要使用可见光及近红外激光，但由于该波段激光对组织的穿透有限，因此，激光热疗法具有一定的局限性。研究报道，利用光吸收染料能够选择性地增强肿瘤部位的热损伤，提高肿瘤治疗效果。最新研究表明，一种新颖的纳米材料——碳纳米管，在近红外区域对激光能量具有强烈吸收效应，并将光能量迅速转化为热能，产生的热效应导致了细胞的立刻崩溃。由于生物组织在近红外区的光吸收很弱，因此这种新颖的纳米材料因其独特的近红外光吸收性和光稳定性，能有效地代替光吸收染料在激光热疗中的应用。在研究单壁碳纳米管增强近红外区激光热疗效果的实验中，我们可以发现，单壁碳纳米管明显增强980 nm 激光的杀伤效应，并且此杀伤效应具有光剂量和单壁碳纳米管剂量依赖性。激光治疗组虽能抑制肿瘤生长，但激光穿透能力有限，不能有效地损伤深层肿瘤组织，所以易复发。而激光+ 单壁碳纳米管治疗组相对于激光治疗组，能更加有效地损伤肿瘤及深层肿瘤组织、抑制肿瘤生长。碳纳米管的应用显著地增强了激光热疗的效果。【1】第二，激光诱导击穿光谱。激光诱导击穿光谱在生物医学这一领域中正逐步吸引越来越多的科学家的兴趣，具有重要的应用价值和发展前景。基于激光与固体、液体、气体和气溶胶相互作用的介电击穿产生的等离子体发射称为激光诱导击穿光谱(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术。用光谱仪直接收集样品表面等离子体产生的发射谱线信号，从理论上可根据发射光谱的强度进行定量分析。在激光脉冲的作用下，LIBS 发射谱线的形成过程如图1 所示。【2】这是激光诱导击穿光谱的原理所在。

LIBS 在生物医学领域已经有了很广泛的应用。例如：分析人体或头发中的矿物元素、测量人体皮肤中Zn 的含量、分析钙化物质、识别和检测生物气溶胶、检测和识别细菌和识别恶性肿瘤组织等。总之，LIBS 技术是一种先进的元素分析技术，经过40 多年的发展，LIBS 技术已经获得了长足发展和广泛应用，目前LIBS 仪器在国外已实现商业化生产。第三，激光针灸。激光针灸就是以低强度激光束直接或聚焦或扩束照射穴位的穴区表面或深部，对穴位进行有效的刺激，起到疏通经络、调节脏腑、行气活血和平衡阴阳等作用，从而达到扶正祛邪、治病保健的目的。与传统针灸相比，激光针灸既除能达到针灸治疗的效果外,，还具有无痛、无菌、安全、易控、可调等特点，因此患者更易于接受。激光的灸疗主要是基于激光生物组织的热效应。【3】由于激光照射穴除

能起到传统针灸的疗效外还有许多独特的优点，所以它的利用得到了越来越多专家和学者的重视，并逐渐应用于临床，取得了丰富的成果。第四，激光辐照生物组织傅里叶与非傅里叶热传导效应。傅里叶与非傅里叶热传导效应采用的生物热传递方程都是传统的Pennes 生物热传导方程，该方程是基于傅里叶法则，即假设热量在生物组织中以无限大的速度传递。对于大多数的加热过程，此近似假设是可接受和合理的，但在某些特定情况下，如组织非均匀、加热时间非常短等，傅里叶热传导理论将不适用。【4】从研究中我们可以发现，这两种组织热传导模型对激光的吸收程度不一样，受温度的影响而变化。另外，第一层吸收系数增大，单位时间内组织吸收激光的能量增多引起组织温度的上升速率增大。停止激光作用后组织的吸收系数增大，单位时间内组织的温度下降变大，故使得组织温度的下降速率也增大。由于激光供给的能量一定，待时间增大到一定后，虽然组织吸收系数不同，但因为吸收的总能量保持不变，最终组织的温度趋于一个稳定值。第五，低强度激光疗法。光生物调节作用(PBM,photobiomodulation)是激光或单色光对生物系统的非损伤调节作用。只要照射时间足够短，中等强度的激光(MIL ,10 ～10 mW/cm )可以通过产生活性氧调节骨骼机卫星细胞等调节细胞的功能，相应的PBM 简写为MPBM。低强度激光(LIL , 2～10 mW/cm )则通过细胞膜受体分子的协同激活所引起的信号转导调节中性粒细胞和PC12 细胞等细胞的功能，相应的PBM 简写为LPBM。现已证明，PBM 可促进组织再生，并获得细胞效应研究的证实。因此，PBM 有望成为一种重要的治疗软骨损伤的“绿色”疗法。因此，激光还需要人类将其完善，更好地研究、更合理地利用。科学的进步来源于人类，最终也将服务于人类，每一项新技术或新事物的应用都要通过理论和实验的共同成功才能被广大人们所接受，科学来不得半点马虎，尤其是与人类健康密切相关的医学应用更要慎重才行，每一个科研工作者都希望自己的科研成果得到人们的认可并能为人们带来益处，所以一代又一代的科研工作者在认认真真地工作着。前面引用过的激光应用只是先进的物理技术和传统的生物医学相结合的一些很好的例子，只要我们各学科的研究者共同努力，并注意学科间的交叉应用，我们还会有更多更好的成果。相信在不远的将来艾滋病、乙肝、高血压、老年痴呆将不再是人类长寿的拦路虎，人类延年益寿的梦想将会梦想成真。

参考文献：【1】周非凡、邢达、宋盛、欧忠敏、陈伟等. 单壁碳纳米管增强近红外区激光热疗效果，《中国激光》.2009.10. 【2】刘宪云、王振亚、郝立庆、赵文武、黄明强、龙波、张为俊等. 激光诱导击穿光谱在生物医学中的应用，《激光技术》.2008.04. 【3】赫君、彭玉峰、牧凯军、程祖海等.激光针灸的原理及其在临床上的应用，《应用激光》.2008.02. 【4】杨洪钦、陈建玲、王瑜华、谢树森、李晖等. 激光辐照生物组织傅里叶与非傅里叶热传导效应，《中国激光》.2009.10. 【5】梁军、杨小红、刘承宜等. 低强度激光对软骨胶原合成和细胞增殖影响，《光电子·激光》.2008.01.