بخشی از مقاله
چکیده–
بافتهای بیولوژیک از جمله بافتهای انسانی نرم یا سخت - استخوان، کلیه، روده و... - بهدلیل ساختاربینظم، اتلاف کم و ضریب شکست بالایی که دارند، میتوانند به عنوان پراکننده محیط لیزر تصادفی عمل کنند. با توجه به وابستگی طیف گسیلی لیزرتصادفی به ساختار پراکنندهها، بافتهای بیولوژیکی آغشته به محلول رنگینه، حاوی اطلاعات مهم مرتبط با پیکربندی بافت خواهند بود.
از آنجا که سلولهای بافت سرطانی بهطور نامنظم و فزایندهای تکثیر می یابند و آرایشی بینظم و متخلخلتر نسبت به سلولهای بافت سالم دارند، طیف گسیلی لیزر تصادفی بافت سالم و سرطانی آغشته به محلول رنگینه متفاوت خواهد بود. در این مقاله گسیل لیزر تصادفی برآمده از بافت سالم و سرطانی تیروئید آغشته به محلول دای مورد بررسی قرار گرفته است.
-1 مقدمه
فرآیند گسیل لیزری در محیط فعال شامل مراکز پراکننده با آرایش کاتورهای، لیزر تصادفی نامیده میشود. لیزرهای تصادفی، لیزرهای غیر معمول هستند که سازوکار بازخورد آنها بر اساس پراکندگی نور حاصل از گسیل القایی است. برخلاف دیگر لیزرها، بازخورد اپتیکی در این لیزرها به وسیلهی پراکندگی چندگانه درون محیط بهره فراهم میشود؛ به عبارت دیگر در این لیزرها محیط بهره سبب تقویت نور شده و پدیده پراکندگی چندگانه موجب ایجاد تشدیدگرهای محلی در محیط میشود و بازخورد لازم را تأمین میکند. در واقع پراکندگیهای متعدد نور، جایگزین تشدیدگرهای اپتیکی موجود در لیزرهای معمول میشود. میتوان تشدیدگر اپتیکی تشکیلشده در لیزرتصادفی را مسیرهایی بسته توصیف کرد که نور را در جهات مختلف گسیل میکنند.
بافتهای بیولوژیک از جمله بافتهای انسانی نرم یا سخت - استخوان، کلیه، روده و... - به دلیل ساختار بینظم، اتلاف کم و ضریب شکست بالایی که دارند، میتوانند در محیط بهره مناسب به عنوان مراکز پراکننده شرایط ایجاد لیزر تصادفی را فراهم آورند.
انتشار نور درون بافت میتواند توسط پدیدههایی مانند پراکندگی الاستیک، غیر الاستیک و یا جذب همراه باشد. اما پراکندگی الاستیک به عنوان فرآیند غالب در بافت بیولوزیک آغشته به محلول رنگینه، عامل اصلی جایگزیدگی و تقویت نور برای گسیل لیزر تصادفی است. نخستین مراکز پراکنندگی، شبکههای فیبر کلاژن هستند که خارج از سلولها قرار دارند. میتوکندری و سایر اجزا درون سلول ابعادی کمتر از طول موج اپتیکی دارند؛ گرچه ساختارهای بزرگتر مثل هسته سلول که محدودهای بین 5 تا 15 میکرون دارند، نیز سبب پراکندگی نور میشوند. ابعاد پراکنندههای درون سلول 10 nm – 10 است.
بهدلیل وابستگی زیاد طیف گسیلی لیزر تصادفی به پیکربندی محیط پراکننده،بافتهای بیولوژیکی آغشته به محلول رنگینه حاوی اطلاعات مهم مرتبط با ساختار خود هستند. از آنجا که طیف گسیلی لیزر تصادفی بسیار به پیکربندی پراکنندهها وابسته است، پس طیف گسیلی از نمونه بافت سالم و سرطانی به دلیل اختلاف در ساختار بافت به عنوان پراکننده، متفاوت است
رندال1 و همکارانش در سال 2003 با مقایسه و بررسی طیف گسیل لیزرتصادفی نمونه بافت سالم و سرطانی روده آغشته به محلول رنگینه، تفاوتهایی در طیف گسیلی از نمونه بافت سالم و سرطانی را گزارش کردند
تصویر میکروسکپی یک نمونه بافت سالم و سرطانی روده در شکل 1 - b - و 1 - d - و طیف گسیلی لیزرتصادفی آنها در شکل 1 - a - و 1 - c - نشان داده شده است. طیفِگسیلی، به - قطر لکه تابشی روی نمونه وابسته است؛ چرا که کاواکهای تصادفی متفاوتی که هرکدام فاکتور کیفیت متفاوت دارند ایجاد میکنند. خطوط تیز موجود در طیف ناشی از مدهای گسیل لیزری همدوس است که توسط تشدیدگرهای درون بافت ایجاد میشود
شکل - a :1 طیف گسیلی از بافت روده سالم - bتصویر میکروسکوپی از بافت روده سالم، - c طیف گسیلی از بافت روده سرطانی، - dتصویر میکروسکوپی از بافت روده سرطانی
همچنین بهدلیل غشای از بین رفتهی سلولی و یا امکان برقراری پیوند شیمیایی بین بافت و مولکولهای رنگینه، قابلیت نفوذ پذیری بافت سرطانی بیشتر است. بنابراین بافت سرطانی مقدار بیشتری از رنگینه را درون خود جای میدهد. از این رو، با افزایش غلظت محلول رنگینه، جابه جایی به سمت طول موج های بلند در طیف گسیلی مشاهده میشود. یک نمونه از جابه جایی طیفی قرمز در فلورسانس نمونههای بافت سالم و سرطانی لنف گزارش شده است
در پژوهش مقاله حاضر، گسیل لیزر تصادفی برآمده از چند نمونه بافت سالم و سرطانی تیروئید آغشته به محلول دای مورد بررسی قرار گرفته است. براساس نتایج به دست آمده، علاوه بر تفاوتهای طیفی گسیل ناشی از نمونه بافت سالم و سرطانی، جابهجایی قرمز طیف گسیل لیزرتصادفی در بافت سرطانی نسب به سالم نیز مشاهده شده است.
-3 چیدمان آزمایشگاهی
چیدمان آزمایشگاهی شامل منبع برانگیختگی، هارمونیک دوم - λ=532nm - لیزرپالسی -Q سوئیچ Nd:YAG با عرض پالس 10ns و نرخ تکرار1-10 هرتز و انرژی بیشینه 220mJ/pulse، پایه جابهجاگر سه بعدی و بینابنگاراست.
مسیرهای حلقوی بستهای از نور درون محیط بافت شده که جایگزین تشدیدگر در لیزرهای معمولی میشود. مدهای گسیل لیزرتصادفی همدوس، نتیجه تداخل امواج پراکنده شده بسته از ساختارهای پراکننده بافت در طول مسیرهای حلقوی است. بهدلیل تفاوت در پیکربندی بافت سالم و سرطانی و شکل سلولها انتظار میرود که قلههای ظاهر شده در طیف گسیل لیزرتصادفی که هر کدام مد غالب تقویت شده در محیط بافت را نشان میدهد متفاوت باشند.
طیف گسیل لیزرتصادفی برآمده از دو نمونه بافت سالم و سرطانی آغشته به رنگینه در شکل2 نشان داده شدهاست. هر بافت در دو نقطه متفاوت پرتو دهی شده است.
شکل :2 طیف از پرتودهی دو نمونه بافت تیروئید سالم - آبی - و سرطانی
طیف گسیلی از نمونهها در زوایای نزدیک به تابش فرودی به بافت، توسط یک فیبر نوری جمعآوری و سپس با انتقال به بینابنگار 1100-200 - نانومتر - مدل S150 ثبت میگردد. دو نمونه بافت تیروئید سالم و سرطانی دو فرد بیمار تهیه و در محلول رودامین6G با غلظت 0/1 میلی مولار به مدت 45 دقیقه قرار داده شدهاست که برای پرتودهی مورد استفاده قرار گیرد.
-4نتایج تجربی
پراکندگیهای متعدد نور توسط ساختار بافت سبب ایجاد - قرمز - آغشته به محلول دای: - a,bبیمار اول - c,dبیمار دوم با توجه به متفاوت بودن پیکربندی بافت سالم و سرطانی به عنوان تشدیدگر، قلههای طیف گسیل لیزر تصادفی که بیان-گر طول موج مدهای غالب تقویت شده در محیط بافت هستند، نیز متفاوت هستند.
در بافت سالم بهدلیل ساختار منظم بافت و سلولها به عنوان تشدیدگرهای تقویت کننده محیط بهره، تقویت بهازای مدهای خاصی انجام می شود.
