فصلنامه لیزر در پزشکی
سال شانزدهم شماره 2 (پیاپی 72، تابستان 1398)

ارزیابی صحت عملکرد عروق کرونری در حین عمل، برای جلوگیری از شکست زودهنگام عمل های بای پس قلبی ضروری است. در سال های اخیر، روش تصویربرداری فلئورسنت جهت بررسی پیوند عروق در حین جراحی مورد استفاده قرار گرفته است. از آنجایی که تاکنون روش و چینش ایدئالی برای بررسی عروق قلبی به صورت پیش بالینی ارائه نشده است، هدف از انجام این طرح بهبود روش تصویربرداری فلئورسنت مادون قرمز عروق قلبی و کمی سازی آن می باشد.

سامانه تصویربرداری فلئورسنت مادون قرمز در دو بخش آرایه تحریکی و آشکارسازی طراحی شد. در این طرح از قلب 10 موش صحرایی به صورت برون تنی و با تزریق محلول ایندوسیانین سبز به عروق قلبی آن ها تصویربرداری شد. با تصاویر حاصل از این سیستم تصویربرداری، به بررسی رابطه بین آنژیوگرافی عروق قلبی با اندازه عروق و میزان جریان خون در داخل آن ها پرداخته شد. در این طرح، پس از تعیین نمودار شدت بر حسب زمان برای نواحی مشخص شده ای از عروق قلبی، گرادیان و سطح زیر نمودار برای عروق قلبی با قطر های متفاوت محاسبه شد.

نمودار شدت روشنایی عروق حاوی ماده ایندوسیانین سبز بر حسب زمان با تعیین نواحی مشخص از عروق به دست آمد. مقادیر گرادیان در این طرح در محدوده 6/3-3/5 بر ثانیه و همبستگی آن با اندازه عروق 0/9938 و مقادیر سطح زیر نمودار در محدوده 1282-712 ثانیه و همبستگی آن با اندازه عروق 0/9951 به دست آمد.

سامانه تصویربرداری فلوئورسنت مادون قرمز فلوئورسنت پیشنهادی، رزولوشنی در حدود62 میکرومتر دارد و بنابراین در تصاویر حاصل از آن می توان عروق قلبی موش را به راحتی شناسایی و مشاهده کرد. گرادیان شدت ماده فلوئورسنت و مساحت سطح زیر نمودار شدت-زمان با اندازه عروق قلبی موش همبستگی 99 درصد دارند.

اخیرا، زمینه تحقیقاتی جدیدی از ساختار پلاسمونیک، معروف به ابرجاذب پلاسمونیک، توجه زیادی را به خود جلب کرده است. ابرجاذب ها به طور وسیعی در زمینه های نوظهور مثل حسگری شیمیایی و زیستی قابل کاربرد می باشند. رایج ترین طراحی برای ابرجاذب بر اساس ساختار سه لایه ای شامل فلز-عایق-فلز(MIM)  می باشد. با ترکیب حسگرهای تشدید پلاسمون سطحی جایگزیده (LSPR) و حسگرهای MIM می توان از مزیت های هر دو حسگر به طور همزمان بهره برد.

یک ابرجاذب پلاسمونیک (بدون استفاده از روش لیتوگرافی) متشکل از نقره-دی الکتریک-لایه نانوجزیره نقره که در فرکانس مرئی کار می کند و مفهوم ابرجاذب و حسگر LSPR را در یک جا جمع می کند، با بهره گیری از روش لایه نشانی تبخیر حرارتی ساخته شد. طیف بازتاب ابرجاذب با استفاده از روش طیف سنجی بازتابی پخشی ثبت شد. از ویژگی های این ساختار به عنوان حسگر، تغییر رنگ قابل مشاهده با چشم هنگام تغییر ضریب شکست محیط اطراف است. همچنین با استفاده از شبیه سازی FDTD امکان استفاده از این ساختار به عنوان یک زیست حسگر مورد بررسی قرار گرفت.

 نتایج نشان می دهد این ابرجاذب امکان استفاده به عنوان حسگر ضریب شکست و حسگر زیستی را دارد. همچنین تغییر رنگ قابل مشاهده با چشم هنگام تغییر ضریب شکست محیط اطراف، قابلیت زیاد این ساختار برای عملکرد حسگری حتی در محیط غیر آزمایشگاهی را نشان می دهد.

وابستگی شدید نمونه به مواد اطراف، این ابرجاذب را گزینه ای مناسب برای کاربرد به عنوان حسگر می کند.

امروزه درمان فتودینامیک یکی از امیدوارکننده ترین روش های غیرتهاجمی درمان سرطان است. برهمکنش نور لیزر با ماده حساس به نور و تولید اکسیژن منفرد در واقع، اساس فرآیند درمان با این روش است. شبیه سازی و بررسی قبل از انجام کارهای کلینیکی باعث موفقیت بیشتر فرآیند درمان می شود و بنابراین الزامی است. در این مقاله درمان سرطان با روش فتودینامیک شبیه سازی شده و سپس تاثیر فلوئنس نور لیزر بر روی درمان مورد بررسی قرار می گیرد.

برای شبیه سازی مدل استوانه ای Krogh برای مویرگ و بافت سرطانی انتخاب شده است. در این مدل فرض می شود که اکسیژن این تومور تنها توسط مویرگی که در آن قرار گرفته است، تامین می شود. مویرگ و بافت تومور به ترتیب به صورت استوانه هایی با شعاع 10 و 65 میکرون در نظر گرفته شده است و ارتفاع مویرگ و بافت تومور 220 میکرون می باشد. در محاسبات تاثیر جذب و پراکندگی نور لیزر در ناحیه درمان لحاظ شده است و سپس معادلات نرخ فتوفرین، اکسیژن حالت پایه و منفرد با روش المان محدود حل شده است و توزیع فضایی و تحول زمانی این کمیت ها به ازای نرخ فلوئنس مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

بررسی توزیع فضایی نشان می دهد که تغییرات نرخ فلوئنس نور لیزر در ناحیه درمان اندک است و سطوح دارای غلظت یکسان اکسیژن حالت پایه و فوتوفرین تقریبا متقارن و پوسته های استوانه ای شکل هستند. نتایج بیانگر این مطلب است که افزایش نرخ فلوئنس لیزر باعث افزایش قدر مطلق شیب نمودارهای غلظت اکسیژن حالت پایه، اکسیژن منفرد و فتوفرین برحسب زمان می شود. بررسی کمیت ها در یک زمان درمان معین نیز نشان می دهد که افزایش نرخ فلوئنس لیزر منجر به کاهش هر چه بیشتر غلظت اکسیژن حالت پایه و فتوفرین می شود در حالیکه غلظت اکسیژن منفرد با نرخ فلوئنس رابطه مستقیم دارد. در نهایت مشخص شد که غلظت فتوفرین در بازه مورد بررسی از mM 1 کمتر نمی شود و زمان آستانه مرگ سلولی برای نقطه (y=6,z=11,x=65) میکرون به ازای نرخ های فلوئنس نور لیزرmW/cm2200، 150،100 و 50 به ترتیب 509،680،1018 و 2033 ثانیه می باشد.

گلوکز و فروکتوز در بسیاری از مواد غذایی یافت می شوند و شناسایی آن ها در مواد غذایی و در کشاورزی دارای اهمیت است تا به کنترل بیماری هایی مانند بیماری دیابت کمک شود. از طرفی طیف سنجی رامان به کمک سطوح فلزی زبر می تواند برای شناسایی مقادیر اندک مواد گوناگون به کار گرفته شود. با قرار گرفتن گونه های مختلف در نزدیکی سطح فلز و جذب فیزیکی آن ها روی سطح فلزی، به علت برهم کنش میان پلاسمون های سطحی فلز و ارتعاش های مولکولی گونه ها شدت سیگنال رامان افزایش می یابد که در این مقاله برای شناسایی گلوکز و فروکتوز از این روش استفاده شده است.

با استفاده از نمک طلا و عامل کاهنده تری سدیم سیترات دوآبه، نانوذرات طلا به روش ساده شیمیایی ساخته شدند و به روش قطره افشانی، زیرلایه های شیشه ای با نانوذرات طلا پوشش داده شدند تا بسترهای پلاسمونیکی ساخته شوند. در نهایت، با استفاده از این بسترهای پلاسمونیکی و طیف سنجی رامان، شدت رامان هر یک از ارتعاش های مولکولی گلوکز و فروکتوز بررسی شدند.

با مشاهده قله پلاسمونی ذرات ساخته شده در حدود 520 نانومتر و مشاهده ساختار FCC در مشخصه یابی XRD، ساخت نانوذرات طلا تایید شد. تصویر میکروسکوپ الکترونی از بسترهای پلاسمونیک نشان می دهد تعداد زیادی از ذرات اندازه بین 100 تا 400 نانومتر دارند هر چند ذرات کوچک تر تا اندازه حدود 5 نانومتر و ذرات بزرگ تر تا اندازه حدود  1000 نانومتر نیز ساخته شده اند. زبری بسترهای پلاسمونیکی که حاصل از یکنواخت نبودن پوشش طلا است، منجر به پراکندگی نور از جزایر مشاهده شده در تصویر میکروسکوپ الکترونی می شود. با حکاکی گلوکز یا فروکتوز روی بسترهای پلاسمونیکی، به دلیل تشدید پلاسمون های سطحی نانوذرات کوچک تر و پراکندگی نور از نانوذرات بزرگ تر طلا، ارتعاش های مولکولی گلوکز یا فروکتوز تقویت می شوند و شدت طیف SERS این دو در مقایسه با شدت طیف رامان آن ها افزایش می یابد.

استفاده از بسترهای پلاسمونیکی طلای ساخته شده در طیف سنجی رامان به دلیل تشدید پلاسمون های سطحی نانوذرات طلا و پراکندگی نور از ذرات طلای بزرگ تر، سیگنال رامان ارتعاش های مولکولی گلوکز و فروکتوز را تقویت می کنند. بنابراین، انتخاب مناسبی برای آشکارسازی غلظت های مختلف گلوکز و فروکتوز به حساب می آیند تا بیماری دیابت کنترل شود. با کاهش غلظت گلوکز و فروکتوز حکاکی شده روی بسترهای پلاسمونیک، سیگنال های SERS نیز به دلیل کاهش تعداد ارتعاش های مولکولی کاهش می یابند.

 
[1]Surface-enhanced Raman spectroscopy

تکنیک های تشخیص نوری اغلب دارای مزیت های بسیاری نسبت به روش های سنتی از جمله سرعت، هزینه، دقت و روش های غیرتهاجمی هستند و منجر به تغییر مدیریت سرطان در آینده می شوند. حفره دهان به طور ویژه قابل بررسی است بنابراین چنین روش هایی می توانند به عنوان ابزاری جایگزین یا در کنار روش های سنتی عمل کنند. بررسی جامعی از روش های نوری در تشخیص سرطان دهان ارائه شده است. پس از معرفی اپیدمیولوژی و عوامل زمینه ای مرتبط با سرطان در حال حاضر، روش های تشخیصی و محدودیت های آن ها ارائه می شود. بررسی جامع روش های فلوئورسانس، طیف سنجی جذبی مادون قرمز و رامان در تشخیص سرطان دهان بیان شده است. همچنین کاربرد روش هایی با حداقل تهاجم براساس سرم/بزاق نیز مورد بررسی قرار گرفته است. این بررسی با بحث درباره نیازهای آینده و دامنه تحولات از نقطه نظر بالینی نتیجه گیری می کند.