لیزر اگزایمر چیست:
لیزر اگزایمر نوعی لیزر است که از نور ماورا بنفش برای تولید دستگاه های میکروالکترونیک، مدارهای مجتمع نیمه هادی و ماشین های میکرو استفاده می کند. این لیزر نوعی لیزر مولکولی است. اتمها و یونهای جدا شده در لیزر یونی دارای سطح انرژی گسسته هستند. با این حال، مولکول ها دارای باندهای انرژی هستند.
این باندها دارای سطح انرژی الکترونیکی، ارتعاشی و چرخشی هستند. هر سطح انرژی الکترونیکی دارای تعداد زیادی سطح انرژی ارتعاشی و هر سطح ارتعاشی دارای تعداد زیادی سطح انرژی چرخشی است. اگزایمر اصطلاحی است که امروزه برای توصیف خانواده ای از لیزرها با خصوصیات خروجی مشابه به کار می رود، بدین معنی که همه آنها پالس های قدرتمندی را با نانو ثانیه یا ده ها نانو ثانیه با طول موج داخل یا فرابنفش نزدیک به خود منتشر می کنند.
واژه برانگیخته‌پار یا «اگزایمر» از عبارت «دیمر تحریک شده» بدست آمده‌است که یعنی یک مولکول دو اتمی وقتی در حالت تحریکی واقع است پایدار است و در حالت پایه ناپایدار است. چنین مواردی مشخصا عباتند از هالوژن‌های گازهای نادر مانند ArF , KrF و XeCl. اگر نمودار انرژی بر حسب فاصله بین مولکلی را برای حالت پایه یک مولکول معمولی رسم کنیم منحنی با یک انرژی کمینه در حالت جدایی در حالت پایه مولکول بدست می‌آوریم. چنین منحنی‌هایی را می‌توان برای حالت‌های تحریکی بدست آورد؛ ولی برای دیمرها گرچه حالت‌های تحریکی دارای مینیمم است ولی حالت پایه دارای مینیمم نیست.
تاریخچه لیزر اگزایمر:
اگزایمر در سال 1976 تولید شد و از زمان تولید آن تاکنون در ساخت میکرو تراشه های رایانه به کار گرفته می شود. لیزرهای اگزایمر قابلیت به ایجاد تغییرات خیلی دقیق را دارند و عملا هیچ تاثیری در خارج از منطقه هدف ندارند. در اوایل دهه 1980، یک فیزیکدان در مرکز تحقیقات IBM توماس واتسون در نیویورک به نام سرینیواسان و همکارانش ثابت کردند که اشعه ماورا بنفش از لیزر ترشح کننده فلوراید آرگون، قادر است پلیمرهای آلی و مصنوعی را به دقت از سطح زیر میکرون بدست آورد.
ژوئن 1983، استفان تروکل با سرینیواسان همکاری کرد تا نشان دهد که قرنیه چشم گاو به تابش لیزر اکیزمر پاسخ می دهد در حالی که بافت مجاور هیچ صدمه حرارتی ندارد. تروکل بر اساس این آزمایشات حق ثبت اختراع را در سال 1983 دریافت کرد. اولین چشم بینایی عادی که تحت عمل عکس برداری با لیزر های اگزایمر قرار گرفت در 14 ژانویه سال 1987 اتفاق افتاد. از آن زمان، میلیون ها چشم در سراسر جهان توسط لیزر اگزایمر از طریق آن تحت درمان قرار گرفتند. LASIK ، PRK ، LASEK و epi-LASEK
لیزراگزایمر چگونه کار می کند :
لیزرهای اگزایمر گروهی از لیزرهای پالسی هستند که انتقال الکترونیکی را در مولکول های کوتاه مدت در بر می گیرند. کلمه "excimer" به معنای دایمر هیجان زده است. دیمر به معنای یک مولکول دیاتومیک است که در اثر اتحاد دو اتم تشکیل شده است. مولکول اکسیمر فقط به عنوان یک مولکول برانگیخته وجود دارد زیرا حالت پایه به دلیل نیروی دافعه بین دو اتم مولکول در حالت پایه کوتاه مدت است. مولکول های اگزایمر که برای لیزینگ مورد مطالعه قرار گرفته اند که شامل دیمرهای گاز نجیب، دیمرهای بخار فلز، دیمرهای فلزی گاز کمیاب و دیمرهای هالوژن گاز کمیاب است.
دیمرهای هالوژن با گاز نادر از مهمترین آنها هستند. لیزر اگزایمر نور ماورابنفش تولید می کند که به خوبی توسط ترکیبات آلی و مواد بیولوژیکی جذب می شود. شدت انرژی نور ماورا بنفش ارائه شده توسط لیزر اگزایمر برای برهم زدن پیوندهای مولکولی موجود در سطح بافت بدون سوزش یا برش کافی است. لیزرهای اگزایمر لایه های ریز را از طریق فرسایش کنترل شده به جای سوختن، روی سطح بافت جدا می کنند. این امر باعث از بین رفتن لایه های ظریف بافت بدون ایجاد مزاحمت در لایه ها و اندام های عمیق می شود.
محیط فعال لیزر اگزایمر:
محیط فعال (یا محیط افزایش لیزر اگزایمر) جزء اصلی لیزر اگزایمر، محیطی به شکل مولکول های گاز نجیب (آرگون، کریپتون، زنون) به نام محیط فعال است. ویژگی های اصلی محیط فعال به شرح زیر است:
باید دارای یک جفت سطح انرژی باشد که با مقدار مشخصی انرژی از هم جدا شده اند. سطح انرژی دارای انرژی به عنوان سطح انرژی بالاتر یا سطح انرژی برانگیخته بالاتر و سطح انرژی با انرژی پایین به عنوان انرژی پایین یا حالت پایه شناخته می شود. باید امکان وارونگی جمعیت بین دو سطح انرژی را فراهم کند.
دستگاه پمپاژ این یک منبع خارجی انرژی است که انرژی لازم را برای محیط فعال فراهم می کند تا حالت وارونگی جمعیت را برای عمل لیزر ایجاد کند.
فرایند دمش لیزرهای اگزایمر:
برای دمش این لیزرها تخلیه الکتریکی، پرتوهای الکترونی و حتی پرتوهای فوتونی بکار می‌روند، گرچه در لیزرهای تجاری معمولاً از روش تخلیه الکتریکی استفاده می‌شود. دمش بسیار قوی به منظور ایجاد واکنش‌های فوق مورد نیاز است که منجر به عمل لیزر به صورت ضربانی می‌شود. تجهیزاتی مانند آنچه در لیزر ازت به منظور دمش لیزر مورد نیاز است. بعضی از مواقع با استفاده از پرتوهای فرابنفش یا پرتوهای ایکس گازی محفظه تخلیه ابتدا کمی یونیده می‌شود که تخلیه الکتریکی را بعداً سرعت می‌بخشد. غالباً تجهیزاتی نیز برای تعویض نوع گاز و تغییر طول موج لیزر نیز ساخته می‌شود. در هر صورت ضروری است به‌طور منظم گاز داخل محفظه لیزر تعویض شود تا از کاهش و تغییر خروجی لیزر جلوگیری شود. برخی از این مواد بخصوص گاز فلوئور سمی است.
توان و بازه بسامدی:
تعداد نسبتاً زیادی لیزرهای برانگیخته‌پار ساخته شده‌اند که ناحیه طول موجهای ۱۲۰ تا ۵۰۰ نانومتر را در بر می‌گیرند. برخی از آنان به خصوص XeF و KrF دارای کارایی مؤثر ۱۵–۱۰٪ می‌باشند. توان بیشینه تا ۱ ژول با توان متوسط حدود ۲۰۰ وات قابل حصول است. چنین ضربان‌های با توان بالا به خصوص جهت دمش لیزرهای رنگی مورد نیاز است.
ساخت لیزر اگزایمر:
این لیزر شامل یک لوله است که توسط دو الکترود متصل به منبع ولتاژ تخلیه تشکیل شده است. محیط فعال بین این دو الکترود قرار می گیرد.
این آرایش در یک حفره تشدید محصور شده است که توسط دو صفحه و آینه های موازی M1 و M2 تشکیل شده است. آینه M1 یک آینه کاملا منعکس کننده است، در حالی که آینه M2 یک آینه منعکس کننده جزئی است که لیزر پالس از آن خارج می شود.
کاربرد های لیزر اگزایمر:
1-لیزر اگزایمر وسیله ای است که از آن امروزه برای اصلاح جراحی عیوب انکسار استفاده می شود. اعمال جراحی رایجی که از این لیزر استفاده می کنند شامل: لازک ، لیزیک، پی آر کی، ترانس پی آر کی و پی تی کی است.
2-امروزه با پیشرفت علم پزشکی با ساخت دستگاه اگزایمر، اشعه ماوراء بنفش متمرکز شده و به صورت لیزر به ناحیه هدف تابانده می شود، بدون اینکه به بافت های سالم آسیبی وارد شود، ضایعات پوستی درمان می شوند. روش درمان با دستگاه اگزایمر مشابه سایر دستگاه های لیزر است. بدون درد بوده و ممکن است فرد فقط کمی احساس گرما در ناحیه هدف داشته باشد.
کاربرد لیزر اگزایمر در چشم:
بافت بیولوژیکی مانند قرنیه برای شکستن پیوندهای بافتی به انرژی فوتونی خاصی نیاز دارد. هنگامی که پرتوی لیزر به قرنیه برخورد می کند، پیوندهای بین مولکولی شکسته شده و مولکول ها با سرعت 2000 متر بر ثانیه در هوا پراکنده می شوند. این کار یک بافت قرنیه زیرین صاف و شفاف باقی می گذارد. این فرآیند با عنوان فوتوابلیشن (حذف با کمک نور) شناخته می شود. نور ماوراء بنفش توسط مولکول های بافت قرنیه جذب می شود که پیوندهای مولکولی را می شکند و بافت عملاً بخار می شود. هیچ اسکاری (جای زخمی) در قرنیه باقی نمی ماند زیرا در واقع هیچ گرمایی در این فرآیند تولید نمی شود.
لیزرهای پالسی تا یک میلیون برابر از لیزر موج پیوسته قدرت بیشتری دارند. این انرژی زیاد منجر به شکستن پیوندهای کربن به کربن مولکول های قرنیه و بخار شدن مولکول های هوا با سرعت مافوق صوت می شود!
انرژی لیزر اکسایمر توسط بافت حاوی آب مانند قرنیه جذب می شود. انرژی لیزر خود در نواحی غیر از کانون آن به سرعت کاهش می یابد. بنابراین، انرژی لیزر ماوراء بنفش به بافت عمقی چشمی نفوذ نمی کند و بنابراین به سایر بافت های چشم آسیب نمی رساند.
تراش و شکل دهی قرنیه با دقت دقیق باورنکردنی:
علاوه بر عدم وجود اسکار، یکی دیگر از مزایای استفاده از لیزر اگزایمر، دقت باورنکردنی است که می تواند بافت مورد نظر را بدون آسیب حرارتی به بافت اطراف از بین ببرد. از آنجا که انرژی بالای فوتون اکسایمر با نفوذ به بافت به سرعت کاهش می یابد، هر پالس فقط 0.25 میکرون بافت (یک چهار هزارم میلی متر) را از بین می برد. حدود 200 پالس از لیزر اکسایمر برای تراشیدن موی معمولی انسان که قطر آن حدود 50 میکرون است لازم است. نمودار و اصطلاحات زیر به شما کمک می کند تا دقت دقیق لیزر اکسایمر را بیشتر ارزیابی کنید.
لیزر اگزایمر پوست:
لیزر اگزایمر در بهبود بیماری های ویتیلیگو (پیسی یا برص) و پسوریازیس (صدف) و همچنین تصحیح لکه ها و خطوط سفید پوست سبب شده تا این لیزر جایگاه ویژه ای را در میان سایر لیزرهای پوستی برای خود داشته باشد. برخی گزارش‌های موردی استفاده از آن را برای اگزمای شدید آتوپیک موضعی، آلوپسی آره آتا ، لنفوم سلول پوستی، اسکلرودرمی موضعی و گرانولوم حلقوی نشان می‌دهند.
سخن آخر:
لیزر اگزایمر نوعی لیزر مولکولی است، اتم ها و یون های جدا شده در لیزر یونی دارای سطوح انرژی گسسته هستند. لیزر اگزایمر یک لیزر گازی است و از تحریک مخلوطی از گاز آرگون و فلوراید توسط الکتریسیته ایجاد می شود
گردآورنده: خانم فاطمه انصاری
منابع :