Nýlega gerðu vísindamenn frá háskólanum í Quebec árangursríka tilraun á Advanced Laser Light Source Laboratory hjá National Research Council of Canada (INRS), sem sýndi fram á efnilega notkun ofurhraðrar leysitækni fyrir krabbameinsgeislameðferð.
„Við höfum sýnt fram á í fyrsta sinn að við ákveðnar aðstæður getur leysigeisli sem er þéttur fókusað á umhverfið hraðað rafeindum í MeV (mega-electron volt) orkusviðið, sem er sama orka og sumir ofna sem notaðir eru í krabbameinsgeislun. meðferð." sagði Franois Légaré, INRS prófessor og vísindalegur leiðtogi Advanced Light Sources Laboratory (ALLS).
Með því að stilla þétt saman nokkrar lotur af millijóúla (mJ)-stigi, femtósekúndu (fs), innrauða (IR) leysis, mynda rannsakendur afstæðisfræðilega rafeindageisla í andrúmslofti og ná háum skammtahraða allt að 0.15 Grey á sekúndu (Gy/s). Við loftþrýsting náði leysistyrkur þeirra 1 × 1019 wött á fersentimetra (W/cm-2). Hópurinn mældi rafeindageislann sem fékkst og komst að því að hann hafði hámarksorku allt að 1,4 MeV.
Teymið sýndi hvernig þéttur fókus leysisins, langur bylgjulengd og skammtímapúlstími sameinast til að takmarka áhrif b-samþættingar á fókusa leysigeislann. Hár þéttleiki loftsameinda í jónanlegu brennirúmmáli er nægjanlegur til að mynda plasma nálægt mikilvægum þéttleika, sem veitir mikla umbreytingarvirkni frá leysi í rafeindir. Með þrívíðum ögnum-í-frumu uppgerðum staðfestu vísindamennirnir að hröðunarbúnaðurinn byggist á afstæðisfræðilega, hefur massahreyfingarmöguleika og er fræðilega í samræmi við mælda rafeindaorku og dreifingu.
Skýringarmynd af tilraunauppsetningunni: púlsar af ofurstuttu innrauðu leysiljósi eru þétt fókusaðir á nærliggjandi loft og framleiða stóran skammt af jónandi geislun.
Rannsakendur telja að styrkur þessa leysidrifna rafeindagjafa stafi af einfaldleika hans. Einn einbeittur ljósleiðari í loftinu í kring getur framleitt rafeindageisla sem skilar eins árs geislaskammti til manns sem stendur í einum metra fjarlægð á innan við sekúndu. Engar flóknar uppsetningar eða lofttæmishólf eru nauðsynlegar, sem gerir þessa aðferð hentuga fyrir mörg geislunarnotkun með því að draga úr kröfum um að framleiða ofurhraða MeV rafeindagjafa.
Framfarir í leysitækni hafa gert leysisvökusviðshröðun kleift - ferli sem flýtir rafeindum í mikla orku á mjög stuttum tíma með því að búa til plasma - til að vinna í miðju innrauða með mJ-flokka kerfum til að framleiða mikið agnaflæði MeV rafeinda sem hægt er að nota í geislalíffræðirannsóknum. Hins vegar krefjast þessar háorku laserdrifnu rafeindagjafar flókinna og fyrirferðarmikilla uppsetninga í lofttæmishólfum, sem takmarka aðgang að geislanum.
Laser-drifnar MeV rafeindagjafar gætu veitt nýjar aðferðir við krabbameinsmeðferð, svo sem FLASH geislameðferð, aðferð til að meðhöndla æxli sem eru ónæm fyrir hefðbundinni geislameðferð. Með FLASH meðferð er hægt að gefa stóra geislaskammta á míkrósekúndum í stað mínútum. Þessi afhendingarhraði hjálpar til við að vernda heilbrigða vefinn í kringum æxlið fyrir áhrifum geislunar. Þrátt fyrir að áhrif FLASH séu ekki að fullu skilin, telja vísindamenn að FLASH geti valdið hraðri súrefnislosun á heilbrigðum vef, sem dragi úr næmni vefsins fyrir geislun.
Mældur geislaskammtahraði (logaritmískur mælikvarði) sem fall af fjarlægð frá brennipunkti fyrir þrjár mismunandi leysirpúlsorku.
„Engin rannsókn hefur enn tekist að útskýra eðli flassáhrifanna,“ sagði vísindamaðurinn Simon Vallières, „Hins vegar hefur rafeindagjafinn sem notaður er í FLASH geislameðferð svipaða eiginleika og við framleiðum með því að einbeita leysinum ákaft að umhverfislofti. Þegar betur hefur verið stjórnað á geislauppsprettunum munu frekari rannsóknir gera okkur kleift að rannsaka orsakir flassáhrifa og að lokum veita betri geislameðferð fyrir krabbameinssjúklinga.“
Rannsakendur telja að sveigjanleiki nálgunar þeirra muni aukast með áframhaldandi þróun hámeðalaflsleysis í mJ flokki. Hröð þróun leysigjafa, sem miðar að aukinni tiltækri púlsorku og endurtekningarhraða, gæti gert kleift að útvíkka INRS tæknina til hærri rafeindaorku og stærri skammtahraða.
Rannsakendur lögðu einnig áherslu á mikilvægi öryggis þegar tekist er á við leysigeisla með þéttan fókus á nærliggjandi loft. Þegar mælingar voru gerðar í nágrenni geislagjafans sá teymið geislaskammtahraða frá rafeindum sem voru þrisvar til fjórum sinnum hærri en þeir sem notaðir eru í hefðbundinni geislameðferð.
"Sú orka rafeindanna (MeV) gerir þeim kleift að hreyfast meira en 3 metra í loftinu eða nokkra millimetra undir húðinni," sagði Vallières, "sem skapar hættu á geislun fyrir notendur leysiljósgjafans. þessi geislahætta er tækifæri til að innleiða öruggari vinnubrögð á rannsóknarstofunni.“
