СПОСОБ ГИПЕРПИРЕКСИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА БИОТКАНИ ТРЕХРЕЖИМНЫМ ЛАЗЕРНО-ПОЛИХРОМАТИЧЕСКИМ ОБЛУЧАТЕЛЕМ Российский патент 2012 года по МПК A61N5/00 B82B3/00 

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к технике лучевой гиперпирексической обработки биологических тканей (далее - биотканей), и предназначено для гипертермии биоткани посредством использования энергии поляритонов при поверхностном плазменном резонансе внедренных в нее наночастиц кварца, покрытых золотом.

Изобретение может использоваться как в медицине, так и ветеринарии и других областях, где требуется эффективная местная гиперпирексия с применением в обрабатываемой области наночастиц.

Достигаемая в процессе облучения гиперпирексия (гипертермия) преследует цель нагревания биоткани до высокой температуры (41,1°С или выше), при которой погибают раковые клетки.

Из уровня техники известны исследования в области гипертермии биоткани с внедренными в нее наночастицами золота, которые относятся к наноразмерам в диапазоне от 1 до 100 нм (единица измерения нанометр - миллиардная доля метра). Основой гиперпирексии (фототермической терапии) является способность наночастиц, покрытых золотом, поглощать свет и превращать его в тепло в результате плазменного резонанса.

Из физики известно, что плазмон - это квазичастица, отвечающая квантованию плазменных колебаний, которые представляют собой коллективные колебания свободного электронного газа.

Технический прием, позволяющий использовать поверхностные плазмоны в оптике, основан на использовании полного внутреннего отражения. При полном внутреннем отражении вдоль отражающей свет поверхности распространяется электромагнитная волна, скорость которой зависит и от угла падения. Если при определенном угле падения скорость этой волны совпадет со скоростью поверхностного плазмона на поверхности металла, то условия полного внутреннего отражения нарушатся, и отражение перестанет быть полным, возникнет поверхностный плазменный резонанс.

Некоторые электроны частиц золота не привязаны к определенному атому и образуют электронный газ. Свет, падающий на эти электроны, заставляет их колебаться как единое целое, при этом взаимодействие электромагнитных волн с возбуждениями среды, приводящее к их связи, становится особенно сильным, когда одновременно их частоты и волновые векторы совпадают (резонанс). В этой области образуются связанные волны, т.е. составные квазичастицы - поляритоны. Поверхностный плазменный резонанс можно настроить, причем размеры наночастиц можно подобрать так, чтобы максимум плазменного резонанса приходился на разные участки видимого спектра.

Длину резонансной волны можно настраивать, изменяя размер частиц и, чем толще золотое покрытие, тем сильнее цвет отраженного света от наночастиц смещается от красного к голубому и синему или приближается к ближней ИК-области спектра.

Важным свойством наночастиц с золотым покрытием является возможность настройки максимумов плазменного резонанса поглощения и светорассеяния в нужный спектральный диапазон от видимого до ИК за счет изменения размера кварцевой наночастицы и толщины ее золотого покрытия. А также за счет возможности конструирования наночастиц с заданными спектральными коэффициентами поглощения в ближней ИК-области, совпадающими с длинами волн облучающего лазера.

Как правило, диапазон длин волн, способных вызвать возбуждение плазмонов, находится в ультрафиолетовом диапазоне. В результате облучения в материале возбуждаются плазмоны той же и даже большей частоты, чем частота возбуждающего излучения.

При этом свет с частотой ниже плазменной частоты отражается, потому что электроны в металле экранируют электрическое поле в световой электромагнитной волне. Свет с частотой выше плазменной частоты проходит, потому что электроны не могут достаточно быстро ответить, чтобы экранировать его.

Преобразование света в тепло происходит благодаря физическому эффекту, заключающемуся в том, что на резонансной частоте свет обычно как рассеивается наночастицами, так и поглощается ими, поэтому, контролируя размер наночастиц можно добиться максимального поглощения света и выделения тепла.

Доказано, что сами наночастицы с золотым покрытием безвредны, поскольку золото инертно, поэтому его применение не оказывает токсического эффекта. Однако при введении наночастиц в организм на них отлагаются белки, поэтому такие комплексы захватываются иммунной системой, могут частично удаляться из кровотока и аккумулироваться в печени или селезенке. Чтобы уменьшить подобные процессы, наночастицы из кварца с золотой оболочкой покрывают слоем полиэтиленгликоля (PEG, ПЭГилирование), нетоксичного химического вещества, которое препятствует адсорбции белков и делает их невидимыми для иммунной системы. В результате наночастицы достаточно долго циркулируют в крови и в большем количестве, чем без ПЭГилирования аккумулируются в опухоли. В то же время это частично влияет и на эффективность облучения, поэтому, например, американские ученые используют кварцевые наночастицы, покрытые золотом без ПЭГилирования.

Известен способ гиперпирексического воздействия на биоткани трехрежимным лазерно-полихроматическим облучателем, заключающийся в том, что предварительно получают биологический раствор, включающий в себя наночастицы кварца, полученные путем активации приповерхностного слоя высокочистой кварцевой заготовки, который подогревают от источника полихроматического излучения с широкополосным спектром излучения и одновременно доводят температуру нагрева до парообразного состояния материала заготовки лазером концентрированного импульсного когерентного излучения с длиной волны излучения 10600 нм, затем наночастицы покрывают золотом, при этом за счет регулирования режима импульсного излучения лазера получают заданный размер наночастиц, покрытых золотом, которые ПЭГилируют и вводят в кровоток с возможностью достижения ими обрабатываемой области живой биоткани, которую затем облучают когерентным и полихроматическим излучением с регулированием выходных световых характеристик светопрозрачной оптикой и светофильтрами (опубликованная заявка РФ RU 2008132311, МПК-8 А61В 18/00, опубликована 20.02.2010 г.). Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению, поэтому принято за прототип.

Недостатком прототипа являются ограниченные эксплуатационные возможности в связи с использованием устройства только в сублимированном режиме когерентного и полихроматического потока излучения, сложность конструкции коллиматорного узла, а также недостаточная эффективность нагрева из-за отсутствия стабильности возникновения множественного плазменного резонанса.

Техническим результатом от использования изобретения являются: расширение эксплуатационных возможностей за счет возможности работы устройства в трех различных режимах облучения; упрощение конструкции коллиматорного узла, повышение эффективности нагрева посредством стабилизации возникновения множественного плазменного резонанса за счет увеличения количества резонирующих наночастиц вследствие их подбора по размерам и расширения охвата лазерным воздействием наночастиц используемого размерного ряда оптимизацией диапазонам частот и рабочих режимов относительно кварцевых наночастиц, покрытым золотом.

Это основано на том, что для различных лечебных и диагностических задач необходимо достаточно глубокое проникновение облучения в биоткань. Для этого целесообразно выбирать лазер с конкретной длиной волны в диапазоне от 400 нм до 1200 нм. Вместе с тем такой лазер будет с максимальным резонансом воздействовать только на ограниченное число наночастиц с конкретной толщиной покрытия наночастиц и в соответствии с заданной длиной волны лазера, что недостаточно эффективно, поэтому добавляется полихроматическое облучение.

Ниже приведены общие и частные существенные признаки, характеризующие причинно-следственную связь изобретения с указанным техническим результатом:

Способ гиперпирексического воздействия на биоткани трехрежимным лазерно-полихроматическим облучателем, заключающийся в том, что предварительно получают биологический раствор, включающий в себя наночастицы кварца, полученные путем активации приповерхностного слоя высокочистой кварцевой заготовки, который подогревают от источника полихроматического излучения с широкополосным спектром излучения и одновременно доводят температуру нагрева до парообразного состояния материала заготовки лазером концентрированного импульсного когерентного излучения с длиной волны излучения 10600 нм. При этом за счет регулирования режима импульсного излучения лазера получают заданный размер наночастиц, покрывают их золотом и вводят в кровоток с возможностью достижения ими обрабатываемой области живой биоткани, которую затем облучают когерентным и полихроматическим излучением с регулированием выходных световых характеристик светопрозрачной оптикой и светофильтрами. Из кварцевой заготовки получают наночастицы размером 20-100 нм, которые покрывают золотом толщиной 5-20 нм и осуществляют гиперпирексическое воздействие на них в области концентрации наночастиц в биоткани путем выборочного облучения в трех режимах: облучение источником лазерного излучения с длиной волны 400-1200 нм, применяемое для облучения заглубленных небольшого размера внутренних областей биоткани; совмещенное облучение источником лазерного излучения в инфракрасной области с длиной волны 400-1200 нм и плазменным источником полихроматического излучения, выполненным с возможностью подачи совмещенного лазерного и полихроматического излучения с длиной волны суммарного лучистого потока 200 - 5000 нм, регулируемой посредством изменения состава газов источника полихроматического излучения, давления смеси газов, величины электрического тока на электродах указанного источника и за счет подбора комбинаций оптических насадок и светофильтров, применяемое для облучения внутренних областей биотканей большого размера и облучения полихроматическим источником излучения с длиной волны (750-900 нм) с регулируемыми параметрами светового потока, применяемое для облучения поверхностных областей биоткани.

Характеристики лазерного и полихроматического излучения задают из условия образования поляритонов на наночастицах, введенных в обрабатываемую биоткань на основе множественного поверхностного плазменного резонанса на золотом покрытии.

Указанные режимы облучения биоткани достигают трехрежимного лазерно-полихроматического облучателя, включающего в себя источник лазерного излучения, источник полихроматического излучения плазменного типа с рабочими электродами в корпусе, с которым соединена коллимирующая насадка с входным световодным каналом для лазерных лучей, сопряженным со стеклянным защитным конфузором, между которым и коллимирующей насадкой образован конический световодный канал для полихроматических лучей. На выходной части коллимирующей насадки закреплен блок линз и светофильтров, соединенный световодом с оптическим излучателем. Входной световодный канал лазерного излучателя выполнен в виде трубки, закрепленной на коллимирующей насадке с размещенным в ней световодом, выходной конец которого размещен в фокусе сферического отражателя, закрепленного на конце трубки. Диаметр отражателя не меньше диаметра сопряженного с ним торца стеклянного защитного конфузора. Входной конец световода соединен с источником лазерного излучения, электрически связанным с трехрежимным переключателем, выполненным с возможностью раздельного включения лазерного источника излучения или полихроматического источника излучения или одновременного комбинированного включения лазерного и полихроматического источников излучения. Оптический излучатель выполнен в виде корпуса со сквозным отверстием, с одной стороны которого вставлен световод, беззазорно сопряженный с светопрозрачной насадкой, закрепленной с другой стороны отверстия, причем конец светопрозрачной насадки для работы облучателя в режимах комбинированного и лазерного излучения имеет в продольном сечении параболическую или эллиптическую форму, а в режиме полихроматического излучения насадка имеет сферическую форму и помещена в дефлектор, закрепленный одним концом в корпусе и имеющий на другом конце раструб.

В вариантном исполнении изобретения предварительно получают биологический раствор, включающий в себя наночастицы кварца, полученные путем активации приповерхностного слоя высокочистой кварцевой заготовки, который подогревают от источника полихроматического излучения с широкополосным спектром излучения и одновременно доводят температуру нагрева до парообразного состояния материала заготовки лазером концентрированного импульсного когерентного излучения с длиной волны излучения 10600 нм, при этом за счет регулирования режима импульсного излучения лазера получают заданный размер наночастиц и покрывают золотой оболочкой заданной толщины, а затем золотую оболочку покрывают полиэтиленгликолем для получения ПЭГилированных наночастиц.

Изобретение чертежами, иллюстрирующими использование изобретения, где: на фиг.1 представлена схема осуществления способа; на фиг.2 - вид I на фиг.1; на фиг.3 - вид II на фиг.1; на фиг.4 - вид II на фиг.1, вариант; на фиг.5 - волновые параметры лазерно-полихроматического излучения.

Для осуществления способа гиперпирексического воздействия на биоткани используется трехрежимный лазерно-полихроматический облучатель, включающий в себя источник электропитания 1, соединенный с преобразователем 2, содержащим переключатель режимов 3, связанный с источником лазерного излучения (лазером) 4 и с источником полихроматического излучения 5 плазменного типа с рабочими электродами в корпусе 6. Переключатель режимов 3 выполнен с возможностью выборочного независимого включения лазера 4 или источника полихроматического излучения 5, или совместно. С корпусом 6 соединена коллимирующая насадка 7 с входным световодным каналом для лазерных лучей LR, сопряженным со стеклянным защитным конфузором 8, между которым и коллимирующей насадкой 7 образован конический световодный канал для полихроматических лучей.

На выходной части коллимирующей насадки 7 закреплен блок 9 линз 10 и блок 11 светофильтров 12 с регулировочным устройством 13, соединенным световодом 14 с оптическим излучателем 15 со светопрозрачной насадкой 16.

Входной световодный канал лазерного излучателя выполнен в виде трубки 17, закрепленной на коллимирующей насадке 7 с размещенным в ней световодом 18, выходной конец которого размещен в фокусе сферического отражателя 19, закрепленного на конце трубки 17, при этом диаметр отражателя 19 не меньше диаметра спряженного с ним торца стеклянного защитного конфузора 8.

Входной конец световода 18 соединен с источником лазерного излучения 4.

Оптический излучатель 15 выполнен в виде корпуса со сквозным отверстием, с одной стороны которого вставлен световод 14 с оптическим каналом 20 (фиг.3, фиг.4), беззазорно сопряженным со светопрозрачной насадкой 16, закрепленной с другой стороны отверстия в корпусе 15. Конец светопрозрачной насадки 16 для работы облучателя в режимах комбинированного и лазерного излучения имеет в продольном сечении параболическую или эллиптическую форму (фиг.3) с возможностью внедрения в биоткань, а в режиме полихроматического излучения светопрозрачная насадка 16 имеет сферическую форму и помещена в дефлектор 21 (фиг.4), закрепленный одним концом в корпусе светопрозрачной насадки и, имеющим на другом конце раструб, направляющий поток полихроматического излучения на поверхность биоткани.

В вариантном исполнении изобретения предварительно получают биологический раствор, включающий в себя наночастицы кварца, полученные путем активации приповерхностного слоя высокочистой кварцевой заготовки, который подогревают от источника полихроматического излучения с широкополосным спектром излучения и одновременно доводят температуру нагрева до парообразного состояния материала заготовки лазером концентрированного импульсного когерентного излучения с длиной волны излучения 10600 нм, при этом за счет регулирования режима импульсного излучения лазера получают заданный размер наночастиц и покрывают золотой оболочкой заданной толщины, а затем золотую оболочку покрывают полиэтиленгликолем для получения ПЭГилированных наночастиц. Таким образом в изобретении могут использоваться кварцевые наночастицы как покрытые только золотом, так и дополнительно покрытые полиэтиленгликолем (ПЭГилированные).

На схеме областей применения изобретения в трех режимах облучения, приведенной на фиг.5, показаны волновые границы областей свето-лазерных излучений: область ультрафиолетовых длин волн «УФ» - онкология, хирургия, ветеринария, антибактерицидная обработка в медицине; области - «Видимая область и область инфракрасных длин волн «ИК» - изготовление композиционных биологически совместимых нанопорошков для онкологии, медицины и ветеринарии.

Следует отметить, что назначение светового полихроматического источника излучения - обеспечить предварительную поверхностную или приповерхностно-объемную активацию обрабатываемых наночастиц в зоне термовоздействия, в том числе за счет использования определенного заданного спектрального диапазона излучения, вида плазмообразующего газа (аргон, ксенон, криптон, гелий или их смеси в заданном соотношении) и давления плазмообразующего газа.

В качестве источника полихроматического излучения, как правило, используется лучистый поток световой плазмы, образуемой в инертном газе (аргон, ксенон, криптон, гелий или их смеси в заданном соотношении) за счет горения дуги между катодом и анодом. Излучение плазмы с помощью специальных рефлекторов фокусируется в рабочую зону на изделии, за счет чего достигается заданная необходимая температура для терморегулируемой лучевой активации материалов в фокусной точке обработки. При этом плотность энергии в фокусной точке обработки достигает значений 1×10²-1×10³ Вт\см². Это позволяет повысить коэффициент поглощения когерентного излучения. При этом длина волны света полихроматического излучения может быть в широком диапазоне, например, от 360 нм до 3400 нм.

Назначение лазерного (когерентного) источника излучения - обеспечить высокую плотность энергии в локальной области. При совмещенном лазерном и полихроматическом излучении растет коэффициент поглощения лазерного излучения и повышается количество случаев плазменного резонанса наночастиц разного размера. При этом плотность энергии в фокусной точке обработки с повышенным коэффициентом поглощения когерентного источника достигает значений 1×10⁶ Вт\см² и более.

Сравнение заявленного технического решения с уровнем техники, известным из научно-технической и патентной документации на дату приоритета в основной и смежной рубриках, не выявило техническое решение, которому присущи признаки, идентичные всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, включая характеристику назначения. Т.е. совокупность существенных признаков заявленного решения ранее не была известна и не тождественна каким-либо известным техническим решениям, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности "новизна".

Заявленное техническое решение промышленно применимо, поскольку оно может быть реализовано промышленным способом в производстве высокочистых нанопорошков, работоспособно, осуществимо и воспроизводимо, а отличительные признаки устройства позволяют получить заданный технический результат, т.е. являются существенными.

Техническое решение соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость», установленному п.4, ст.1350, 4 ч., ГК РФ и п.24.5.1 Административного Регламента Роспатента, а также п.10.7.4.5 Административного Регламента, поскольку изобретение может быть осуществлено, например, так, как указано в следующий публикации, ставшей известной до даты подачи заявки:

«В 2004 г. Халас и ее коллега Дженнифер Уэст (Jennifer West) ввели в кровоток мышей со злокачественными опухолями плазменные частицы и обнаружили, что они не токсичны. Более того, наносферы сконцентрировались не в здоровых тканях тела грызунов, а в быстрорастущих злокачественных опухолях, к которым интенсивнее поступает кровь.

К счастью, ткани живых организмов прозрачны для инфракрасного излучения в определенном диапазоне длин волн. Когда исследователи направляли свет инфракрасного лазера через кожу мышей на опухоли.

Так же как клетки других животных, автоматически регулирующих температуру своего тела, клетки мышей оптимально функционируют при температуре тела от 36,5 до 37,5 градусов по Цельсию.

При температуре выше 42 градусов по Цельсию клетки начинают умирать, так как сворачиваются белки, поддерживающие их нормальную жизнедеятельность. резонансное поглощение энергии во внедренных наносферах поднимало температуру злокачественных образований с 37°С до 45°С. Светотепловое нагревание убивало раковые клетки, оставляя окружающую здоровую ткань нетронутой.

У мышей, которых лечили наночастицами, все признаки рака исчезли в течение десяти дней, тогда как у животных из контрольных групп опухоли продолжали быстро расти». (Гарри Этуотер, «Плазмоника», vsip.mgopu.ru/data/1960.doc).

Примером реализации данного изобретения являются и результаты испытаний, проведенных заявителем совместно с Институтом биохимической физики им. Н.М.Эмануэля РАН, где лабораторные эксперименты проводились на 40 мышах с раковыми опухолями.

В кровоток вводился нанопрепарат - кварцевые наночастицы размером 40-70 нм с толщиной золотого покрытия 5-20 нм.

Нагрев опухоли проводился лазерным источником излучения с длиной волны 810 нм путем воздействия на внедренные наночастицы. Температура в опухоли контролировалась с помощью термопары, подсоединенной к измерительному устройству «Многоканальный регулятор температуры Термодат-11-МЗ».

В результате лазерной гипертермии в опухолевом узле достигнута температура 44°С, которая поддерживалась 15 минут за сеанс.

В результате эксперимента установлено торможение развития опухоли на 50-70% по сравнению с контрольной группой (Отчет о НИР по теме «Экспериментальное изучение противоопухолевой активности комплексного применения нанопрепарата и гипертермии». Шифр «Нанотермотерапия», январь - февраль 2011 г.).

Анализ известных технических решений в области изобретения показал, что предложенное устройство не следует для специалиста явным образом из уровня техники, поскольку не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения, и не подтверждена известность влияния отличительных признаков на указанный в материалах заявки технический результат. Т.е. заявленное изобретение имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование этих признаков в заявленной совокупности существенных признаков дает возможность получить новый технический результат: расширение эксплуатационных возможностей за счет возможности работы устройства в трех различных режимах облучения; упрощение конструкции коллиматорного узла, повышение эффективности нагрева посредством стабилизации возникновения множественного плазменного резонанса за счет увеличения количества резонирующих наночастиц вследствие их подбора по размерам и расширении охвата лазерным воздействием наночастиц используемого размерного ряда оптимизацией диапазоном частот и рабочих режимов относительно кварцевых наночастиц, покрытым золотом.

Следовательно, предложенное техническое решение может быть получено только путем творческого подхода и неочевидно для среднего специалиста в этой области, т.е. соответствует условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень» и, следовательно, является новым и имеет изобретательский уровень.

Изобретение реализуется следующим образом.

Полихроматическое излучение PR (фиг.2) подается по каналу между коллимирующей насадкой 7, закрепленной винтами 22 в обойме 23, прикрепленной к корпусу 6 полихроматического источника излучения 5 (фиг.1), и стеклянным конфузором 8. Коллимирующая насадка 7 изготовлена из плотного материала со светоотражающим покрытием 24. По трубке 17, прикрепленной к коллимирующей насадке буртом 25 и гайкой 26 по световодному каналу 18 в коллимирующую насадку 7, направляется лазерное излучение LR, которое рассеивается в конфузор 8 отражателем 19, закрепленным гайкой 26 на трубке 17. Далее совмещенный световой поток лазерного и полихроматического излучения LPR подается на блок 9 линз 10 и блок 11 светофильтров 12 (фиг.1), посредством которых устанавливается полоса пропускания для суммарного светового потока в диапазоне 200 нм-5000 нм.

В процессе облучения при помощи лазера, работающего в инфракрасном диапазоне волн и полихроматического источника облучения, вызывается процесс плазменного резонанса, в ходе которого выделяется тепло, уничтожающее больные клетки или используемое для диагностики состояния опухоли. В физике плазмоном называется квазичастица, являющаяся квантом плазменных колебания, аналогично тому, как фотон и фонон являются квантами световой и звуковой волн соответственно. Так называемые поверхностные плазмоны полностью локализуются на поверхности. Поверхностный плазменный резонанс в изобретении позволяет повысить эффективность нагрева обрабатываемой биоткани, поскольку увеличение числа плазмонов на поверхности наночастиц позволяет оказывать сильное оптическое воздействие на малое количество материала. Установлено, что суммарное воздействие на образец с поверхностным плазменным резонансом в 40 раз превышает воздействие, измеренное при отсутствии плазменного возбуждения.

В зависимости от параметров и режима облучения в месте локализации наночастиц в ткани может быть за короткое время достигнута высокая температура (до 55 град. Цельсия), при которой раковые клетки погибают. В ближней инфракрасной области спектра (длина световой волны 750-900 нанометров) излучение может проникать через биологическую ткань на глубину нескольких сантиметров, что открывает пути неинвазивного лечения опухолей достаточно глубокой локализации.

При компьютерном (автоматизированном) регулировании состава и давления смеси газов в светолучевом излучателе возможно получать заданные оптимальные (максимальные) значения плазмонов для конкретного имеющегося в раковой опухоли размерного диапазона наночастиц с конкретным размерным диапазоном толщин золотого покрытия на наночастицах. Учитывая возможность изменения длины волны совместного когерентного и полихроматического излучения, возможен выбор длины волны, обеспечивающей требуемое проникновение лучей в биоткань. Таким образом, функцией будет являться заданное максимальное значение плазмонов в биоткани, а изменяемыми аргументами - состав газов, давление смеси газов, величина электрического тока на электродах излучателя и другие изменяемые в реальном масштабе времени параметры в трехрежимном облучателе.

Способ гиперпирексического воздействия на биоткани трехрежимным лазерно-полихрорматическим облучателем может использоваться для целей хирургии и терапии с достаточной эффективностью. Лучи света высокой интенсивности - лазерные являются минимально агрессивной техникой, вследствие подведения через светопрозрачный наконечник 16 к опухоли биологического объекта 27 через стекловолоконный кабель 14 (фиг.1), чтобы воздействовать на биоткань. Совмещенное лазерное и полихроматическое излучение более широкого диапазона спектра позволяет проникать на различную глубину в биологическую ткань с достаточно высоким гиперпирексическим эффектом.

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к технике лучевой гиперпирексической биотканей и предназначено для ее гипертермии посредством использования энергии поляритонов при поверхностном плазменном резонансе внедренных в нее наночастиц кварца, покрытых золотом с заданной толщиной золотого покрытия 5-20 нм. Используют трехрежимный лазерно-полихроматический облучатель в режимах облучения: лазером в инфракрасной области длиной волны 400-1200 нм; совмещенное облучение лазером в инфракрасной области длиной волны 400-1200 нм и полихроматическим излучателем с суммарным лучистым потоком с длиной волны 200-5000 нм и облучение полихроматическим излучателем с длиной волны 750-900 нм. Характеристики когерентного и полихроматического излучения задают из условия получения множественного поверхностного плазменного резонанаса. В вариантном исполнении изобретения используются ПЭГилированные кварцевые наночастицы с золотым покрытием. Изобретение позволяет повысить эффективность нагрева посредством стабилизации возникновения множественного плазменного резонанса за счет увеличения количества резонирующих наночастиц. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ гиперпирексического воздействия на биоткани трехрежимным лазерно-полихроматическим облучателем, заключающийся в том, что предварительно получают биологический раствор, включающий в себя наночастицы кварца, полученные путем активации приповерхностного слоя высокочистой кварцевой заготовки, который подогревают от источника полихроматического излучения с широкополосным спектром излучения и одновременно доводят температуру нагрева до парообразного состояния материала заготовки концентрированным лазерным импульсным когерентным излучением с длиной волны излучения 10600 нм, при этом за счет регулирования режима импульсного излучения лазера получают заданный размер наночастиц и покрывают золотой оболочкой заданной толщины, указанные наночастицы вводят в кровоток с возможностью достижения ими обрабатываемой области живой биоткани, которую затем облучают когерентным и полихроматическим излучением с регулированием выходных световых характеристик изменением выходных параметров плазменного газонаполненного источника полихроматического излучения, светопрозрачной оптикой и светофильтрами, отличающийся тем, что из кварцевой заготовки получают наночастицы размером 20-100 нм, которые покрывают золотом толщиной 5-20 нм и осуществляют гиперпирексическое воздействие на них в области концентрации наночастиц в биоткани путем выборочного облучения в трех режимах: первый режим - облучение источником лазерного излучения в инфракрасной области с длиной волны 400-1200 нм, применяемое для облучения заглубленных внутренних областей биоткани небольшого размера; второй режим - совмещенное облучение источником лазерного излучения в инфракрасной области с длиной волны 400-1200 нм и плазменным источником полихроматического излучения, выполненным с возможностью подачи совмещенного лазерного и полихроматического излучения с длиной волны суммарного лучистого потока 200 нм-5000 нм, регулируемой посредством изменения состава газов источника полихроматического излучения, давления смеси газов, величины электрического тока на электродах указанного источника и за счет подбора комбинаций оптических насадок и светофильтров, применяемое для облучения внутренних областей биотканей большого размера, и третий режим - облучение полихроматическим источником излучения с длиной волны лучистого потока 750-900 нм с регулируемыми параметрами светового потока, применяемое для облучения поверхностных областей биоткани, при этом характеристики лазерного и полихроматического излучения задают из условия образования поляритонов на основе множественного поверхностного плазменного резонанса на золотом покрытии наночастиц, внедренных в обрабатываемую биоткань, при этом указанные режимы облучения биоткани достигаются посредством трехрежимного лазерно-полихроматического облучателя, включающего в себя источник лазерного излучения, источник полихроматического излучения плазменного типа с рабочими электродами в корпусе, с которым соединена коллимирующая насадка с входным световодным каналом для лазерных лучей, сопряженным со стеклянным защитным конфузором, между которым и коллимирующей насадкой образован конический световодный канал для полихроматических лучей, на выходной части коллимирующей насадки закреплен блок линз и светофильтров, соединенный световодом с оптическим излучателем, при этом входной световодный канал лазерного излучателя выполнен в виде трубки, закрепленной на коллимирующей насадке с размещенным в ней световодом, выходной конец которого размещен в фокусе сферического отражателя, закрепленного на конце трубки, причем диаметр отражателя не меньше диаметра сопряженного с ним торца стеклянного защитного конфузора, входной конец световода соединен с источником лазерного излучения, электрически связанным с трехрежимным переключателем, выполненным с возможностью раздельного включения лазерного источника излучения или полихроматического источника излучения или одновременного комбинированного включения лазерного и полихроматического источников излучения, при этом оптический излучатель выполнен в виде корпуса со сквозным отверстием, с одной стороны которого вставлен световод, беззазорно сопряженный с светопрозрачной насадкой, закрепленной с другой стороны отверстия, причем конец светопрозрачной насадки для работы облучателя в режимах комбинированного и лазерного излучения имеет в продольном сечении параболическую или эллиптическую форму, а в режиме полихроматического излучения насадка имеет сферическую форму и помещена в дефлектор, закрепленный одним концом в корпусе и имеющим на другом конце раструб.

2. Способ гиперпирексического воздействия на биоткани по п.1, отличающийся тем, что предварительно получают биологический раствор, включающий в себя наночастицы кварца, полученные путем активации приповерхностного слоя высокочистой кварцевой заготовки, который подогревают от источника полихроматического излучения с широкополосным спектром излучения и одновременно доводят температуру нагрева до парообразного состояния материала заготовки лазером концентрированного импульсного когерентного излучения с длиной волны излучения 10600 нм, при этом за счет регулирования режима импульсного излучения лазера получают заданный размер наночастиц и покрывают золотой оболочкой заданной толщины, а затем золотую оболочку покрывают полиэтиленгликолем для получения ПЭГилированных наночастиц.