论文范文激光的生物效应和生物物理机制探讨

论文类型：论文范文

论文字数：

论点：激光,生物,组织

论文概述：

物理学论文：浅议激光的生物学效应及生物物理机理探讨 由硕士毕业论文中心，硕士论文组整理提供，本文阐述了浅议激光的生物学效应及生物物理机理探讨

论文正文：

物理论文:激光生物效应和生物物理机制的讨论由硕士论文中心和硕士论文组提供。阐述了激光[/BR/]的生物效应和生物物理机制的讨论一、激光发光原理及其生物效应[/BR/] [/BR/] 1激光发光原理[/BR/]将一段活化物质置于由两个平行反射镜构成的光学谐振腔中，高能级粒子会产生不同方向的自发辐射。其中，非轴向光波快速逸出谐振腔，而轴向光波可以在谐振腔中来回传播。当它在激光材料中传播时，光强不断增加。如果谐振腔中的单通道小信号增益G0l大于单通道损耗δ，则会产生自激振荡。原子的运动状态可以分为不同的能级。当原子从高能级跃迁到低能级时，它会释放出相应能量的光子，即自发辐射。类似地，当光子入射到能级系统上并被其吸收时，它将导致原子从低能级转变到高能级，即受激吸收。然后，一些跃迁到高能级的原子将跃迁到低能级并释放光子，即受激辐射。这些运动不是孤立的，而是经常同时发生。当我们创造一种条件时，例如使用合适的介质、谐振腔和足够的外部电场，受激辐射被放大到大于受激吸收，光子被发射以产生激光。
2激光的生物效应
由于激光具有能量和动量，作用于生物分子的激光可能导致生物分子产生物理、化学或生物反应，这就是激光生物效应。目前，学术界公认的激光生物效应大致有五种:激光生物热效应、激光生物亮度效应、激光生物压力效应、激光生物磁效应和激光生物刺激效应。生物组织中的天然色素颗粒可以选择性地吸收近紫外、可见和近红外光谱区的激光。激光的生物效应在激光医疗和激光育种中得到广泛有效的应用。
(1)激光生物热效应
当激光照射生物组织时，激光光子作用于生物分子，分子运动增强，与其他分子的碰撞频率增加，从光转化为分子的能量转化为热能，这可能导致蛋白质变性、生物组织的表面收缩和脱水、水分蒸发造成的组织破坏、组织凝结和坏死。当局部温度急剧上升到几百度甚至几千度时，被照射的部分可能会碳化或蒸发。当照射生物组织时，不同波长的激光产生热效应的机理也是不同的。红外激光的光子能量很小，生物分子的热运动只有在被生物组织吸收后才能增加，导致温度升高。因此，光子能量直接产生可见光和紫外光。生物组织吸收的光子能量引起生物分子的电子态转变，当生物分子从电子激发态返回基态时，在弛豫过程中释放能量。这种能量可以引起光化学反应，或者可以转化成热量来产生温升，因此它们产生间接热量。激光热效应应采取何种形式取决于激光方面的输出参数和作用时间，以及生物组织方面的光学和热特性等诸多因素。
热效应是激光损伤的最重要因素。激光损伤区和正常组织之间的边界非常清楚，这是由于激光脉冲持续时间短、生物组织导热性差以及瞬时放热扩散到被照射部分之外太晚。照射后，由于随后的变化，如炎症、出血、再生等。，原来清晰的损伤界限将逐渐变得模糊。
(2)激光生物亮度效应
当处于基态的分子吸收具有足够能量的光子时，它被激发转变为激发态。在弛豫过程中，当它从激发态返回基态但没有返回其原始分子能态时，额外的能量被消耗在其自身化学键的断裂或新键的形成上，并且化学反应是原始的光化学反应。在初级光化学反应中形成的大多数产物是极其不稳定的。它们继续进行化学反应，直到形成稳定的产物。这种光化学反应被称为二次光化学反应。前两种反应形成一个完整的光化学反应过程，大致可分为四种主要类型:光解、光氧化、光聚合和光敏化。光敏作用还包括光动力作用和一般光敏作用。生物体的光华效应基本上是生物性的，组织具有一定的色度，可以选择性地吸收300 ~ 1000纳米的光谱。生物体中的色素包括黑色素、黑色素样色素、血红蛋白、胡萝卜素、铁等。其中黑色素对激光能量的吸收最大。脱氧血红蛋白在556纳米处具有清晰的吸收带，氧合血红蛋白在415、542和575纳米处具有清晰的吸收带，胡萝卜素吸收带在480纳米处，黑色素和黑色素样物质在400-450纳米处具有最强的吸收。无论是正常细胞还是肿瘤细胞，细胞质和细胞中都有许多黑色素颗粒。它们吸收激光能量，使能量聚集在颜料颗粒上，成为热源。它们的能量传导并扩散到周围，从而对周围的组织细胞造成损伤。(3)激光生物压力效应
激光照射产生的机械效应可分为两部分:激光本身对生物组织的辐射压力产生的压力，即光压力，称为初级压力；生物组织吸收强激光引起的热膨胀和相变，以及超声波、冲击波、电致伸缩等引起的压力。被称为二次压力。激光引起的生物细胞压力变化会改变生物细胞和组织的形状，导致生物细胞和组织内部或之间产生机械力，从而对生物细胞和组织产生很大影响。这种效应产生的冲击波是激光损伤的另一个原因。冲击波在组织中以超音速移动，在组织中产生空空穴现象，导致组织损伤。高盛指出，脉冲持续时间为50纳秒的调Q激光器产生的冲击波压力可以大于10个大气压。事实上，激光热效应的影响范围非常有限，而压力效应引起的组织损伤会扩散到远离照射区域的部位。例如，当用红宝石激光照射小鼠头部时，发现头皮轻微受损，头骨和大脑硬脑膜没有受损，但大脑本身大面积出血，甚至导致死亡。

二。激光与生物分子相互作用机制的研究现状

自20世纪80年代以来，来自前苏联、匈牙利等国的专家提出了许多假说，其中以下四个假说较为常见:生物电场假说(由前苏联的伊留申提出)；色素调节假说(1981年由前苏联的迦玛列拉提出)；细胞膜受体假说(由前苏联普鲁士楚科夫在1980年提出):极化刺激假说(由梅斯特在1977年提出)。另一个假设是孤子状态进入混沌状态的假设。美国Englander(1980)和日本Jomosa(1984)。
肖家鑫(1987)用孤子理论解释了基因复制和转录的遗传功能。刘颂豪(1991)也提出了生物过程中的孤子现象。云南理工大学的周凌云为“从孤立子状态到混沌状态”假说的进一步发展做出了贡献。激光生物物理学家王会文在他的著作《激光与生命科学》中介绍了周凌云的研究成果:“周凌云(1993)提出，在弱激光的作用下，脱氧核糖核酸分子系统可以进入“无序”的混沌状态。根据脱氧核糖核酸分子动力学方程(Sine-Gordon方程)的分析结果，可以解释脱氧核糖核酸的真实遗传，从而推导出激光-脱氧核糖核酸分子动力学的运动方程以及激光电场相互作用对脱氧核糖核酸分子系统的动态影响。通过包含激光与脱氧核糖核酸相互作用的运动方程或知道即使在弱激光的作用下，脱氧核糖核酸系统也可能从原来的孤立子运动状态进入混沌状态的伊尼科夫方法(M.Inikov method)。这导致其构象随时间的“不规则”进化，从而产生遗传变异。然而，由于激光生物刺激、诱变等作用机制的复杂性，特别是弱激光与生物分子之间的相互作用机制，还没有得到完善的科学解释。
激光与生物组织的相互作用非常复杂，需要进一步研究。激光生物效应的分类尚未明确界定。例如，光热效应在光化学效应中也起着很大的作用。电磁效应也产生热效应和机械效应。激光热效应、光化学效应和机械效应通常同时发生，因此相互作用的分类不是绝对的，但各种效应之间存在一些差异。例如，每个效应都有典型的激光和典型的现象。激光与生物组织的相互作用是一个复杂的过程，由许多因素决定。激光的参数(如波长、功率、激光模式等)。)，生物组织的性质(如密度、弹性、热导率、比热、热扩散率、反射率、吸收率、不均匀性和层次结构)和生物体的生物状态都影响激光的生物效应。激光对生物组织的影响有利也有弊。要使用激光，最重要的任务是在应用激光之前了解和理解激光与生物组织之间的相互作用机制。

物理学论文:激光的生物效应和生物物理机制探讨；论文网博士，论文中心将为您提供信息。