Составители:
Рубрика:
8
Поглощение лазерного излучения органической составляющей
костной ткани приводит к разрыву отдельных химических связей
(фотодеструкции) и к нагреву, который также вызывает деструкцию
вещества. Процессы деструкции биологических полимеров разделяют
обычно на три типа: обрыв концевых или боковых групп, обрыв основной
цепи и отделение одних цепей от других. При этом выделяются газы (
СО
2
,
СО, пары воды), частично восстанавливаются старые и образуются новые
связи. Процесс является многостадийным и протекает с образованием
короткоживущих метастабильных (возбуждённых) состояний и фаз.
Результатом деструкции может быть изменение пространственной
структуры (денатурация белка), образование полиенов (цепочек атомов
углерода с множеством двойных связей), сшивок и групп атомов углерода,
которые коагулируют в сажеобразные
комплексы.
Образование полиенов и коагулированного углерода приводит
к увеличению эффективного поглощения и визуально проявляется
в потемнении облучённых участков твёрдых биотканей – их карбонизации.
Карбонизация может оказывать влияние как на биологические процессы
(способность к регенерации), так и на скорость нагрева и изменение
механизмов абляции [8].
При высокой температуре и достаточной продолжительности
лазерного нагрева
возможно плавление биополимера, т.е. радикальное
изменение его структуры и свойств.
Поскольку перечисленные процессы протекают с разной скоростью,
то при кратковременном лазерном воздействии появляется возможность
изменения обычной последовательности процессов (денатурация,
плавление, абляция). Другими словами: для достаточно коротких
импульсов увеличивается вероятность восстановления оборванных связей
без существенного смещения одних областей биополимера относительно
других
, а абляцию можно реализовать здесь без плавления и денатурации
белка.
Кинетика фото− и термодеструкции биополимеров в условиях
лазерного воздействия лимитируется относительно медленными
диффузионными процессами миграции выделяющихся газов и коагуляции
углерода. Характерное время, необходимое для карбонизации, может быть
оценено с помощью соотношения
D
L
t
c
2
≈ , где
L
− характерный путь
диффузии;
D − коэффициент диффузии, который сильно увеличивается
с повышением температуры:
)exp()(
0
kT
U
DTD −=
, (1.1.1)
где
U − энергия активации;
0
D − предэкспоненциальный фактор;
k
− постоянная Больцмана.
Для осуществления процесса карбонизации длительность лазерного
воздействия должна превышать
c
t , т.е. необходимо выполнение условия
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- …
- следующая ›
- последняя »
