Новости науки 28.03.01. Высокоточный жидкий скальпель.

В микрохирургии широко используются прецизионные "лазерные скальпели", в частности, для рассечения мягких тканей в жидкой среде (сердечно-сосудистая хирургия, внуртиглазные операции и т.д.). Однако в подобных уловиях аккуратность и точность создания разреза, к сожалению, ограничены. Под действием лазерных импульсов происходит взрывное испарение жидкости и формирование пузырьков, быстрый рост и схлопывание которых приводит к повреждению окружающих тканей. Ученые из Стэнфордского университета нашли оригинальное решение проблемы, обратив во благо "нежелательный" эффект.

Рис.1. Схематическое изображение процесса создания микроструи под действием субмикросекундного высоковольтного разряда.

Сама по себе идея использования "жидких скальпелей" не нова, непрерывные и импульсные струи воды успешно применяются в хирургии. Подобные устройства, обеспечивающие скорость потока воды 20-30 м/c, пригодны для работы на воздухе, но не в жидкой среде. Группе исследователей из Стэнфордского университета удалось создать устройство, позволяющее получать импульсные микростри жидкости с маскимальной скоростью выброса до 90 м/c [1]. В боросиликатной "пипетке" с диаметром выходного отверстия 30 мкм помещается высоковольтный электрод (вольфрамовая проволочка), окруженный кварцевым изолятором, покрытым, в свою очередь, слоем металла (анод) - рис.1. Пипетка заполнена соляным раствором. При приложении напряжения порядка 1 кВ вблизи конца электрода возникает область с высокой температурой, раствор испаряется и стремительное расширение образовавшегося пузырька приводит к выбросу микроструи жидкости из сопла.

Рис.2. Разрезы в полиакриламидном геле, созданные импульсной микроструей (1,13 мДж в импульсе) - (a), и при непосредственном образовании пузырьков под действием электрического разряда (0,14 мДж в импульсе) - (b).

Исследователи испытывали режущие свойства устройства на полиакриламидном геле (моделирующем мягкую ткань), погруженном в соляной раствор. Эксперименты показали, что диаметр образующихся под действием струи отверстий (примерно 35 мкм) сравним с диаметром выходного отверстия сопла (рис2.a). При этом никаких повреждений окружающих тканей не наблюдается. Для сравнения приведена фотография для случая отсутствия "кожуха" из боросиликатного стекла, когда не происходит направленного выброса струи (рис.2b), что соответствует обычным методам лазерной "резки". Видно, что зона повреждений имеет диаметр около 200 мкм (при том, что энергия в импульсе почти на порядок меньше по сравнению с соседней картинкой и разрез получается гораздо менее качественный).

1. D.A.Fletcher and D.V.Palanker. Appl.Phys.Lett. v.78, 1933 (2001).

перейти к началу страницы