LASER histórico e aplicações

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1 LASER histórico e aplicações Marina Scheid Matheus Hennemann Biofísica III Prof. Edulfo Diaz

2 Histórico 1905 Albert Einstein, com auxílio de Max Planck Luz: pacotes discretos e bem determinados Fótons

3 Histórico 1913 Niels Bohr: modelo atômico Elétrons orbitam níveis Podem mudar de nível Recebe E sobe de nível desce nível emite fóton

4 Histórico 1925 Erwin Schrödinger Werner Heisenberg Elétrons propriedades de ondas

5 Histórico 1953 Charles Townes, James Gordon e Herbert Zeiger Primeiro MASER (microwave amplification through stimulated emission of radiation) Produção de micro-ondas Ondas descontínuas

6 Histórico 1955 Nikolai Basov e Aleksander Prokhorov Trabalhos separados Oscilador quantum Emissão contínua 2 fontes de energia Níveis diferentes

7 Histórico 1957 Charles Townes e Arthur Schawlow focam estudos em LASER (ainda sem esse nome) Chamado de MASER óptico Luz visível 1958 Bell Labs tenta patente do MASER óptico

8 Histórico 1959 Gordon Gould: termo LASER Intenção de usar o sufixo aser para denotar com precisão o espectro da luz emitida Laser, Xaser, UVaser,... Espectrometria, interferometria, radar e fusão nuclear Tentativa de patente: sem sucesso até 1977

9 Histórico 1960 Theodore Maiman opera o 1º LASER Luz sólida bombeadora em cristal de rubi sintético Luz vermelha (694 nm)

10 1º LASER de rubi

11 Átomos de cromo 1º LASER de rubi

12 Histórico 1960 Ali Javan, William Bennett e Donald Herriott Primeiro laser a gás Hélio e Neônio Luz infravermelha Continuamente

13 Histórico 1962 Nikolai Basov (oscilador quantum) e Ali Javan (laser a gás) conceito de díodo de laser semicondutor Robert Hall demonstra 1º díodo semicondutor Nick Holonyak luz visível (850nm) Grande disseminação

14 Histórico Laser semicondutor É o tipo de laser mais hoje

15 Histórico 1964 Charles Townes: MASER Aleksander Prokhorov : oscilador quantum Nikolai Basov : oscilador quantum semicondutor

16 Funcionamento Díodo semicondutor

17 Funcionamento Díodo semicondutor Semicondutor P (elétron a menos) e N (elétron a mais) Energia é dada aos elétrons (N) se encaixam no hole (P) emitindo fóton Há uma propagação dos fótons (uns estimulam os outros) até encher a junção P-N

18 Propriedades Propriedades do LASER MONOCROMÁTICO Um comprimento de onda bem específico COERENTE Um fóton estimula o outro. Eles são emitidos em concordância COLIMADO Colimador seleciona feixes paralelos

19 Resultado Luz potente e com feixes bem precisos

20 Aplicações Aplicações do LASER Médicas (cirurgia, dermatologia) Fisioterápicas (anti-inflamatório, analgésico) Industriais (cortar metais, medir distâncias) Comerciais (fibras ópticas, leitores de Bélicas (miras lasers) códigos de barras) Diárias (aparelhos de CD e DVD, pointers)

21 Aplicações Aplicações do LASER Médicas (cirurgia, dermatologia) Fisioterápicas (anti-inflamatório, analgésico) Industriais (cortar metais, medir distâncias) Comerciais (fibras ópticas, leitores de Bélicas (miras lasers) códigos de barras) Diárias (aparelhos de CD e DVD, pointers)

22 Aplicações Princípio do laser na medicina Fototermólise seletiva (desenvolvida por Anderson Parrish 1980) Destruição seletiva e específica de um alvo na pele, com o mínimo de dano térmico a outros componentes teciduais adjacentes Escolher o comprimento de onda apropriado, que será absorvido principalmente pelo tecido ou cromóforo que se quer atingir A energia térmica fornecida tem que ser controlada, para que não haja dano adjacente (duração do pulso) Pulso Longo Pulso Curto

23 Aplicações Princípios Cromóforos: moléculas pigmentadas do tecido que absorvem a luz. Exemplos: melanina, hemoglobina. A luz colimada permite a aplicação da energia de forma pontual, com destruição tecidual seletiva e precisa.

24 Aplicações Absorvida Quando o Laser atinge o tecido Refletida Transmitida Dispersada Efeito clínico luz absorvida pelo tecido (Primeira Lei de Fotobiologia de Grotthus-Draper) A luz que é refletida, transmitida ou dispersada não tem nenhum efeito

25 Aplicações Uma vez absorvida, a luz pode causar três efeitos básicos Fototérmico O cromóforo absorve a energia luminosa se converte em calor capaz de destruir o alvo atingido Fotoquímico Ocorre uma reação química após a absorção da luz por agentes fotossensibilizantes Fotomecânico Expansão térmica (de forma extremamente rápida) produz ondas acústicas destruição mecânica do tecido

26 Aplicações Cirurgia corretiva da córnea LASIK: Laser-Assisted in situ Keratomileusis Miopia, Hipermetropia e Astigmatismo É executada por um oftalmologista Laser Escimer: 193 nm

27 Procedimento Aplicações

28 Aplicações

29 Aplicações Fotocoagulação a Laser Luz visível, ou o infravermelho, é absorvida por tecido pigmentado Retinopatia Laser de Argônio: é bem absorvido pelos pigmentos oculares λ : 448 nm (azul) e 514 nm (verde)

30 Aplicações Procedimentos dermatológicos Rejuvenescimento Remoção de pelos Tratamento de flacidez Celulite Redução de manchas e cicatrizes Outros

31 Aplicações Luz Intensa Pulsada 1) Tratamento do fotoenvelhecimento nm Absorção da luz pela água presente no tecido Promove um aumento de colágeno e fibras elásticas Utilizada para tratar rugas, manchas, cicatrizes, etc

32 Aplicações Luz Intensa Pulsada 2) Tratamento de lesões pigmentadas 690 nm a 1060 nm Lesões solares, manchas, tatuagens Alvo: melanina Risco de hipocromia e acromia λ depende do pigmento da pele, lesão ou tatuagem Quanto mais profunda for a origem do pigmento (ex: tatuagens), menor o comprimento de onda que deve se utilizar

33 Aplicações Luz Intensa Pulsada 3) Depilação 600 nm a 1200 nm Alvo: melanina na haste e no bulbo folicular Efeitos colaterais: atinge melanina da epiderme (manchas hipocrômicas)

34 Aplicações Luz Intensa Pulsada 4) Tratamento de lesões vasculares Alvo: oxihemoglobina Picos máximos de absorção: 418 nm, 542 nm e 577 nm Promove um relaxamento térmico das veias

35 Luz Pulsada

36 Aplicações Terapia a laser Fotobiomodulação" Vermelho e infravermelho próximo Cria efeitos terapêuticos que incluem: cicatrização redução da dor aumento da circulação redução do inchaço

37 Aplicações Litotripsia a Laser Fragmenta o cálculo por ação térmica e também por ondas de choque Vaporização, alta energia: desintegrar as ligações entre os cristais fragmentação da pedra Introduzido no paciente por via endoscópica

38 Desvantagens Perigos Fatores significantes Intensidade Comprimento de onda Duração da exposição Perigoso para pele e olhos Combustão: não possui consequências sérias a longo prazo Luz ultravioleta: reações fotoquímicas Lesão na pele: luz infravermelha efeitos térmicos Profundidade da penetração depende do comprimento de onda

39 Desvantagens

40 Classes Classes de Laser Classe I Classe II Classe IIIa Classe IIIb Classe IV Não causam riscos pela radiações. Não necessitam de nenhum controle no rótulo Baixo ou quase nenhum risco. Podem provocar lesões na retina quando emitidos durante um tempo prolongado (1000s) Potência moderada. Podem causar dano aos olhos Potência moderada. Podem causar lesões nos olhos Maior risco. Inclui lasers capazes de produzir lesões graves na pele e risco de incêndio CD, DVD, laser pointers Laser de sensor, leitor de código de barras, laser scanner Luzes de shows Miras bélicas Cirurgia, cortes

41 Referências

42 LASER histórico e aplicações Marina Scheid Matheus Hennemann Biofísica III Prof. Edulfo Diaz

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