Configuração experimental. Um pulso de laser infravermelho ultracurto é fortemente focado no ar ambiente, gerando altas doses de radiação ionizante. Crédito:Simon Vallières (INRS) A tecnologia laser ultrarrápida continua a surpreender. Embora a investigação neste domínio possa parecer bastante abstrata à primeira vista, muitas vezes conduz a aplicações concretas. Isto é particularmente verdade nos cuidados de saúde, onde a tecnologia pode ser usada para tratar certos tipos de cancro.
Esta aplicação foi descoberta pela equipa de investigação do Laboratório Avançado de Fontes de Luz Laser (ALLS) do Institut national de recherche scientifique (INRS), na sequência de um trabalho recente dirigido pelo professor e diretor do Centro de Investigação de Telecomunicações Énergie Matériaux (Centro EMT), François Legaré.
Este trabalho é fruto da colaboração com físicos médicos do McGill University Health Center (MUHC). O estudo da equipe, publicado na revista
Laser &Photonics Reviews , apresenta resultados que questionam certos conhecimentos sobre pulsos de laser de alta potência – conhecimentos que se tornaram comuns na comunidade científica.
“Pela primeira vez, mostramos que, sob certas condições, um feixe de laser fortemente focado no ar ambiente pode acelerar elétrons atingindo energias na faixa de MeV (megaelétron-volt), a mesma ordem de grandeza de alguns irradiadores usados na radioterapia para câncer, " afirma François Légaré, Diretor do Centro EMT do INRS.
Foi bem estabelecido que focar um pulso de laser de intensidade suficientemente alta no ar ambiente geraria um plasma no ponto focal. Este plasma atua como uma fonte de elétrons que podem ser acelerados a energias de até alguns keV (quiloelétron-volts), no máximo. Até recentemente, não era possível atingir energias mais elevadas no ar ambiente, devido a uma limitação física.
A equipe de pesquisa conseguiu demonstrar que os elétrons acelerados no ar ambiente podem atingir energias na faixa do MeV (megaelétron-volt), ou cerca de 1.000 vezes maior que esse limite anteriormente intransponível.
Taxa de dose de radiação medida (em escala logarítmica) em função da distância ao ponto focal, para três diferentes energias de pulso de laser. Crédito:Simon Vallières (INRS) Melhor tratamento do câncer O avanço da equipe do EMT Center do INRS abre as portas para grandes avanços na física médica. Um excelente exemplo é a radioterapia FLASH, uma nova abordagem para o tratamento de tumores resistentes à radioterapia convencional.
É uma técnica que pode ser usada para fornecer altas doses de radiação em um tempo extremamente curto (microssegundos em vez de minutos). Isso protege melhor o tecido saudável ao redor do tumor. Este efeito FLASH ainda é pouco compreendido na investigação, mas parece envolver uma rápida desoxigenação de tecidos saudáveis, reduzindo a sua sensibilidade à radiação.
"Nenhum estudo foi capaz de explicar a natureza do efeito FLASH. No entanto, as fontes de elétrons usadas na radioterapia FLASH têm características semelhantes àquelas que produzimos focando fortemente nosso laser no ar ambiente. Uma vez que a fonte de radiação esteja melhor controlada, ainda mais a pesquisa nos permitirá investigar o que causa o efeito FLASH e, em última análise, oferecer melhores tratamentos de radiação aos pacientes com câncer", diz Simon Vallières, pesquisador de pós-doutorado e primeiro autor do estudo.
Manuseio mais seguro
Esta descoberta tem implicações concretas. Em primeiro lugar, é necessário cuidado extra ao manusear raios laser fortemente focados no ar ambiente.
“As energias dos elétrons observadas (MeV) permitem que eles viajem mais de três metros no ar, ou vários milímetros sob a pele. Isso representa um risco de exposição à radiação para os usuários da fonte de laser”, explica Simon Vallières.
Além disso, ao fazer medições perto da fonte, a equipe observou uma alta taxa de dose de radiação de elétrons – três a quatro vezes maior do que as usadas na radioterapia convencional.
“Descobrir este perigo de radiação é uma oportunidade para implementar práticas mais seguras em laboratórios”, diz Simon Vallières. O jovem pesquisador ressalta que o manuseio de raios laser altamente focados no ar ambiente deve ser feito com cuidado e que os cientistas precisam evitar a exposição a altas doses de radiação, pois são prejudiciais à saúde.
Mais informações: Simon Vallières et al, High Dose-Rate MeV Electron Beam from a Tightly-Focused Femtosecond IR Laser in Ambient Air,
Laser &Photonics Reviews (2023). DOI:10.1002/lpor.202300078
Fornecido por Instituto Nacional de Pesquisa Científica
