Biophotonic applications of ultrafast fiber lasers: From biomaterial surface modification to sub-cellular nanosurgery

LASER olgusunun 1960'taki keşfinden sadece bir yıl sonra, derideki bazı anormal yapıların bu teknoloji kullanılarak yok edilebileceği gösterildi. Günümüzde lazerler, tıbbi uygulamalar anlamında çok geniş bir kullanım alanı bulmuşlardır. Buna ek olarak, 1980'lerde femtosaniye lazerlerin icat edilmesiyle birlikte lazerlerin daha birçok farklı alanda kullanılabileceği fark edilmiştir. Nitekim, ultrakısaatımlı lazerler, biyolojik ve biyomedikal araştırmalarda kendilerine hergeçen gün daha fazla uygulama alanı bulmaktadır. Tüm bunlara paralel olarak fiber lazerler, endüstriyel ve biyomedikal uygulamalardaki ihtiyaçlara son derece uygun oldukları için, bu alanlarda geniş çapta bir kullanım alanı bulmuştur. Tüm bunlar göz önüne alındığında, sunulan bu doktora tezinin hedefi; çeşitli tekrar sıklıklarına ve atım enerjilerine sahip olan, küçük hacimli, kullanımı basit ve düşük maliyetli ultrahızlı fiber lazerler geliştirmek ve bu sistemlerin farklı biyofotonik araştırma alanlarındaki uygulanabilirliklerini deneysel olarak göstermektir. Bu bağlamda, bu doktora tez araştırmasının bir bölümünde, farklı optik parametrelere sahip ultrahızlı fiber lazerler geliştirilmiş ve bu lazerler biyomalzeme yüzeylerini modifiye etmek üzere kullanılmıştır. Ayrıca, mikro ve nano ölçeklerde topografilere sahip farklı yüzeylerin yüksek hızda ve hassaslıkta üretilebildiği de tarafımzca gösterilmiştir. Farklı lazer parametreleriyle modifiye edilmiş farklı yüzey yapıları, topografik düzgünlük ve tekrarlanabilirlik açısından karşılaştırılmıştır. Buna ek olarak çeşitli topografik yapılar, hücrelerin metal implantlara tutunmasının etkinliği bakımından değerlendirilmiştir. Sunulan bu tezin ikinci kısmında ise, doku kesimlenmesi ve nanocerrahi deneylerinde kullanılmak üzere bütünleşik bir ultrahızlı fiber lazer-mikroskop sistemi geliştirilmiştir. Bu sistem kullanılarak doku seviyesinde ve hatta tek bir akson veya tek bir organel gibi hücre-altı seviyelerde, yüksek hassaslıkta kesimler yapılmştır. En son aşamada bu bütünleşik sistem, optik atımları istenilen her şekilde üretebilecek ve örneğe gönderebilecek şekilde geliştirilmiştir. Bu amaçla, akusto-optik modülatörler (AOM) kullanılmış ve bu AOM'ler yine kendi geliştirdiğimiz alan-programlı kapı dizileri (FPGA) ile kontrol edilmiştir.