Studies an Optical and X-ray Emission Processes in Laser Produced Plasma

Developments in laser technology over the past few years have made it possible to do experiments with focused intensities of IO"-102' Wcm'z. Short-pulse high-intensity lasers are able to accelerate protons and heavier ions to multi-MeV energies during their interaction with solid targets, gas jets and clusters. When such a laser radiation is focused at the intensity above 10” Wcm'2, local electric field strength will be almost equivalent to that within an atom. Hence, new nonlinear optical phenomena will be expected in the field of light matter interaction. Most of the research in the material interaction using high power lasers, especially related to plasma interaction, has been directed to the short pulse x-ray generation- Nanosecond laser interactions with solid targets also generate plasmas which emit radiation mainly in the optical region, the understanding of which is far from satisfactory. This thesis deals with a detailed study of some of the dynamical processes in plasmas generated by nanosecond and femtosecond lasers

Synthesis and characterization of 3d-transition metals doped ZnO thin films and nanostructures for possible spintronic applications

The objective of the present study is the formation of single phase Zn1−xTMxO thin films by PLD and increase the solubility limit of TM dopants. The TM doped ZnO nanostructures were also grown by hydrothermal method. The structural and morphological variation of ZnO:TM thin films and nanostructures with TM doping concentration is also investigated. The origin and enhancement of ferromagnetism in single phase Zn1−xTMxO thin films and nanostructures using spectroscopic techniques were also studied. The dependence of ablation parameters on the structural and optical properties of ZnO thin films were studied

Femtosecond imaging-mode laser-induced breakdown spectroscopy

Many nonlinear optical microscopy techniques based on the high-intensity nonlinear phenomena were developed recent years. A new technique based on the minimal-invasive in-situ analysis of the specific bound elements in biological samples is described in the present work. The imaging-mode Laser-Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) is proposed as a combination of LIBS, femtosecond laser material processing and microscopy. The Calcium distribution in the peripheral cell wall of the sunflower seedling (Helianthus Annuus L.) stem is studied as a first application of the imaging-mode LIBS. At first, several nonlinear optical microscopy techniques are overviewed. The spatial resolution of the imaging-mode LIBS microscope is discussed basing on the Point-Spread Function (PSF) concept. The primary processes of the Laser-Induced Breakdown (LIB) are overviewed. We consider ionization, breakdown, plasma formation and ablation processes. Water with defined Calcium salt concentration is used as a model of the biological object in the preliminary experiments. The transient LIB spectra are measured and analysed for both nanosecond and femtosecond laser excitation. The experiment on the local Calcium concentration measurements in the peripheral cell wall of the sunflower seedling stem employing nanosecond LIBS shows, that nanosecond laser is not a suitable excitation source for the biological applications. In case of the nanosecond laser the ablation craters have random shape and depth over 20 µm. The analysis of the femtosecond laser ablation craters shows the reproducible circle form. At 3.5 µJ laser pulse energy the diameter of the crater is 4 µm and depth 140 nm for single laser pulse, which results in 1 femtoliter analytical volume. The experimental result of the 2 dimensional and surface sectioning of the bound Calcium concentrations is presented in the work.

VUV-Laserablation von Spinnenseide

Spinnenseide gehört zu den stabilsten bekannten Polymerverbindungen. Spinnfäden können bis auf das Dreifache ihrer ursprünglichen Länge gedehnt werden, bevor sie reißen, und dabei mit rund 160 MJ/m³ mehr als dreimal soviel Energie absorbieren wie die stärkste synthetisch hergestellte Faser Kevlar (50 MJ/m³). Dabei weisen Spinnfäden mit 2 bis 5 Mikrometer nur ein Zehntel des Durchmessers eines menschlichen Haares auf. Das präzise, berührungslose Bearbeiten von Spinnenseide ist für verschiedene technische Anwendungen interessant, insbesondere wenn dabei ihre außergewöhnlichen Eigenschaften erhalten bleiben. Könnten die von Natur aus dünnen Seidenfäden gezielt in ihrem Durchmesser verringert werden, so wären sie unter anderem in der Mikroelektronik einzusetzen. Hier könnten sie als Trägermaterial für eine dünne, elektrisch leitfähige Schicht fungieren. Man erhielte Nanodrähte, die auch in mechanisch besonders belasteten Mikroelektronikbauteilen (MEMS) Verwendung finden könnten. In dieser Arbeit wird die Verwendung der laserinduzierten Ablation zur gezielten Bearbeitung von Haltefäden der Schwarzen Witwe (Latrodectus hesperus) beschrieben. Eingesetzt wurde ein VUV-Excimerlaser vom Typ LPF 205 (Lambda-Physik, Göttingen) mit einer Wellenlänge von 157 nm und einer Pulsdauer von 18 ns. Eine berührungslose Laserbearbeitung bei 157 nm erlaubt einen effizienten und präzisen Abtrag von Material durch Ablation aufgrund der geringen optischen Eindringtiefe von unter 100 nm oberhalb einer Schwellenfluenz (Energie/Fläche) von Φth=29 mJ/cm², ohne dabei das umgebende Material thermisch zu beeinträchtigen. Parallel zur Ablation setzt allerdings eine wellenförmige Oberflächenstrukturierung auf der Faseroberfläche ein, wodurch die mechanische Belastbarkeit der Faser entscheidend geschwächt wird. Die Ursache hierfür liegt im Abbau materialbedingter Spannungsfelder („stress release“) innerhalb einer durch das Laserlicht induzierten dünnen Schmelzschicht. Im Rahmen dieser Arbeit ist es nun gelungen, diese Strukturen durch einen anschließenden Glättungsprozeß zu entfernen. Dabei wird auf der bestrahlten Oberfläche mittels Laserlichts eine glatte Ablation erzielt. Mit feinerer Abstufung dieser Prozeßschritte konnte der Durchmesser des verwendeten Spinnenseidefadens zum Teil um 70 Prozent bis auf ca. 750 nm verringert werden. Durch Zugfestigkeitsexperimente wurde belegt, daß die mechanischen Eigenschaften der so bearbeiteten Spinnenseide weitgehend erhalten bleiben. Die im Rahmen dieser Arbeit angewandte Methode erlaubt somit eine präzise Laserablation von Spinnenseide und ähnlichen hochabsorbierenden Materialien, ohne deren Kernsubstanz in ihrer Beschaffenheit zu verändern.

Optimierung der laserinduzierten Plasmaspektroskopie an Metallen durch Femtosekunden-Doppelpulse für die Entwicklung eines hochauflösenden 3D-Rasterabbildungsverfahrens

Die laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIPS) ist eine spektrochemische Elementanalyse zur Bestimmung der atomaren Zusammensetzung einer beliebigen Probe. Für die Analyse ist keine spezielle Probenpräparation nötig und kann unter atmosphärischen Bedingungen an Proben in jedem Aggregatzustand durchgeführt werden. Femtosekunden Laserpulse bieten die Vorteile einer präzisen Ablation mit geringem thermischen Schaden sowie einer hohen Reproduzierbarkeit. Damit ist fs-LIPS ein vielversprechendes Werkzeug für die Mikroanalyse technischer Proben, insbesondere zur Untersuchung ihres Ermüdungsverhaltens. Dabei ist interessant, wie sich die initiierten Mikrorisse innerhalb der materialspezifschen Struktur ausbreiten. In der vorliegenden Arbeit sollte daher ein schnelles und einfach zu handhabendes 3D-Rasterabbildungsverfahren zur Untersuchung der Rissausbreitung in TiAl, einer neuen Legierungsklasse, entwickelt werden. Dazu wurde fs-LIPS (30 fs, 785 nm) mit einem modifizierten Mikroskopaufbau (Objektiv: 50x/NA 0.5) kombiniert, welcher eine präzise, automatisierte Probenpositionierung ermöglicht. Spektrochemische Sensitivität und räumliches Auflösungsvermögen wurden in energieabhängigen Einzel- und Multipulsexperimenten untersucht. 10 Laserpulse pro Position mit einer Pulsenergie von je 100 nJ führten in TiAl zum bestmöglichen Kompromiss aus hohem S/N-Verhältnis von 10:1 und kleinen Lochstrukturen mit inneren Durchmessern von 1.4 µm. Die für das Verfahren entscheidende laterale Auflösung, dem minimalen Lochabstand bei konstantem LIPS-Signal, beträgt mit den obigen Parametern 2 µm und ist die bislang höchste bekannte Auflösung einer auf fs-LIPS basierenden Mikro-/Mapping-Analyse im Fernfeld. Fs-LIPS Scans von Teststrukturen sowie Mikrorissen in TiAl demonstrieren eine spektrochemische Sensitivität von 3 %. Scans in Tiefenrichtung erzielen mit denselben Parametern eine axiale Auflösung von 1 µm. Um die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und ein besseres Verständnis für die physikalischen Prozesse während der Laserablation zu erhalten, wurde in Pump-Probe-Experimenten untersucht, in wieweit fs-Doppelpulse den laserinduzierten Abtrag sowie die Plasmaemission beeinflussen. Dazu wurden in einem Mach-Zehnder-Interferometer Pulsabstände von 100 fs bis 2 ns realisiert, Gesamtenergie und Intensitätsverhältnis beider Pulse variiert sowie der Einfluss der Materialparameter untersucht. Sowohl das LIPS-Signal als auch die Lochstrukturen zeigen eine Abhängigkeit von der Verzögerungszeit. Diese wurden in vier verschiedene Regimes eingeteilt und den physikalischen Prozessen während der Laserablation zugeordnet: Die Thermalisierung des Elektronensystems für Pulsabstände unter 1 ps, Schmelzprozesse zwischen 1 und 10 ps, der Beginn des Abtrags nach mehreren 10 ps und die Expansion der Plasmawolke nach über 100 ps. Dabei wird das LIPS-Signal effizient verstärkt und bei 800 ps maximal. Die Lochdurchmesser ändern sich als Funktion des Pulsabstands wenig im Vergleich zur Tiefe. Die gesamte Abtragsrate variiert um maximal 50 %, während sich das LIPS-Signal vervielfacht: Für Ti und TiAl typischerweise um das Dreifache, für Al um das 10-fache. Die gemessenen Transienten zeigen eine hohe Reproduzierbarkeit, jedoch kaum eine Energie- bzw. materialspezifische Abhängigkeit. Mit diesen Ergebnissen wurde eine gezielte Optimierung der DP-LIPS-Parameter an Al durchgeführt: Bei einem Pulsabstand von 800 ps und einer Gesamtenergie von 65 nJ (vierfach über der Ablationsschwelle) wurde eine 40-fache Signalerhöhung bei geringerem Rauschen erzielt. Die Lochdurchmesser vergrößerten sich dabei um 44 % auf (650±150) nm, die Lochtiefe um das Doppelte auf (100±15) nm. Damit war es möglich, die spektrochemische Sensitivität von fs-LIPS zu erhöhen und gleichzeitig die hohe räumliche Auflösung aufrecht zu erhalten.

Femtosecond laser processing of crystalline silicon

This paper reports the surface morphologies and ablation of crystalline silicon wafers irradiated by infra-red 775 nm Ti:sapphire femtosecond laser. The effects of energy fluences (below and above single-pulse modification) with different number of pulses were studied. New morphological features such as pits, cracks formation, Laser-Induced Periodic Surface Structures (LIPSS) and ablation were observed. The investigation indicated that there are two distinct mechanisms under femtosecond laser irradiation: low fluence regime with different morphological features and high fluence regime with high material removal and without complex morphological features.

Elemental analysis of New Zealand Nephrite Jade (pounamu) for forensic purposes

Pounamu (NZ jade), or nephrite, is a protected mineral in its natural form following the transfer of ownership back to Ngai Tahu under the Ngai Tahu (Pounamu Vesting) Act 1997. Any theft of nephrite is prosecutable under the Crimes Act 1961. Scientific evidence is essential in cases where origin is disputed. A robust method for discrimination of this material through the use of elemental analysis and compositional data analysis is required. Initial studies have characterised the variability within a given nephrite source. This has included investigation of both in situ outcrops and alluvial material. Methods for the discrimination of two geographically close nephrite sources are being developed. Key Words: forensic, jade, nephrite, laser ablation, inductively coupled plasma mass spectrometry, multivariate analysis, elemental analysis, compositional data analysis

Relación de la tiroglobulina pre-ablación con la recurrencia/persistencia temprana del cáncer diferenciado de tiroides

Introducción: El cáncer diferenciado de tiroides es la neoplasia endocrina más frecuente en Colombia y su incidencia crece de forma acelerada. Se investigo la relación entre los niveles de tiroglobulina (Tg) pre-ablación y la persistencia/recurrencia temprana del cáncer diferenciado de tiroides. Materiales y Métodos: Se evaluaron 91 pacientes con cáncer papilar de tiroides a quienes se les practico ablación post-quirúrgica con yodo radiactivo en la Fundación Cardioinfantil entre enero de 2006 y enero de 2010. El análisis de los resultados se realizo con ayuda del paquete estadístico SPSS y la hipótesis de investigación se evaluó utilizando métodos propios de la estadística no paramétrica. Resultados: La enfermedad progresó en 20 pacientes durante el primer año post-ablación y se encontró relación significativa entre la Tg pre-ablación y el estado de la enfermedad al final de ese periodo (p = 0,000). No hubo cambio significativo de la Tg entre el primer y el segundo semestre post-ablación en quienes la enfermedad progreso (p = 0,554); se resalta que no se presentaron casos de recurrencia/persistencia en aquellos con niveles pre-ablación menores o iguales a 2,7 ng/mL y que el 80% de estos casos correspondieron a individuos con niveles iniciales mayores a 24 ng/mL. Conclusión: En los pacientes con cáncer papilar de tiroides el nivel sérico de la Tg pre-ablación tiene relación con el estado de la enfermedad al final del primer año post-ablación. La persistencia/recurrencia es menos frecuente con niveles bajos y más frecuente con niveles altos.

Incidencia de fibrilación auricular en pacientes con dispositivos de estimulación cardiaca con cardiopatía chagásica y no chagásica

La posible asociación entre el desarrollo de fibrilación auricular (FA) con la presencia de cardiopatía chagásica en una población portadora de dispositivos cardiacos de estimulación no está descrita. Se presenta un estudio de tipo cohorte retrospectivo realizado en la FCI que recopila las principales características clínicas de una población de pacientes con cardiopatía de variada etiología y portadores de dispositivos cardiacos buscando evaluar la incidencia de FA en presencia de cardiomiopatía de origen chagásico y no chagásico. A la fecha no se cuenta con una base de datos institucional ni regional que contenga las variables analizadas. Durante los 5 meses que duró la construcción de la base de datos se incluyeron 99 sujetos de investigación. Se implantaron 42 marcapasos bicamerales, 39 cardiodesfibriladores bicamerales, 6 dispositivos correspondientes cardiodesfibrilador con función de resincronización cardiaca, 2 resincronizadores cardiacos sin función de cardiodesfibrilador y 7 cardiodesfibriladores unicamerales. De los 99 sujetos recolectados se presentaron 8 desenlaces (FA de novo) y de esos solamente 1 pertenece al grupo de pacientes con cardiomiopatía chagásica. Este número reducido de desenlaces no permitió desarrollar un modelo de regresión de Cox y ni otros tipos de análisis estadísticos planteados en el protocolo inicial debido al bajo número de casos y pobre poder estadístico. Esta dificultad es inherente a la naturaleza del problema a estudiar y al corto tiempo de seguimiento. Por lo anterior no se puede establecer si existe una relación entre la presencia de serología positiva para infección por T. Cruzi y la presencia de FA de novo.

Factores de riesgo para el desarrollo de complicaciones: infecciones en varicosafenectomia

La enfermedad venosa periférica de miembros inferiores se considera una de las afecciones más prevalentes, con morbilidad considerable, deterioro de la calidad de vida, e importante demanda de recursos de salud, que en la mayoría de casos requiere manejo quirúrgico como parte del tratamiento. Este estudio busca analizar si la técnica quirúrgica es un factor de riesgo, que incrementa la aparición de infección de sitio quirúrgico en 257 pacientes a quienes se les realizó varicosafenectomia. Metodología: Se realizó un estudio de cohorte retrospectiva; se recolectaron los datos a partir de los registros clínicos y quirúrgicos de pacientes que cumplieron con los criterios de inclusión, registrando factores de riesgo, descripción quirúrgica, complicaciones, y evolución post operatoria hasta 8 semanas. El análisis estadístico se realizó mediante el cálculo de riesgo relativo y regresión logística binomial. Resultados: Se demostró asociación entre la presencia de infección de sitio quirúrgico y tipo de cirugía con un RR = 3,05 (P= 0,01), clasificación CEAP con 29% menos riesgo en varicosafenectomia total (P= 0,008). Conclusiones: Existen variables clínicas y quirúrgicas que influyen en la probabilidad de desarrollar infección del sitio quirúrgico.

Resultados del tratamiento de nevos melanocíticos con láser

Introducción A pesar de que los nevos melanocíticos son un motivo de consulta frecuente en nuestra población no existen estudios a nivel de Colombia acerca de su tratamiento, a nivel mundial existe muy poca literatura al respecto por lo que hay un vacío conceptual en este campo. Objetivos Evaluar los cambios en cuanto a la presencia de pigmento y cicatrización, en los nevos melanocíticos adquiridos tratados con láser, basados en la experiencia de un solo centro en Bogotá. Materiales y métodos Es un estudio observacional de antes y después, en una cohorte histórica, de 90 casos de nevos melanocíticos adquiridos, tratados con láser en Uniláser Medica, en los que se evaluó la presencia de pigmento, cicatrización, y otras variables, con un control realizado a no menos de 3 meses de la intervención. Resultados Se encontró un rango de edad entre los 18 -51 años, promedio 27,59 años; fototipo de III-V; en el 32% de los casos, solo fue requerida una sesión de láser de Co2 y Erbio, para el aclaramiento completo de la misma. La duración del eritema en el 54,4% los casos fue de 1 a 3 meses. En un 64,4% quedó pigmento residual al control, pero de éstos casos el 48,2% fue entre un 5 a un 10% del inicial. El 58,9% hizo cicatriz, de éstos el 63% fue estética. La satisfacción por parte de los pacientes es alta a pesar de la persistencia pigmentaria y/o la presencia de cicatriz. Discusión El tratamiento de nevos melanocíticos adquiridos con láser es una opción terapéutica que genera cambios estadísticamente significativos en cuanto a pigmento, cicatriz estética y alta satisfacción por parte de los pacientes. Se requieren estudios, analíticos, para determinar eficacia del tratamiento.

Ablación cardiaca en niños y adolescentes: experiencia en la Fundación Cardioinfantil-IC años 2010 -2013

Introducción: Se ha demostrado que la técnica de radiofrecuencia en ablación cardiaca es altamente efectiva en el tratamiento de arritmias cardiacas en pediatría, además de tener un mínimo de complicaciones. En este estudio se exponen los resultados de este procedimiento en un grupo de pacientes pediátricos en la Fundación Cardioinfantil. Población y Métodos: Entre enero de 2010 y diciembre de 2013 se realizaron un total de 231 ablaciones cardiacas. Al aplicar criterios de inclusión y exclusión se obtienen 192 pacientes, de los cuales 58% eran de sexo masculino y 42% de sexo femenino, 43.2% pertenecían a un rango de edad entre 11-15 años. Resultados: La ablación fue exitosa en 185/192 pacientes (Tasa de éxito global 96.3%). Pérdidas durante el seguimiento al primer día 0%, tasa de éxito 100% con cero recurrencias. Control de los 30 días: pérdidas del 8.3%, tasa de éxito del 90.6% y dos recurrencias. Control de los 90 días se tuvieron pérdidas de 30.2%, tasa de éxito de 95.4% y seis recurrencias, finalmente a los 180 días con un porcentaje de pérdidas de 51.5% y siete recurrencias, la tasa de éxito es de 92.5%. En el seguimiento se encontraron 7 recurrencias, las cuales fueron llevadas a un segundo procedimiento que fue efectivo en 7/7 (100)%. No hubo complicaciones ni muertes. Conclusiones: Los resultados obtenidos no difieren de los resultados de estudios de ablación pediátrica en el mundo, definiéndose así como un procedimiento seguro y eficaz en la Fundación Cardioinfantil.

Aislamiento de venas pulmonares en el Centro Internacional de Arritmias ‘Andrea Natale’ - Fundación Cardio infantil

Introducción: El Aislamiento de Venas Pulmonares (AVP) es un procedimiento de alto costo al cual son sometidos pacientes con riesgo cardiovascular elevado. Requiere un alto grado de especialización en el personal médico y paramédico que lo ejecuta, con curvas de aprendizaje que sobrepasan los dos años de formación académica y entrenamiento específico. Metodología: Se realizó un estudio de cohorte retrospectivo, donde se incluyeron 88 sujetos sometidos al procedimiento en el lapso comprendido entre el 1º de enero y el 31 de diciembre de 2013, con el objetivo de evaluar su proceso de atención en el Centro Internacional de Arritmias ‘Andrea Natale’ de la FCI – Instituto de Cardiología. Se realizó análisis de regresión lineal y logística múltiple. Resultados: Se encontró que en el 97,73%% de los pacientes el diagnóstico principal era algún tipo de Fibrilación Auricular (FA); a su vez, la comorbilidad más frecuente fue HTA en el 30,68% y ningún paciente presentaba enfermedad coronaria, no hubo diferencias significativas por sexo. La complicación peri operatoria tuvo una incidencia del 3,41%, el 22,73% requirió ingreso a UCI con un promedio de días estancia 0,25+0,51. El 98,86% de la población estudiada recibió educación pos procedimiento acerca de sus cuidados y signos de alarma. Los factores encontrados en el estudio que afectan la duración del procedimiento y la estancia hospitalaria son las interconsultas pre procedimiento, el manejo médico de la cardiomiopatía de base y el uso de anti agregantes plaquetarios pre procedimiento; los cuales, son puntos por mejorar previo al ingreso o programación del paciente para ser llevado a AVP. Discusión: Como recomendaciones específicas se destacan: La necesidad de incluir en el protocolo de preparación para ablación de venas pulmonares la realización de interconsultas a las especialidades requeridas, antes de su ingreso para la realización del procedimiento. Es importante que el paciente que lo amerite haga parte de un programa de falla cardiaca previamente al procedimiento

Caracterización de las variantes anatómicas de las venas pulmonares en pacientes candidatos a aislamiento de venas pulmonares en Colombia

Introducción y objetivos: El conocimiento de la anatomía de las venas pulmonares y de la aurícula izquierda es fundamental para la planeación y prevención de posibles complicaciones durante la ablación de las venas pulmonares, procedimiento realizado para el manejo de la fibrilación auricular. Este estudio pretende caracterizar la anatomía (tamaño y forma) de las venas pulmonares y determinar las variantes anatómicas más comunes de las mismas. Métodos: Se analizaron 277 estudios de angioresonancia tridimensional y tomografía computarizada realizados previo al procedimiento de aislamiento de venas pulmonares. Se evaluaron los diámetros de la aurícula izquierda, de los ostia de las venas pulmonares y se determinaron la presencia de venas pulmonares comunes, accesorias y ramificaciones tempranas. Resultados: 75% de nuestros pacientes presentaron la anatomía normal de dos venas pulmonares derechas y dos izquierdas. En un 10,1% de los casos se encontraron venas supernumerarias y en un 11,2% se encontró un tronco común. En un 61% de los pacientes se encontraron ramas ostiales, las cuales en un 39,4% de los casos se presentaron en la vena pulmonar inferior derecha. Conclusiones: La evaluación de la morfología de la aurícula derecha y las venas pulmonares por medio de angioresonancia o tomografía computarizada, es necesaria para la realización de ablación por radiofrecuencia dada la alta frecuencia de variantes anatómicas y presencia de ramas ostiales.

Comparación de cambios clínicos y hemodinámicos en pacientes con insuficiencia venosa mixta según tipo de manejo.

Existen varias causas de la insuficiencia venosa profunda, la insuficiencia venosa superficial es una de ellas; por tal motivo, una intervención activa de la insuficiencia superficial ya sea cirugía convencional, esclerosis o radiofrecuencia mejora el reflujo del sistema venoso profundo. En nuestro medio no se acostumbra a intervenir los pacientes con insuficiencia venosa mixta bajo la creencia de exacerbar la enfermedad o generar complicaciones. Se pretende documentar los cambios clínicos y hemodinámicos en pacientes con insuficiencia venosa mixta según tipo de manejo, médico vs quirúrgico