基于6.1μm中红外飞秒激光共振酰胺振动模式的活体角膜切开术：高效精准视力矫正新策略

针对近红外飞秒激光(NIR fs)角膜手术存在的散射致术后散光、机械冲击损伤内皮细胞等问题，四川大学团队创新性采用6.1μm中红外飞秒激光(MIR fs)共振酰胺-I模式开展活体小鼠角膜切开术研究。结果显示MIR fs可实现水肿角膜高效穿透性切割，3天内切口愈合且内皮功能完整，电生理检测证实其生物安全性，为眼科手术提供了突破性工具。

　　

在视力矫正领域，激光角膜手术已发展数十年，但现有技术仍面临严峻挑战。传统近红外飞秒激光(NIR fs)虽广泛应用于角膜切割，但其在穿透水肿组织时会产生严重散射，导致术后散光；高能脉冲的机械冲击还会扭曲内皮细胞，延长愈合时间。更棘手的是，当激光焦点偏离角膜表面时，近红外光的高穿透性可能损伤虹膜和晶状体。这些缺陷严重制约着角膜移植等精细手术的发展。

为突破这些技术瓶颈，四川大学电子与信息工程学院联合华西医院眼科团队独辟蹊径，将目光投向中红外波段。他们注意到，6.1μm波长恰好与角膜组织中酰胺-I键的振动频率共振，同时能被水分子的羟基吸收。这种"双共振效应"理论上可实现更精准的组织切割。但此前，中红外飞秒激光(MIR fs)在活体角膜手术中的可行性从未被验证。

研究人员构建了一套革命性的手术平台：通过两级光学参量放大器(OPA)产生中心波长6.1μm、脉宽200 fs、功率100 mW的激光输出，并开发配套的电动平移台控制系统。借助生物热模型模拟发现，每个脉冲可在角膜表面产生瞬时100°C的温升，通过精确控制脉冲数可实现微米级深度调控。

在关键技术方面，研究采用四大核心方法：1）基于LiGaS₂晶体的中红外OPA系统构建；2）建立有限元生物热模型预测切割深度；3）通过光学相干断层扫描(OCT)和荧光素染色动态监测活体小鼠角膜愈合；4）结合视网膜电图(ERG)和视觉悬崖实验评估视觉功能。

MIR飞秒角膜切开平台与角膜切割模型
团队研发的OPA系统输出光束质量优异（M²<1.3），脉冲能量稳定在2μJ。模拟显示，100个脉冲即可形成30μm深度的精准切口，与体外实验结果高度吻合。这种"脉冲计数"的深度控制策略，为临床手术提供了量化依据。

NIR与MIR fs激光角膜切割对比
傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实角膜在6.1μm处存在强吸收峰。实验显示，MIR fs在正常和水肿角膜中均能形成110μm的穿透性切口，且边缘光滑；而相同能量(3μJ)的1.03μm NIR fs仅能切割20μm上皮层。即使将NIR脉冲能量提升至16μJ，虽加深切口但伴随严重热损伤，且在焦点漂移时直接损伤晶状体。

MIR fs角膜切开及愈合研究
将小鼠分为4/6/8 mm/s三组扫描速度组。荧光素染色显示，6 mm/s组术后3天染色面积最小(0.008±0.003)，显著优于4 mm/s组(P=0.0257)。组织学观察发现，6 mm/s组切口处基质层胶原纤维排列整齐，而慢速组出现核溶解区。OCT证实所有组别7天后切口深度无统计学差异。

MIR fs激光大范围切割的生物安全性评估
设计覆盖瞳孔区的锯齿形切割图案。ERG检测显示，各组a波潜伏期差异<0.72ms，b波振幅波动<36.48μV，均无统计学意义。视觉悬崖实验中，安全区选择指数始终维持在1.0左右，证实视觉功能未受影响。术后1月组织学检查显示视网膜结构完整，无器质性损伤。

这项研究首次在活体层面验证了MIR fs激光角膜手术的优越性：其共振切割机制相比传统NIR fs降低230倍峰值强度，通过激发胶原蛋白从有序排列向无定形结构转变，实现"低温爆破"效果。特别在水肿角膜中，长波长带来的散射抑制优势尤为突出。

该成果为眼科手术带来三大突破：1）为穿透性角膜移植提供更安全精准的工具；2）开辟了振动共振辅助激光手术的新范式；3）建立的脉冲数-深度对应模型为临床参数选择提供理论支撑。随着中空光纤等传输技术的发展，这项技术有望革新LASIK、白内障手术等多个领域。研究团队特别指出，下一步将探索该技术在更复杂角膜病变（如圆锥角膜）中的应用价值。

论文以《In vivo keratotomy by mid-infrared femtosecond laser resonant with amide vibrational mode》为题发表于《Communications Medicine》，四川大学Houkun Liang、Xiangyi Wen和Longqian Liu为共同通讯作者。这项跨学科研究融合了光电工程与临床医学的优势，为精准眼科手术器械的自主研发提供了新思路。