Mehr Licht! – für die Medizin
Projekt FAMOS will leistungsfähige und kostengünstige aber wenig verbreitere laseroptische Diagnosemethoden berühmt machen.
Es gibt Erkrankungen wie etwa Krebs, zu deren präziser Diagnose und Therapiekontrolle aufwändige bildgebende Methoden und sogar Probenentnahmen notwendig sind. Geht es jedoch um die Untersuchungen von oberflächlichen Geweben, wie der Haut, der Netzhaut oder Darmgewebe, könnten optische Methoden künftig die gewünschte Klarheit bringen. Kostengünstiger, nicht invasiv, ohne ionisierende Strahlung, ohne Kontrastmittel – nur mit energiereichem Laserlicht.
Abb.: Hochleistungs-Trapezlaser auf Wärmesenke (Bild: FBH / schurian.com)
Um das Functional Anatomical Molecular Optical Screening FAMOS voranzubringen haben sich 17 Partner zu einem EU-Projekt zusammengefunden. Darunter Hersteller von Lasern und Medizintechnik, Forscher der Universitäten Wien, St. Andrews, des Londoner University Colleges, des Weizmann-Instituts, der TU Dänemark und des Ferdinand-Braun-Institut (FBH) in Berlin-Adlershof. Eine Schlüsseltechnologie gibt es bereits: OCT, die optische Kohärenztomographie. Damit lassen sich Strukturen, die einige Millimeter im Gewebe liegen, präzise abbilden. Das dafür verwendete weiße Laserlicht entsteht, wenn man eine spezielle Glasfaser mit einem Femtosekundenlaser bestrahlt.
Diese Laser benötigen eine Wasserkühlung, da sie sehr viel Wärme entwickeln. Die Geräte sind deshalb nicht mobil, recht klobig und außerdem noch so kompliziert, dass nur ein Fachmann sie bedienen kann. Hier setzt das Projekt an, die Lichtquellen kleiner und kompakter zu machen. „Unsere Aufgabe am FBH ist es, einen Halbleiterlaser von sehr guter Strahlqualität zu entwickeln. Bei den Kollegen in Dänemark wird er dann frequenzverdoppelt – die Wellenlänge also halbiert“, skizziert Bernd Sumpf, FAMOS-Projektleiter am FBH, das Projekt. Und mit diesem Laser pumpt ein Industriepartner in Wien schließlich den Femtosekunden-Titan-Saphir-Laser, der dann die eigentliche OCT-Lichtquelle anregt. Wenn alles wie geplant funktioniert, reicht Luft zum Kühlen aus, ein kleiner Ventilator wie im Computer. Dadurch schrumpfen die Geräte auf ein Fünftel ihrer bisherigen Größe, sind entsprechend billiger und mobil einsetzbar.
Abb.: Rippenwellenleiter (RW section) wird Strahlung hoher Qualität erzeugt, die im Trapezteil (TA section) verstärkt wird – der Laser vereint damit gute Strahlqualität mit höchster Leistung. (Bild: FBH, D. Feise)
Sumpfs Team tüftelt für FAMOS an einem Trapezlaser. Durch einen raffinierten Trick vereint er exzellente Strahlleistung mit hochpräziser Fokussierbarkeit. Ein Titan-Saphir-Laser lässt sich im Spektralbereich zwischen 400 und 550 nm anregen. Bisher dienten dazu meist wassergekühlte Festkörperlaser bei einer Emissionswellenlänge von 532 nm. „Wir haben zur Anregung eine kürzere Wellenlänge von 515 nm gewählt“, erklärt Sumpf. Das Ziel: 10 Watt optische Leistung bei 1030 nm zu erzeugen. In einem speziellen Kristall wird die Wellenlänge auf 515 nm halbiert. Die gesamte Effizienz ist dabei hoch genug, um ohne Luftkühlung auskommen zu können.
FBH / OD
