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Präzision in der Medizin Laserverfahren modelliert Glasfasern nach Maß

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mit Glasfasern werden in der Medizin kranke Venen verödet. Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Fasern automatisiert in Serie fertigen lassen, die zudem noch viel feiner modelliert sind.

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Dank des neuartigen Laserverfahrens können Glasfasern künftig in noch kleinere Venenzweige vordringen. Bei diesem Prototyp liegt die Spitze der Fasersonde innen.
Dank des neuartigen Laserverfahrens können Glasfasern künftig in noch kleinere Venenzweige vordringen. Bei diesem Prototyp liegt die Spitze der Fasersonde innen.
(Foto: Fraunhofer IZM)

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickelten im Projekt „LaserDELight“ ein neuartiges, laserbasiertes Verfahren, um Glasfasern exakt zu modellieren. Dazu wird der FiberTurningLaser verwendet, einen Laser zur Glasbearbeitung. „Die Methode erlaubt erstmals eine automatisierte Herstellung im Serienmaßstab“, erklärt Dr. Henning Schröder vom IZM. Bislang werden die Fasern aufwendig mechanisch und manuell gefertigt.

Das dauert nicht nur wesentlich länger, sondern ist auch kostenintensiver. „Darüber hinaus erreicht man so nur schwer eine produkttaugliche Reproduzierbarkeit“, sagt Schröder. Die Automatisierung stellt dagegen eine gleichbleibende Qualität sicher.

Faser läuft spitz zu

Einsatz finden die Glasfasern in der Medizin: Bei der Venenverödung wird eine Glasfaser mit etwa einem halben Millimeter Durchmesser in die betroffene Ader eingeschoben. Die Faser ist mit Kunststoff ummantelt und führt in ihrem Innern Laserlicht. Dieses ist in der Lage, das Gewebe zu veröden: Das Licht tritt aus der Faserspitze aus, es entsteht eine Temperatur von mehreren hundert Grad, dabei verschließt sich die Vene.

Damit das Licht nicht frontal, sondern seitlich direkt auf die Venenwand auftreffen kann, läuft die Faser an ihrem Ende spitz zu. So bilden die Kegelwände Reflexionsflächen. Eine Schutzkappe aus Glas sorgt dafür, dass sich direkt auf der Spitze kein Blut ablagert. Das könnte die optischen Eigenschaften des Laserlichts verändern. Zudem beugt die Kappe Verletzungen des Patienten durch die Faserspitze vor.

Faserspitze befindet sich in der Sonde

Durch einen Laserstrahl bringen die Forscher das Glasfaserende in Form. In einem weiteren Produktionsschritt wird die Schutzkappe aufgesetzt und mit der Faser verschmolzen, ohne dass weitere Ausstattung erforderlich ist. „Bei dem neuen Verfahren erwies es sich als praktikabler, die Faserspitze nicht mehr wie bei einem Bleistift spitz nach außen zulaufend, sondern als kegelförmige Einbuchtung in die Faser hinein zu modellieren“, erläutert Schröder. Das bietet einen weiteren Vorteil: Die Kappe am Ende der Faser wird kleiner, da der spitze Kegel wegfällt. Damit wird der Fasersondenkopf insgesamt kompakter und beweglicher. Er kann in noch winzigere Venenverästelungen vordringen.

Mit Hilfe der Lasertechnik wollen die Wissenschaftler zudem noch feinere Dimensionen erreichen, die sich per Hand nicht mehr bearbeiten lassen: Das Ziel sind Glasfasern mit einem Durchmesser von nur noch 100 bis 200 µm. Damit lassen sich auch in der optischen Sensorik neue Anwendungsfelder eröffnen, etwa als Kleinstoptik für die Visible Light Communication – eine Technik zur optischen Datenübertragung. In diesem Fall würde der Prozess vereinfacht gesagt umgekehrt laufen: „Die Faserspitze nimmt dann Dateninformationen aus der Umgebung auf und schickt sie durch die Faser an einen Detektor“, erklärt Schröder. Der Detektor, etwa eine Fotodiode oder ein CMOS-Chip, wandelt die optischen in auswertbare elektrische Signale.

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