Biophotonik Wie der Laser in der Medizin eingesetzt wird

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

Für die Lasertechnik bietet die Medizin vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Auf der LASER World of PHOTONICS werden nicht nur Laser, sondern auch schaltbare fluoreszierende Marker und bildgebende Verfahren gezeigt.

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Eine photonische Kristallfaser, in die am Laser Zentrum Hannover Femtosekundenpulse eines Infrarotlasers eingekoppelt wurden. Solche Fasern erlauben in medizinischer Anwendung immer häufiger minimal invasive Eingriffe, wo bisher aufwendige OPs nötig waren. In staatlich geförderten Forschungsprojekten suchen Wissenschaftler nach Wegen, um mithilfe der Lichtleitfasern während Eingriffen spektroskopische Analysen von Geweben im Körper durchführen zu können.
Eine photonische Kristallfaser, in die am Laser Zentrum Hannover Femtosekundenpulse eines Infrarotlasers eingekoppelt wurden. Solche Fasern erlauben in medizinischer Anwendung immer häufiger minimal invasive Eingriffe, wo bisher aufwendige OPs nötig waren. In staatlich geförderten Forschungsprojekten suchen Wissenschaftler nach Wegen, um mithilfe der Lichtleitfasern während Eingriffen spektroskopische Analysen von Geweben im Körper durchführen zu können.
(Laser Zentrum Hannover)

Die Option, lebende Zellen mit intelligent eingesetztem Licht in Auflösungen von wenigen Nanometern zu beobachten, treibt die Biophotonik in neue Sphären. Mit immer neuen Verfahren von 2-Photonenmikroskopie und Laserrastertomographie über die Verbindung von optischer Mikroskopie mit Raman-Spektroskopie oder von Fluoreszenzmikroskopen mit zeitlich und räumlich extrem hoch auflösenden Kameras erobern Entwickler Welten, die sich dem menschlichen Auge bislang entzogen. Schlüssel dazu sind jeweils leistungsfähige Strahlquellen von extrem kurzwelligem Ultraviolett bis tief in den Infrarotbereich. Laserentwickler arbeiten Hand in Hand mit Entwicklern von Optiken, Halbleitern, Positionier-Systemen sowie mit Medizintechnikunternehmen und Forschungsinstituten.

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Femtosekundenlaser in der medizinischen Behandlung

Ein Beispiel ist die Behandlung von Patienten mit Katarakt, dem Grauem Star, in der Femtosekundenlaser eine Schlüsselrolle spielen. Sie setzen präzise Schnitte von nur 1,5 mm Länge und zerkleinern die trübe Linse im Auge, ehe diese durch die minimale Öffnung abgesaugt und durch eine künstliche Linse ersetzt wird. Nur 20 Minuten dauert so ein ambulanter Linsentausch. Zu Zeiten des Skalpells waren mehrtägige Klinikaufenthalte üblich.

Viele minimal invasive Eingriffe stützen sich auf Faserlaser. Durch Mikroschnitte eingeführte Lasersonden beseitigen heute Krampfadern, Magengeschwüre und Fettpolster. Wo immer es geht, setzen Chirurgen, Zahn- und Hautärzte, Urologen und Gynäkologen auf die schonende Behandlung mit Licht, die für die Patienten angenehm ist, keine Narben hinterlässt und selten zu Blutungen und Infektionen führt. Schlüssel dazu sind immer besser auf die jeweiligen Eingriffe ausgelegte Lichtwellenleiter: Miniaturisierung, eine wachsende Auswahl an Fasermaterialien und optischen Sondenspitzen sorgen für die jeweils benötigte Ausbreitung und Intensität des Lichts. Die Anwendungen reichen bis zum gezielten Laserangriff auf Tumore, die zuvor mit lichtaktivierbaren Substanzen angereichert werden.

Laser optimieren medizinische Diagnostik

Jenaer Forscher arbeiten daran, Faserlaser auch für die Diagnostik nutzbar zu machen. Ziel sind spektroskopische Gewebeanalysen direkt im Körper anstelle von Gewebeentnahmen mit Wartezeiten auf Laborbefunde. Die Jenaer wollen dafür nun klären, für welche Gewebe in Verdauungstrakt, Blutgefäßen und Organen welche Fasern und Lichtwellenlängen geeignet sind.

Implantate werden mittlerweile immer öfter generativ gefertigt. Seien es Elektroden von Cochlea-Implantaten für Gehörlose, metallische Unterbauten von Zahnkronen oder künstliche Gelenke. Laser bauen die individualisierten Implantate nach Vorgabe von CAD-Bauplänen Schicht für Schicht aus Metallpulver auf. Oft dienen dabei Körper-Scans der Patienten als Vorlage. Der durchgehend digitale Fertigungsprozess senkt Kosten und sorgt für perfekte Passformen von Implantaten und Prothesen. Jedes Implantat wird so zum Unikat.

Einblicke in die Nanobausteine des Lebens

Alle Exponate können Interessierte auf der diesjährigen LASER World of PHOTONICS vom 22. bis 25. Juni im Detail anschauen. Auch die beiden Nobelpreisträger, Professor Stefan Hell und Professor Eric Betzig halten in München jeweils einen Vortrag zum Thema Super-Resolved Fluorescence Microscopy. Das mikroskopische Verfahren gewährt Forschern bisher unbekannte Einblicke in die Nanobausteine des Lebens. Mit schaltbaren fluoreszierenden Markern lassen sich Proben sukzessive in Nanometer-Schritten ausleuchten, dabei scannen und mit Software zu präzisen Bildern zusammensetzen. Biomediziner hoffen, mithilfe der Nano-Mikroskopie molekulare Eigenheiten von Krankheiten wie Krebs, AIDS, Alzheimer und vielen weiteren zu entschlüsseln, um Angriffspunkte für wirksamere Therapien zu identifizieren.

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