Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser statt Bohrer

02.05.2013
Schwillt nach einem Schlaganfall das Gehirn an, hilft oft nur eine OP, in der die Ärzte die Schädeldecke des Patienten öffnen. Bisher greifen sie dazu zum Bohrer. Künftig soll ein Laserstrahl den Knochen schneiden und das Risiko senken.

Ein Schlaganfall kommt plötzlich und reißt viele Betroffene unvorhergesehen aus ihrem gewohnten Leben. Ist der Infarkt sehr groß, kann das Hirn anschwellen: Der Druck in der Schädelhöhle steigt, das Gehirn wird weniger durchblutet und weiter geschädigt. Um es vor Quetschungen zu schützen, öffnen Ärzte oftmals die Schädeldecke des Patienten – sie sprechen von einer Entlastungs-Kraniotomie.


6 x 8 Millimeter sind die Mikrospiegel des IPMS groß und bieten mehr Fläche als herkömmliche Modelle. Damit lassen sich auch Laserstrahlen mit großem Durchmesser führen. (© Fraunhofer IPMS)

Bisher schneiden die Chirurgen den Schädelknochen mechanisch, also mit einem Bohrer. Das birgt jedoch ein recht hohes Risiko für den Patienten: Mit dem Bohrer kann der Chirurg auch die Hirnhaut verletzen, was zu einer Hirnhautentzündung und schlimmstenfalls zum Tod führen kann.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Photonische Mikrosysteme IPMS in Dresden wollen dieses Risiko nun gemeinsam mit ihren Kollegen der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT und für Integrierte Schaltungen IIS senken, indem sie den Bohrer durch einen hochenergetischen Femto-Sekundenlaser ersetzen. »Unsere Kollegen am ILT haben eine Vorrichtung entwickelt, mit dem der Chirurg den Laserstrahl führen und den Schädelknochen schneiden kann«, sagt Dr. Thilo Sandner, Gruppenleiter am IPMS.

Neue leistungsstarke Mikrospiegel

Der Laserstrahl wird dabei über einen Spiegel-Gelenkarm in das Handstück eingekoppelt. Dessen Herzstück sind zwei neuartige Mikrospiegel, die die Forscher am IPMS entwickelt haben: Der erste schneidet die Schädeldecke, er lenkt den Laserstrahl dynamisch über den Schädelknochen. Der zweite korrigiert Fehlpositionierungen. Das Besondere: Die Bauelemente sind miniaturisiert, vertragen aber dennoch Laserleistungen von bis zu 20 Watt – also etwa zweihundert Mal mehr als herkömmliche Mikrospiegel. Diese können – abhängig vom konkreten Design – bereits bei 100 Milliwatt an ihre Grenze gelangen. Mit 5 x 7 oder 6 x 8 Millimetern sind die neuen Modelle zudem sehr groß und können somit auch Laserstrahlen mit großem Durchmesser führen. Zum Vergleich: Herkömmliche Mikrospiegel haben eine Größe von 1 bis 3 Millimetern.

Wie haben die Forscher dies erreicht? »Während die Siliziumplatte bei herkömmlichen Mikrospiegeln durch eine hundert Nanometer dicke Aluminiumschicht verspiegelt wird, haben wir hochreflektierende elektrische Schichten auf das Siliziumsubstrat aufgebracht«, erläutert Sandner. Der Spiegel reflektiert daher im sichtbaren Spektralbereich nicht nur 90 Prozent der Laserstrahlung wie übliche Bauelemente, sondern 99,9 Prozent. Es dringt viel weniger der hochenergetischen Strahlung in das Substrat ein.

Das heißt, der Spiegel »merkt« weniger von der Laserstrahlung und verträgt deutlich höhere Leistungen. Die Herausforderung für die Forscher lag vor allem darin, diese Hochleistungsbeschichtung auf das, lediglich wenige zehn Mikrometer dünne, Silizium-Substrat aufzubringen, das in der Mikrosystemtechnik gang und gäbe ist. Denn um die gewünschten Reflektions-Eigenschaften zu erreichen, müssen die Forscher viele verschiedene Schichten aufbringen – insgesamt einige Mikrometer dick.

In jeder dieser Schichten herrscht jedoch eine gewisse mechanische Spannung, zudem dehnen sich alle Schichten bei hoher Temperatur unterschiedlich stark aus. Das führt dazu, dass sich das Substrat durch die Beschichtung verformt, es wölbt sich. »Diese Wölbung verschlechtert die optische Qualität des Spiegels. Wir gleichen sie aus, indem wir auf der Rückseite des Substrates nochmal dieselben Schichten aufbringen«, verrät Sandner.

Demonstratoren des Handstücks sowie des Mikrospiegels gibt es bereits. Auf der Messe Laser – World of Photonics vom 13. bis 16. Mai in München stellen die Forscher diese vor (Halle B2, Stand 421). In weiteren Entwicklungsschritten wollen die Forscher nun die Schneidleistung optimieren.

Dr.-Ing.ThiloSandner | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/Mai/laser-statt-Bohrer.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht COMPAMED 2017 zeigte neue Fertigungsverfahren für individualisierte Produkte
06.12.2017 | IVAM Fachverband für Mikrotechnik

nachricht Schlanke Motorsteuergeräte schaffen Platz im Schaltschrank erweitert RiLine Compact - Portfolio
30.11.2017 | Rittal GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Im Focus: Neue Einblicke in die Materie: Hochdruckforschung in Kombination mit NMR-Spektroskopie

Forschern der Universität Bayreuth und des Karlsruhe Institute of Technology (KIT) ist es erstmals gelungen, die magnetische Kernresonanzspektroskopie (NMR) in Experimenten anzuwenden, bei denen Materialproben unter sehr hohen Drücken – ähnlich denen im unteren Erdmantel – analysiert werden. Das in der Zeitschrift Science Advances vorgestellte Verfahren verspricht neue Erkenntnisse über Elementarteilchen, die sich unter hohen Drücken oft anders verhalten als unter Normalbedingungen. Es wird voraussichtlich technologische Innovationen fördern, aber auch neue Einblicke in das Erdinnere und die Erdgeschichte, insbesondere die Bedingungen für die Entstehung von Leben, ermöglichen.

Diamanten setzen Materie unter Hochdruck

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovativer Wasserbau im 21. Jahrhundert

13.12.2017 | Veranstaltungen

Innovative Strategien zur Bekämpfung von parasitären Würmern

08.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mitochondrien von Krebszellen im Visier

14.12.2017 | Biowissenschaften Chemie

Grazer Forscher stellen Methode zur dreidimensionalen Charakterisierung vulkanischer Wolken vor

14.12.2017 | Geowissenschaften

Leibniz-Preise 2018: DFG zeichnet vier Wissenschaftlerinnen und sieben Wissenschaftler aus

14.12.2017 | Förderungen Preise