Spezialfasern aus Quarzglas für medizinische Anwendungen
Ziel operativer Behandlungen war schon immer eine rasche Genesung – und das bei möglichst geringen Beschwerden nach dem Eingriff. Besonders aussichtsreich erscheint da minimalinvasives Operieren mit reinem Licht, besser gesagt mit Laserlicht. Viele chirurgische Systeme beruhen daher schon heute auf optischen Spezialfasern, die Laserlicht gezielt zur behandelbaren Stelle im Körper leiten. Basis dieser Fasern sind Quarzglasstäbe als Vorformen, die von der Geschäftseinheit Heraeus Conamic kontinuierlich für neue Anwendungen optimiert werden.
Synthetisches Quarzglas besteht wie herkömmliches Glas aus Siliziumdioxyd. Allerdings sticht es aus der Masse hervor, weil es absolut blasenfrei und extrem rein ist. Das verleiht ihm eine bis zu 90-prozentige Lichtdurchlässigkeit vom ultravioletten bis zum infraroten Wellenlängenbereich. Ideal für einen Laserlichtstrahl, den schon kleinste Verunreinigungen stören können. „Standardglas kann da nicht mithalten“, betont Peter Bauer, Product Manager Specialty Fiber bei Heraeus Conamic. „Bei den hohen Leistungen, die heute mit Lasern übertragen werden, würde ein normales Glas im Vergleich zu Quarzglas zu viel Energie aufnehmen und zerstört werden.“ Darüber hinaus sind Quarzglasfasern bruch- und reißfest sowie äußerst biegsam. Speziell der letzte Punkt zahlt sich bei Operationen aus, um auch schwer zugängliche Partien im menschlichen Körper zu erreichen.
Die Flexibilität der Glasfasern ist beispielsweise bei der Laserbehandlung von Nieren-, Gallen- oder Blasensteinen ein Vorteil, weil der extrem kleine Biegeradius ein Vordringen in die sehr engen Kanäle dieser Organe erlaubt. Zudem kommt hier auch seit Kurzem ein noch kompakterer Infrarot-Laser zum Einsatz mit einer Wellenlänge von 1.900 Nanometer (nm) statt der früheren wesentlich größeren und ineffizienteren Geräte mit 2.100 nm. Ein anderes Beispiel ist grünes Laserlicht mit 532 nm. Es eignet sich optimal zur Behandlung von Wucherungen an der Prostata. Die roten Blutkörperchen nehmen das grüne Licht auf und es kommt so zu keinen Blutungen. Immer mehr Verbreitung findet in den vergangenen Jahren auch die schonende Krampfaderbehandlung mit rotem Laserlicht. Die Strahlung des Laserkatheters mit 633 nm ermöglicht, dass der Chirurg mit dem Katheter die gesamte Krampfader versiegeln kann. Zurück bleibt, wenn überhaupt, ein kleiner Bluterguss.
Unser Beitrag: Vorformen für Spezialfasern
Die Qualität der sogenannten Vorform ist entscheidend für die spätere Qualität der Lichtleitfasern, die chirurgische Systemhersteller in ihren Geräten verwenden. Die Vorform ist eine größere Version der Faser. Diese Vorform wird von spezialisierten Unternehmen in elektrischen Öfen dann bei annähernd 2.000 Grad zu Fasern von nur 0,2 bis 0,6 Millimeter Durchmesser gezogen. Die Herausforderung dabei ist, bei der thermischen Umformung die hohe Qualität des Quarzglases zu erhalten, um die gewünschte Performance der Faser zu erzielen.
Jede medizinische Anwendung erfordert spezielle Lichtquellen und Übertragungseigenschaften der verwendeten optischen Fasern. „Heraeus Conamic ist in der Lage, bei den Vorformen jedes gewünschte Faserdesign anzubieten, das anhand der Parameter Geometrie und Brechungsindexstufe sowie des eingesetzten Materials exakt auf die Anforderungen zugeschnitten ist“, erklärt Bauer. In Abhängigkeit von der erforderlichen Wellenlänge stehen verschiedene Materialien für den Quarzglaskern und -mantel (Cladding) der Faser zur Verfügung. Dies eröffnet unzählige Ausführungsmöglichkeiten bei den Fasern. Gute Aussichten, dass sich schon in naher Zukunft weitere Erkrankungen mit Laserlicht behandeln lassen.
