Mit Quarzglasfasern gegen verstopfte Arterien

• Fluosil® erweitert die Möglichkeiten der Laserchirurgie

Bei Lichtleitfasern denkt man unwillkürlich an die Übertragung von Informationen rund um den Globus. Dass man mit Glasfasern auch Arterienverschlüsse und Prostataverengungen beseitigen oder Tätowierungen entfernen kann, wissen nur wenige.

Möglich macht dies eine Entwicklung von Heraeus. Fluosil® ist ein spezielles Fasermaterial zur gezielten, verlustfreien Energieübertragung über kurze Strecken, z. B. in der minimalinvasiven Laserchirurgie. Auf dem 3. Heraeus Technologietag für Journalisten – „Dental, Pharma, Medizintechnik – Innovationen von Heraeus für den Megatrend Gesundheit“ – in Wehrheim im Dezember informierte Peter Bauer, Produktmanager für optische Spezialfasern im Konzernbereich Heraeus Quarzglas, über die Einsatzmöglichkeiten der speziellen Quarzglasfaser in der minimalinvasiven Chirurgie.

Heraeus zählt zu den Weltmarktführern in der Produktion von Quarzglas für optische Fasern. Schon 1975 entwickelte der Quarzglasspezialist ein Verfahren zur Abscheidung von fluordotiertem synthetischem Quarzglas (Fluosil®), das zur Herstellung von Vorformen für Lichtwellenleiter eingesetzt wurde. Ursprünglich wurde Fluosil® zur Herstellung von Telekommunikationsfasern eingesetzt. Doch die eigentliche Stärke der Fasern ist, dass sie wegen ihres besonderen Aufbaus – großer Kern und dünner fluordotierter Mantel aus Quarzglas – ideal zur Energie- und Leistungsübertragung vom UV- bis zum Infrarotbereich geeignet sind. Die Spezialfasern sind z. B. in Industrielasern im Einsatz. Mittlerweile stehen medizinische Anwendungen mit über 50 Prozent Marktanteil an der Spitze der Einsatzmöglichkeiten. „Hierzu gehört auch die Beseitigung von Gefäßverschlüssen. Arterienverschluss kann zu Herzinfarkt oder Hirnschlag führen. Die angelagerten Fremdsubstanzen werden mit ultravioletter Excimerlaser-Strahlung entfernt. Die Übertragung der Laserenergie direkt zum Ort des Gefäßverschlusses gelingt über einen Katheter mit Spezialfaserbündel“, nannte Bauer eine Anwendung in der minimalinvasiven Laserchirurgie. Fluosil®-Fasern kommen auch in der Urologie zur Entfernung von krankhaft vergrößertem Prostatagewebe zum Einsatz. Ein weiteres interessantes Anwendungsfeld ist die kosmetische Chirurgie. Hier kommen die Fasern beim schonenden Entfernen von Tätowierungen oder beim Verflüssigen von Fettgewebe vor dem Absaugen zum Einsatz.

Von Ultraviolett bis Infrarot
Die hierfür benötigten Glasfasern werden aus Vorformen gezogen, die dieselbe Materialzusammensetzung und Mantel-Kern-Geometrie aufweisen wie die spätere Glasfaser. Aus der Vorform ziehen die Anwender in Faserziehöfen bei Temperaturen um 2000 °C die Fasern. Heraeus stellt hierfür verschiedene Vorformentypen her, die 15 bis 90 Millimeter dick und typischerweise einen Meter lang sind. „Als Hersteller von Vorformen für Spezialfasern unterstützen wir Innovationen unserer Kunden sehr oft mit individuellen Vorformen. Dabei können wir mit unterschiedlichen Quarzglasmaterialien arbeiten“, erläuterte Peter Bauer auf dem Technologietag. Neben Vorformen für Fasern im ultravioletten Spektralbereich werden auch Vorformen für den sichtbaren und infraroten Teil des Spektrums benötigt – je nach Anwendung wird hier speziell optimiertes Kernmaterial eingesetzt.

Heraeus ist einer der Pioniere bei der Herstellung von Quarzglas. Dem Physiker und Chemiker Dr. Richard Küch (1860 -1915) gelang es 1899 mit Hilfe eines Knallgasbrenners (Wasserstoff-Sauerstoffflamme) Bergkristall bei einer Temperatur von rund 2000 °C zu schmelzen. Als Ergebnis erhielt er einen neuen Werkstoff mit außergewöhnlichen Eigenschaften – Quarzglas. Der Technologietag für Journalisten verdeutlichte, dass dieser Werkstoff nach über 100 Jahren immer noch eines ist: faszinierend und unverzichtbar – auch in der Medizintechnik.

Hintergrundinformation: Wie funktioniert eine Glasfaser?
Eine Glasfaser zur Übertragung von Licht besteht aus einem lichtführenden Kern (hoher Brechungsindex) und einem Mantelbereich (niedriger Brechungsindex). Das Licht breitet sich durch Totalreflexionen an der Kern-Mantel-Grenzfläche aus, auch wenn die Faser gekrümmt wird. Gewöhnlich kann sich Licht über verschiedene Wege (Wellenleitermoden) durch eine Glasfaser bewegen. Unterschiedliche Moden breiten sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durch die Faser aus. In Glasfasern für die optische Nachrichtenübertragung über große Entfernungen haben Lichtwellen nur eine Ausbreitungsgeschwindigkeit (Single-Mode).

Telekommunikationsfasern bestehen aus einem dünnen Kern (Durchmesser: 9 Mikrometer), der von einem dicken Quarzglasmantel (Durchmesser: 125 Mikrometer) umhüllt ist. So wird sichergestellt, dass bei den sehr hohen Übertragungsraten die Informationen ungestört über lange Strecken (tausende Kilometer) übertragen werden können. Anders bei den Fluosil®-Fasern: Die Multimode-Stufenindex-Faser besitzt einen großen Kern für die Übertragung hoher Lichtintensität über kurze Strecken (von wenigen bis zu einigen 100 Metern), bei einem Durchmesser von 50 bis 2000 Mikrometer. Sie enthält einen undotierten Kern und einen fluor-dotierten Mantel mit abgesenkter Brechzahl.

Der Edelmetall- und Technologiekonzern Heraeus mit Sitz in Hanau ist ein weltweit tätiges Familienunternehmen mit über 155-jähriger Tradition. Unsere Geschäftsfelder umfassen die Bereiche Edelmetalle, Sensoren, Dentalprodukte, Biomaterialien, Quarzglas und Speziallichtquellen. Mit einem Produktumsatz von rund 3 Mrd. € und einem Edelmetallhandelsumsatz von 13 Mrd. € sowie weltweit knapp 13000 Mitarbeitern in mehr als 110 Gesellschaften hat Heraeus eine führende Position auf seinen globalen Absatzmärkten.

Für weitere Informationen wenden Sie sich bitte an:
Dr. Jörg Wetterau
Konzernkommunikation
Leiter Technologiepresse & Innovation
Heraeus Holding GmbH
Heraeusstraße 12-14
63450 Hanau
Tel. +49 (0) 6181.35-5706
Fax +49(0) 6181.35-4242
E-mail : Joerg.wetterau@heraeus.com