Technologie

Das kleinste 3D-gedruckte Endoskop der Welt

24.07.2020 - Mikro-Optik liefert dreidimensionale Bilder aus dem Inneren von Adern.

Eine im 3D-Druck hergestellte Mikro-Optik mit einem Durch­messer von nur 125 Mikro­metern haben Forscher aus Deutschland und Australien gemeinsam entwickelt. Sie ermöglicht erstmals endo­skopische Unter­suchungen von Cholesterin-Plaques und Thrombosen in Herz­kranz­gefäßen oder in der Hals­schlag­ader und hilft, die Gefahr eines Schlag­anfalls oder Herz­infarkts früh­zeitig zu erkennen.

Endoskopie-Instrumente sind derzeit häufig noch immer so dick wie ein Finger und nicht geeignet, um in feinste Arterien vor­zu­dringen. Abhilfe verspricht die Glas­faser-Techno­logie, denn die haar­feinen Fasern sind nur 125 Mikro­meter dick. Das Hauptproblem ist es dabei, die Glas­faser mit einer Optik zu bestücken, die einen Laser­strahl zur Seite ablenkt, die Gefäß­wand abtastet und das reflek­tierte Licht wieder in die Glas­faser ein­koppelt.

Dabei kommt eine Technologie namens „optische Kohärenz­tomo­graphie“ OCT zum Einsatz, die bereits bei Netzhaut­unter­suchungen beim Augenarzt verwendet wird. Bei dieser Methode wird ein Laser­strahl, dessen Farb­spektrum relativ breit ist, auf das zu unter­suchende Gewebe gerichtet, und die Analyse des reflek­tierten Lichtes ermöglicht eine genaue Tiefen­kartierung des unter­suchten Gewebes.

Das Forscherteam der Univer­sitäten Stuttgart und Adelaide sowie weiterer Institute in Australien entwickelten jetzt eine 3D-gedruckte Mikro-Optik von nur 125 µm Durch­messer, die direkt auf die Glasfaser gedruckt werden kann. Diese Mikro-Optik ist in der Lage, das Laserlicht zur Seite abzulenken, auf einen Punkt zu fokus­sieren und gleichzeitig die Laserstrahl-Verzerrung beim Durchgang durch eine kapillar­förmige Kunststoff-Hülle, die zum Schutz des Endoskops angebracht ist, zu korrigieren. Mit dem Laserstrahl tastet der Arzt spiral­förmig die Innenwand eines Gefäßes ab und bekommt so höchst genaue drei­dimen­sionale Bilder - direkt aus dem Inneren der Ader.

Die so entstandene kleinste komplexe Endoskop-Optik der Welt hat mit Hülle einen Durch­messer von weniger als einen halben Millimeter. Sie wurde von den Forschern in Australien mit ihren OCT-Systemen kombiniert und dann in den beteiligten Kliniken in eine menschliche Hals­schlag­ader sowie in Mäuse-Arterien eingeführt. Die Wissen­schaftler fanden heraus, dass sie durch Rotation der Optik in einer flexiblen Hülle extrem hoch­auf­lösende, drei­dimen­sionale Aufnahmen der Gefäße machen konnten. Bei der weiteren Unter­suchung der Gefäße zeigte sich, dass die wesent­lichen Ursachen von Gefäß­krank­heiten, nämlich die Plaques sowie die Cholesterin-Kristalle, in den berührungs­losen Laser-OCT-Endoskopie­aufnahmen schon sehr früh erfasst werden konnten.

Simon Thiele von der Uni Stuttgart, der für das Design der Miniatur-Optik verant­wort­lich war, glaubt, dass zu den bisher weltweit über 400.000 durchgeführten OCT-Endoskopieuntersuchungen Millionen weitere hinzu­kommen könnten, da das Miniatur-Endoskop leicht in Adern mit nur 0,5 mm Innen­durch­messer einge­führt und gedreht werden kann. „Ich hoffe, dass man Plaque-Ablagerungen in Zukunft recht­zeitig detektieren kann, und vielleicht wird es einmal möglich, mit einem geeigneten Laser­strahl diese Thromben recht­zeitig aufzulösen“, so der Wissen­schaftler.

Thiele ist dabei, mit einem Partner die 3D-gedruckten Mini-Optiken in einer Ausgründung zu kommer­ziali­sieren. Die Firma Nanoscribe GmbH aus Karlsruhe, die selbst vor elf Jahren vom KIT ausgegründet wurde, hat den ultra­präzisen 3D-Drucker gebaut. Die Carl Zeiss AG aus Oberkochen hat sich bereits an der Firma Nanoscribe beteiligt. Unterstützt wurden diese Forschungen vom Bundes­ministerium für Bildung und Forschung, von der Baden-Württemberg-Stiftung, und vom Deutschen Akademischen Austausch­dienst.

U. Stuttgart / RK

Weitere Infos

 

Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum

Die HiScroll Serie besteht aus drei ölfreien und hermetisch dichten Scrollpumpen mit einem nominellen Saugvermögen von 6 – 20 m³/h. Die Pumpen zeichnen sich insbesondere durch ihre hohe Leistung beim Evakuieren gegen Atmosphäre aus. Ihre leistungsstarken IPM*-Synchronmotoren erzielen einen bis zu 15% höheren Wirkungsgrad in Vergleich zu konventionellen Antrieben.

*Interior Permanent-Magnet

Pfeiffer HiScroll Pumpen Video

Erfahren Sie mehr über die neue HiScroll Vakuumpumpe

Newsletter

Die Physik in Ihrer Mailbox – abonnieren Sie hier kostenlos den pro-physik.de Newsletter!

Die äußerst leisen, kompakten, ölfreien Pumpen

Die Modelle der neuen Scrollpumpenbaureihe HiScroll von Pfeiffer Vacuum sind ölfreie, hermetisch dichte Vakuumpumpen. Die kompakte Bauweise sowie leiser und vibrationsarmer Betrieb zeichnen die Neuentwicklungen besonders aus.

Erleben Sie unsere neue HiScroll – die ölfreien Vakuumpumpen von Pfeiffer Vacuum in 3D!

 

HiScroll FunktionsVideo

 

Erfahren Sie mehr über die neue HiScroll Vakuumpumpe

Bleistift, Papier und die eine Idee, die die Zukunft verändert

Quantentechnologie, künstliche Intelligenz, additive Fertigung: Michael überführt neueste Erkenntnisse in fortschrittliche Technologien bei ZEISS. Was ihn antreibt? „Einfluss darauf nehmen, wie unsere Gesellschaft lebt und arbeitet.“

Mehr Informationen

Bleistift, Papier und die eine Idee, die die Zukunft verändert

Quantentechnologie, künstliche Intelligenz, additive Fertigung: Michael überführt neueste Erkenntnisse in fortschrittliche Technologien bei ZEISS. Was ihn antreibt? „Einfluss darauf nehmen, wie unsere Gesellschaft lebt und arbeitet.“

Mehr Informationen