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Medizin

11. März 2019 Diagnostik: Krebs-Früherkennung mittels Ultrakurzzeit-Faserlaser

Forschen für eine bessere Krebsdiagnostik: Die Wissenschaftlerin Maria Chernysheva baut am Leibniz-Institut für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) in Jena eine Nachwuchsgruppe für Ultrakurzzeit-Faserlaser auf. Mit neuartigen Ansätzen für ultraschnelle Faserlaser will Chernysheva den in Jena erforschten Wellenlängenbereich erweitern und eine neue technologische Plattform etablieren, um per Infrarotspektroskopie Krebs zu diagnostizieren. Ultraschnelle Lasertechnik eignet sich dazu in besonderer Weise, weil sie Fingerabdruck-ähnliche Informationen über die molekulare Zusammensetzung von Gewebe liefert und so eine schnelle, präzise und schonende Diagnose ermöglicht.
Von Moskau über Birmingham nach Jena: Für Chernysheva ist ihr Start am Leibniz-IPHT nicht nur geografisch eine neue Station ihrer wissenschaftlichen Laufbahn. Ihre neue Position als Leiterin der Nachwuchsforschergruppe für Ultrakurzzeit-Faserlaser markiert für die Ingenieurin auch einen Wandel im Denken. „Wenn ich einen Laser entwickelt habe, passierte häufig Folgendes: Der Artikel war erfolgreich veröffentlicht, ein Phänomen neu entdeckt — und der Laser landete im Regal. Dort wurde er entweder abgestaubt oder irgendwann auseinander gebaut, für die nächste Versuchsanordnung.“ Diese Routine habe sie zweifeln lassen an ihrer eigenen Forschung, berichtet Chernysheva. „Ich änderte meine Herangehensweise.“ Sie suchte gezielt nach Anwendungsideen und begann, mit Forscherteams aus Medizin und Sensorik zusammenzuarbeiten — etwa mit der Herz-Kreislauf-Forschung an der „Medical School“ der britischen Aston University. Dort entwickelte  Chernysheva vor ihrem Wechsel nach Jena Laserinstrumente für die Herzchirurgie.

Neue Laser für die Krebsforschung

Die neue Station an einem der führenden Forschungsinstitute auf dem Gebiet der optischen Gesundheitstechnologien ist für die Wissenschaftlerin nur konsequent. Als Teilnehmerin des internationalen Karriereworkshops „Women in Photonics“ des Leibniz-IPHT im April 2018 war der Nachwuchswissenschaftlerin, die 2014 am Forschungszentrum für Faseroptik der Russischen Akademie der Wissenschaften in Moskau in Laserphysik promovierte, das Institut zudem bereits vertraut. Was sie besonders überzeugte: Die geschlossene Technologiekette, die es Forscherteams ermöglicht, von der Idee bis zur Anwendung zu gelangen. „Von der Herstellung von Faser-Preformen über die Entwicklung von Lasern und anderen photonischen Technologien bis zu deren Anwendung können hier alle Schritte abgedeckt werden. Diese Kombination zeichnet das Leibniz-IPHT vor anderen Institutionen aus.“

Mit neuartigen Ultrakurzzeit-Faserlasern will Chernysheva den Bereich des mittleren Infrarot erschließen. So möchte sie neue Möglichkeiten eröffnen, um Krebs zu diagnostizieren und Veränderungen in Zellen präzise auf die Spur zu kommen. Gefördert mit einem Stipendium der Königlichen Akademie für Ingenieurwesen, entwickelte Chernysheva an der Aston University zuletzt Femtosekunden-Mid-IR-Laser und Instrumente, um den biochemischen Gehalt von Gewebe nicht-invasiv zu beurteilen.

Licht blitzt kürzer als eine billionstel Sekunde

Ultrakurzzeit-Laser sind Laser, die ultrakurze Lichtimpulse aussenden. „Ultrakurz“ heißt: kürzer als eine billionstel Sekunde. „Ultrakurzzeit-Faserlaser sind zu einem Zugpferd geworden, wenn leistungsstarke Energiequellen und hohe Präzision gebraucht werden“, erläutert Chernysheva. Zum Beispiel in der Chirurgie sowie in der Bearbeitung von Werkstücken in kleinsten Dimensionen, im Mikro- und Nanobereich. Weitere Anwendungen sind optische Speicher und die 3-Photonen-Mikroskopie, mit der etwa Neurowissenschaftler Bilder von der Arbeit lebender Zellen erhalten können.

Quelle: Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.


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