Archiv des Monats: April 2009

Neue Möglichkeiten der Krankheitserkennung

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Pressemitteilung der Universität Freiburg vom 03.04.2009

IMTEK der Universität Freiburg entwickelt neue Endoskopie-Sonde

Das Labor für Mikrooptik des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg hat eine neuartige Sonde für die Endoskopie entwickelt. Die Sonde ermöglicht zerstörungsfreie Gewebeuntersuchungen im Inneren des menschlichen Körpers mit einer bislang unerreichten Auflösung von einem Bruchteil des menschlichen Haares. Ein integrierter Mikro-Kippspiegel an der Spitze des Endoskops sorgt für den erforderlichen Rundumblick. Eine variable Mikrolinse erlaubt die Fokussierung auf unterschiedliche Tiefen des Gewebes. Das neue Verfahren ermöglicht dreidimensionale Aufnahmen und könnte künftig die Bandbreite der diagnostischen Methoden entscheidend bereichern.

Die Endoskopie ist ein minimal-invasives, modernes medizinisches Verfahren, das sich im klinischen Bereich etabliert hat, um innere Gewebe des menschlichen Körpers zu untersuchen. Operationen auf Endoskopie-Basis sind nur minimal schädigend für das Gewebe, da hierbei entweder vorhandene Körperkanäle oder minimale Operations-Öffnungen im Körper genutzt werden. Die technische Umsetzung erfordert, dass der Endoskop-Kopf möglichst klein gefertigt wird, ohne dabei die Funktionsweise des Endoskops zu beeinträchtigen. Konventionell hergestellte Endoskope sind hinsichtlich ihrer Verkleinerung begrenzt. Die Mikrosystemtechnik ermöglicht es, in völlig neue Dimensionen vorzustoßen: Die Miniaturisierung von im Endoskop integrierten Mikrosystemen, wie beispielsweise Mikrolinsen oder Mikrokippspiegel, führt zu einer signifikanten Verkleinerung endoskopischer Sonden.

Ein gegenwärtig medizinisch sehr attraktives Verfahren zur zerstörungsfreien Diagnostik am menschlichen Körper ist die optische Kohärenztomographie (OCT). Bei der OCT dringt ungefährliches, infrarotes Licht tief ins Gewebe ein, um ohne schneiden zu müssen unter der Oberfläche eine Analyse durchzuführen. Die Methode kann sehr feine organische Strukturen (circa zehn Mal kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haares) in der Tiefe unterscheiden und ist darin den Ultraschall-Untersuchungen deutlich überlegen.

Das Labor für Mikrooptik am IMTEK koppelt die optische Kohärenztomographie. Das IMTEK für Mikrooptik der Universität Freiburg koppelt die optische Kohärenztomographie mit Endoskopie und ermöglicht dadurch erstmals Gewebeuntersuchungen im Körper mittels harmloser optischer Strahlen. Es entwickelte eine mikroskopische OCT-Sonde, die mit einem Mikrokippspiegel und einer variablen Mikrolinse, deren Brennweite dynamisch verändert werden kann, versehen ist. Durch Lichtfaser-Kopplung ist die OCT-Funktion zum ersten Mal im Körperinneren anwendbar und es können hochaufgelöste dreidimensionale Schichtaufnahmen von menschlichem Gewebe im Inneren des Körpers gemacht werden.

Das neue System ermöglicht klare medizinische Fortschritte, unter anderem bei Untersuchungen von Verengungen in menschlichen Arterien und bei der Früherkennung von Tumoren ohne Gewebe-Entnahme oder Schichtaufnahmen in engen Körperkanälen, wie zum Beispiel der Speiseröhre und weiteren Kanälen des Verdauungstrakts.

Externer Link: www.uni-freiburg.de

Bloß nicht überhitzen

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Mediendienst der Fraunhofer-Gesellschaft vom April 2009

In elektronischen Produkten finden immer mehr Bauelemente Platz. Sie alle produzieren Wärme. Überhitzung würde jedoch das Aus für Laptops und Co bedeuten. Hersteller bauen daher Metallplatten ein, die die Wärme ableiten. Ein neues Verbundmaterial erledigt das besser.

Waren tragbare Computer vor einigen Jahren noch recht sperrig, passen sie nun bequem in kleine Aktentaschen. Denn die Bauelemente, die sich auf den Substraten und Mikrochips befinden, schrumpfen von Modell zu Modell und rücken immer näher zusammen. Es finden zunehmend mehr Bauteile Platz auf den Chips. All diese Teile erhitzen sich und strahlen Wärme ab – sie wirken fast wie kleine Kraftwerke. Je mehr Bauteile auf kleinstem Raum nebeneinander arbeiten, desto schwieriger ist es, die Wärme abzuführen. Zu viel Wärme kann jedoch das Aus für die Elektronik bedeuten: Die Bauelemente und Verbindungsstellen halten nur Temperaturen von 90 bis 130 Grad Celsius stand. Um die Wärme abzuführen, bauen die Hersteller daher eine kleine Platte aus Kupfer oder Aluminium unterhalb der Komponenten ein – sie leitet die Wärme nach außen ab. Diese Platte wiederum ist mit Keramikkomponenten oder Silizium, dem Hauptbestandteil des Chips, verlötet. Erwärmt sich dieses System, dehnt sich die Metallplatte etwa drei- bis viermal so stark aus wie das Silizium und die Keramiken. Es treten Spannungen auf, in den Lötstellen können Risse entstehen. Der Miniaturisierung sind daher Grenzen gesetzt.

Um die Wärme auch bei einer hohen Bauteildichte optimal abzuführen und auch immer kleiner werdender Elektronik ein langes Leben zu bescheren, wünschen sich Industriekunden ein Material mit besonderen Eigenschaften: Es soll Wärme noch besser leiten als das bisher verwendete Aluminium oder Kupfer, sich bei hohen Temperaturen aber nicht stärker ausdehnen als Keramik oder Silizium. Ein solches Material haben Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden im EU-Projekt »ExtreMat« entwickelt; gemeinsam mit Industriepartnern wie Siemens und Plansee. Die Forscher haben die recht hohe Wärmeleitfähigkeit von Kupfer noch übertroffen: »Wir haben dem Kupfer Diamant-Pulver zugefügt. Diamant leitet Wärme etwa fünfmal besser als Kupfer«, sagt Dr.-Ing. Thomas Schubert, Projektleiter am IFAM. »Der entstandene Werkstoff dehnt sich bei Erwärmung nicht weiter aus als Keramik, leitet Wärme aber anderthalbmal besser als Kupfer. Das ist eine einzigartige Kombination von Eigenschaften.« Kupfer und Diamant zusammenzubringen, ist jedoch nicht einfach: Die Forscher mussten eine dritte Zutat finden, die Kupfer und Diamant chemisch miteinander verbindet. »Dafür verwenden wir z.B. Chrom. Bereits geringe Mengen bilden an der Diamantoberfläche eine Carbidschicht aus, die sich mit Kupfer gut verbindet«, erklärt Schubert. Erste Demonstratoren des Materials gibt es bereits.

Externer Link: www.fraunhofer.de