Wechselwirkung zwischen ultrakurzer Laserstrahlung und biologischem Gewebe.

Forschungsprojekt P 13756Wechelwirkungen zwischen ultrakurzer Laserstrahlung und biologischem GewebeWolfgang HUSINSKY11.10.1999 Wechselwirkung von Licht mit biologischem Gewebe ist die Grundlage für die Anwendung des Lasers in der Medizin. In den letzten 20 Jahren, und mit zunehmender Geschwindigkeit in der letzten Dekade hat der Laser daher als Werkzeug in der Medizin an enormer Bedeutung gewonnen, ja man kann eigentlich von einem "Siegeszug" des Lasers sprechen. Je nach Stärke und Wellenhinge der Laserstrahlung kann der Laser als stimulierendes Werkzeug (Schlagwort "Wundheilung") oder als chirurgisches Gerät (Schlagwort "Laserskalpell") zur Anwendung kommen. Fragen wir nach der Ursache der Wechselwirkung; des Laserlichts mit dem Gewebe, so können wir diese grob in eine thermische und eine sogenannte - nicht-thermische Wechselwirkung einteilen. Gerade die letztere hat in den letzten Jahren enorm an Bedeutung und Anwendungsgebieten gewonnen, denken wir nur an die auch in den Medien oft behandelten Einsatzgebiete wie Korrektur der Fehlsichligkeit (Hornhautchirurgie) oder "Skin- Resurfacing" (Glätten der Haut, Enfernen von Fatten). Diese nicht-thermische Abtragung erfordert spezielle Laser, meist im Ultravioletten (UV), wob vor allem der Excimer-Laser ein wichtiger Vertreter ist. Ein entscheidender neuer Fortschritt und neue Impulse für die oben erwähnten Anwendungsgebiete, die in diesern Projekt behandelt werden sollen, ergeben sich durch den Einsatz moderner ultrakurzer Laser, meist mit Laserpulsen im Femtosekundenbereich. Wegen der Kürze dieser Pulse sowie die damit verbundenen extrem hohern Spitzenleistungen der Strahlung können völlig neue Prozesse (z.B. Mehrphotonenprozesse, direkte Ionisierung durch die hohe Feldstärke etc) ausgenützt werden. Es hat sich auch schon gezeigt, daß diese Eigenschaften in vielen Fällen enorme Vorteile (z.B. Qualität der Abtragung - minimale Schädigung, Vermeidung von Schockwellen etc.) für die chirurgischen Anwendungen bringen. Die physikalischen Prozesse der Wechselwirkunk von seit langem verwendeten Lasern mit Gewebe sind nicht im Detail verstanden, aber die Kenntnisse für ultrakurze Pulse sind nur rudimentär. Es ist daher Ziel dieses Projektes, im Detail diese Prozesse experimentell zu untersuchen und die dabei gewonnen Daten mit bestehenden Modellen sowie mit Computersimulationen zu vergleichen und so nähere Aufschlüsse über die detaillierten Vorgänge bei der Laserablation, vor allem bei Verwendung ultrakurzer Pulse, zu gewinnen. Die Methode der Nachionisation von neutralen Teilchen mit intensiver Laserstrahlung und anschließender Flugzeitmassenspektrometrie stellt dabei ein modernes Verfahren dar, das sich schon beim Studium der Strahlung- Materie-Wechselwirkung als ausgezeichnetes Werkzeug erwiesen hat. Unter anderern hat sich these Methode in den letzten Jahren zu einem wesentlichen, sehr empfindlichen Verfahren zum Nachweis von geringsten Teilchenkonzentrationen entwickelt. Dabei ist es entscheidend, daß sowohl Atome als auch sehr komplexe Moleküle mit dieser Methode gemessen werden können. Eine wesentliche Voraussetzung dafür stellt die Verwendung von intensiven Laserpulsen mit Pulszeiten im Femtosekundenbereich dar, weil damit sowohl eine materialunabhängige Ionisationsrate zu erreichen ist, aber auch die Fragmentation der Moleküle minimal gehalten werden kann. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen Ultrakurzzeitlaser sowohl im Hinblick a Einsatzmöglichkeiten als hochmodernes Werkzeug für medizinische Anwendungen als auch als Werkzeug selbst zur Analyse und zu Untersuchungszwecken eingesetzt werden.