März 2012, Nr. 36
CAMPUS
Prof. Miller mit seiner “3rd Generation Electron Gun”, die Aufnahmen mit atomarer Auflösung von Laserbestrahlung lieferte und dadurch die Entwicklung des Laserskalpells für die minimal-invasive Chirurgie ermöglichte. Foto: privat
Kontakt:
Prof. Dr. R. J. Dwayne Miller
CFEL Center for Free Electron Laser Science
t. 040.8998-6260
e. dwayne.miller-at-mpsd.cfel.de
Fortschritt in der minimal-invasiven Chirurgie: „ERC Advanced Grant“ für UHH-Wissenschaftler
Mit dem Picosekunden-Infrarot-Laser (PIRL) soll dank neuer Lasertechnik der Miller-Gruppe zukünftig eine minimal-invasive Chirurgie möglich sein, das bedeutet präzisere und gewebeschonendere Operationen mit weniger Narbenbildung. Zudem kann das entnommene Gewebe, z.B. Tumorzellen, in intaktem Zustand analysiert werden.
8 ERC-Grants an der UHH
„Der ERC Advanced Grant ist eine besondere Auszeichnung, die die internationale Bedeutung der wissenschaftlichen Arbeit von Dwayne Miller bestätigt und so auch die Leistungsfähigkeit unserer Forschung im Bereich Physik und Medizin an der Universität Hamburg würdigt“, so Prof. Dr. Dieter Lenzen, Präsident der Universität Hamburg. „Ich freue mich, dass sich Professor Miller in diesem anspruchsvollen Verfahren im europäischen Wettbewerb mit seinem Vorhaben durchsetzen konnte. Die Universität Hamburg ist inzwischen mit acht Grants des ERC ausgezeichnet worden – was die Leistungsfähigkeit der Arbeit unserer Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen im internationalen Vergleich zeigt.“
Laser können Gewebe präziser zerschneiden als Messer, theoretisch sogar zellgenau. In der Praxis der Laserchirurgie war dies bisher nicht möglich, denn während des Schneideprozesses überführt die Energie des Laserlichts die Struktur einer Materie vom festen in einen gasförmigen Zustand. Dabei entwickeln sich Druckwellen und Hitze, die die angrenzenden Zellen schädigen und verbrennen.
Das neu konzipierte, ultrakurzgepulste Laserskalpell PIRL löst diese Probleme.
Vaporisierung betroffener Zellen
Die Grundlage für die Entwicklung des Laserskalpells bildete die Entdeckung, dass Materie in einem bestimmten Zeitintervall direkt von einem festen oder flüssigen in einen gasförmigen Zustand übergeht, ohne dass andere Prozesse ablaufen. Durch Filmaufnahmen über strukturelle Veränderungen in anorganischer Materie, die die Forschungsgruppe um Prof. Miller mit atomarer Auflösung aufgenommen hatte, konnte dieses definierte Zeitintervall bestimmt werden. Der PIRL wurde so programmiert, dass er mit lediglich einem Fünftel der Energie, die gängige Laser brauchen, und einer pulsierenden Strahlung von 100 Pikosekunden (einem Zehntausendstel von einem Millionstel einer Sekunde) das im Gewebe enthaltene Wasser anregt und wie ein Treibmittel die Wassermoleküle in den Gaszustand versetzt.
Damit ist der Vorgang so schnell und präzise auf einzelne Zellen ausgerichtet, dass keine Druckwellen und keine Hitze schädigend auf benachbarte Zellen wirken können.
Zellgenaues Schneiden mit dem Skalpell
Ein weiterer Vorteil ist, dass das entnommene Gewebe, wie z.B. Tumorzellen, besser erhalten ist und die Zusammensetzung auf molekularer Ebene bestimmt werden kann.
Ziel ist es, auf eine Zelle genau zu schneiden und den Laser so zu programmieren, dass er kritisches Gewebe wie Nervenzellen oder Blutgefäße umgeht bzw. seine Arbeit bei zu großer Nähe selbstständig unterbricht.
Der Titel des ERC-Projekts lautet „Picosecond Infrared Laser for Scar Free Surgery with Preservation of Tissue Structure and Recognition of Tissue Type and Boundaries" und wird mit SUREPIRL abgekürzt.
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Prof. Dr. R. J. Dwayne Miller ist Leiter der Max-Planck-Forschungsgruppe für Strukturelle Dynamik an der Universität Hamburg und arbeitet am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), einer Kooperation vom Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und der Universität Hamburg.
8 ERC-Grants an der UHH
„Der ERC Advanced Grant ist eine besondere Auszeichnung, die die internationale Bedeutung der wissenschaftlichen Arbeit von Dwayne Miller bestätigt und so auch die Leistungsfähigkeit unserer Forschung im Bereich Physik und Medizin an der Universität Hamburg würdigt“, so Prof. Dr. Dieter Lenzen, Präsident der Universität Hamburg. „Ich freue mich, dass sich Professor Miller in diesem anspruchsvollen Verfahren im europäischen Wettbewerb mit seinem Vorhaben durchsetzen konnte. Die Universität Hamburg ist inzwischen mit acht Grants des ERC ausgezeichnet worden – was die Leistungsfähigkeit der Arbeit unserer Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen im internationalen Vergleich zeigt.“
Laser können Gewebe präziser zerschneiden als Messer, theoretisch sogar zellgenau. In der Praxis der Laserchirurgie war dies bisher nicht möglich, denn während des Schneideprozesses überführt die Energie des Laserlichts die Struktur einer Materie vom festen in einen gasförmigen Zustand. Dabei entwickeln sich Druckwellen und Hitze, die die angrenzenden Zellen schädigen und verbrennen.
Das neu konzipierte, ultrakurzgepulste Laserskalpell PIRL löst diese Probleme.
Vaporisierung betroffener Zellen
Die Grundlage für die Entwicklung des Laserskalpells bildete die Entdeckung, dass Materie in einem bestimmten Zeitintervall direkt von einem festen oder flüssigen in einen gasförmigen Zustand übergeht, ohne dass andere Prozesse ablaufen. Durch Filmaufnahmen über strukturelle Veränderungen in anorganischer Materie, die die Forschungsgruppe um Prof. Miller mit atomarer Auflösung aufgenommen hatte, konnte dieses definierte Zeitintervall bestimmt werden. Der PIRL wurde so programmiert, dass er mit lediglich einem Fünftel der Energie, die gängige Laser brauchen, und einer pulsierenden Strahlung von 100 Pikosekunden (einem Zehntausendstel von einem Millionstel einer Sekunde) das im Gewebe enthaltene Wasser anregt und wie ein Treibmittel die Wassermoleküle in den Gaszustand versetzt.
Damit ist der Vorgang so schnell und präzise auf einzelne Zellen ausgerichtet, dass keine Druckwellen und keine Hitze schädigend auf benachbarte Zellen wirken können.
Zellgenaues Schneiden mit dem Skalpell
Ein weiterer Vorteil ist, dass das entnommene Gewebe, wie z.B. Tumorzellen, besser erhalten ist und die Zusammensetzung auf molekularer Ebene bestimmt werden kann.
Ziel ist es, auf eine Zelle genau zu schneiden und den Laser so zu programmieren, dass er kritisches Gewebe wie Nervenzellen oder Blutgefäße umgeht bzw. seine Arbeit bei zu großer Nähe selbstständig unterbricht.
Der Titel des ERC-Projekts lautet „Picosecond Infrared Laser for Scar Free Surgery with Preservation of Tissue Structure and Recognition of Tissue Type and Boundaries" und wird mit SUREPIRL abgekürzt.
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Prof. Dr. R. J. Dwayne Miller ist Leiter der Max-Planck-Forschungsgruppe für Strukturelle Dynamik an der Universität Hamburg und arbeitet am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), einer Kooperation vom Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY, der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und der Universität Hamburg.
PM/Red.