Nadelintegrierte Fasersonde für die minimalinvasive Tiefenspektroskopie

Die nadelintegrierte Fasersonde ermöglicht die minimalinvasive optische Tiefenspektroskopie direkt im Gewebe und ersetzt aufwändige Gewebeentnahmen durch In-vivo-Messungen. Ein additiv gefertigter achromatischer Freiform-Mikrospiegel ermöglicht hochpräzise Messungen für verschiedene spektroskopische Verfahren. 

• Achromatische Freiformoptik ermöglicht den Einsatz für verschiedene spektroskopische Verfahren und Wellenlängen mit gleichbleibender Performance.
• Hohe optische Leistungsfähigkeit durch anwendungsspezifisch optimierte Mikrooptik bei gleichzeitig sehr kompakter Bauweise.
• Seitliche Lichtauskopplung erlaubt die Untersuchung größerer Gewebevolumina durch Rotation der Sonde.
• Robuste, versiegelte Kanülenintegration schützt die Optik vor Kontamination und erhöht die Zuverlässigkeit im Einsatz.

• Klinische Diagnostik: Unterstützung bei der Gewebecharakterisierung und Krebsdiagnostik mittels Raman-, Fluoreszenz- oder Brillouin-Spektroskopie.
• Longitudinalstudien: Wiederholte Gewebeuntersuchung, um beispielsweise Gewebereaktionen auf Pharmazeutika zu untersuchen.
• Adaptive Therapie: Gewebereaktion auf Medikation/Strahlentherapie über die Zeit wiederholt untersuchen, um die Dosis anzupassen.
• Mobile Messsysteme: Spektroskopiesysteme, welche zum Messobjekt gebracht werden können (z. B. Patient in der Medizintechnik).
• Analyse in der Prozesstechnik, insbesondere bei platzkritischen Messorten.
• Untersuchung von Agrarprodukten (z. B. Früchten) mobil und wiederholt auf dem Feld, um den Nährstoff- und Wässerungsstatus überwachen und optimieren zu können.

Optische Spektroskopieverfahren wie Raman-, Fluoreszenz-, Brillouin- und Nahinfrarotspektroskopie liefern wertvolle molekulare und mikromechanische Informationen für Diagnostik und Prozessüberwachung. Konventionelle Systeme sind jedoch groß, stationär und nur eingeschränkt für Messungen in tief liegenden oder schwer zugänglichen Bereichen geeignet. Für viele Anwendungen sind daher invasive Gewebeentnahmen oder aufwendige Probenpräparationen erforderlich.

Bestehende Fasersonden bieten häufig nur eine geringe optische Leistungsfähigkeit, eingeschränkte spektrale Bandbreite oder eine komplexe und kostenintensive Integration. Zudem sind viele Lösungen zu groß für minimalinvasive Anwendungen oder liefern nicht die erforderliche räumliche Auflösung. Bei klassischen Biopsien sind wiederholte Messungen (z.B. Längsschnittstudie) durch die Invasivität und das damit einhergehende Patientenrisiko limitiert.

Die Technologie integriert einen mittels Zwei-Photonen-Lithographie gefertigten achromatischen Freiform-Mikrospiegel in eine Kanüle und koppelt diesen mit optischen Fasern. Dadurch werden hochpräzise, minimalinvasive In-vivo-Spektroskopiemessungen direkt im Gewebe ermöglicht. Die kompakte, robuste Bauweise eignet sich für verschiedene spektroskopische Verfahren und eröffnet neue Anwendungen in der Medizintechnik sowie der Prozess- und Agrartechnik.

Trapp, J. et al. (2026). Dual-fiber probe with 3D-printed micro-lens for Brillouin microscopy. APL Photonics, 10(4), 040803.