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Tumorbehandlung Lasertechnik hilft bei der Tumorbehandlung

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Forschern der LMU München ist es in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Max-Born-Instituts in Berlin gelungen, einen bereits lange vorhergesagten Mechanismus der laserbasierten Strahlenerzeugung erstmals experimentell zu bestätigen. Diese hochenergetischen Ionenstrahlen können in Zukunft für eine punktgenaue und dennoch kostengünstige Bestrahlung von Tumoren genutzt werden.

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Am Atlas-Lasersystem im Max-Planck Institut für Quantenoptik (Garching) werden Prof. Habs und Andreas Henig die ersten Bestrahlungsexperimente an Zellen durchführen.
Am Atlas-Lasersystem im Max-Planck Institut für Quantenoptik (Garching) werden Prof. Habs und Andreas Henig die ersten Bestrahlungsexperimente an Zellen durchführen.
( Bild: Thorsten Näser, MPG )

Garching – Kohlenstoffstrahlen gelten als effektivste und für den Patienten schonendste Methode, Tumore zu behandeln, weil sie ihre zerstörerische Kraft erst unmittelbar im Tumor entfalten und nicht schon auf dem Weg dorthin die gesunden Zellen schädigen, wie es bei konventionell eingesetzten Röntgen- oder Elektronenstrahlen der Fall ist. Sie eignen sich daher besonders für die Behandlung von Tumoren in hochsensiblen Regionen, beispielsweise in der Nähe des Hirnstammes, oder für sehr tief im Körper liegende Tumore. Ein Problem stellt derzeit allerdings die Erzeugung dieser Strahlen dar: Stand der Technik sind große Beschleunigeranlagen, die technisch extrem aufwändig und sehr teuer sind – sowohl im Bau als auch im Betrieb. Einen neuen Weg haben ein Team um Prof. Dr. Dietrich Habs von der Ludwig-Maximilians-Universität München im Rahmen des Exzellenzclusters „Munich-Centre for Advanced Photonics“ (MAP) in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Max-Born-Instituts in Berlin zur Erzeugung der Strahlen beschritten.

Beschleuniger drastisch verkleinert

Ionenstrahlen lassen sich auch mittels kompakter Lasersysteme erzeugen, was gegenüber bisher notwendigen Großanlagen sehr vorteilhaft ist. „Mit der neuen Technik ist der eigentliche Beschleuniger kleiner als die Dicke eines Haares“, verdeutlicht Prof. Habs. Derart kurze Distanzen sind ausreichend, um Ionen mit hochintensiven Laserpulsen auf hohe Energien zu beschleunigen. Auch die Strahlführung zum Patienten wird wesentlich verkleinert, die tonnenschweren Magnete durch filigrane Spiegel ersetzt. Bisher ist es jedoch nicht gelungen, eine effiziente Methode zu entwickeln um auf alle Ionen die gleiche Energie zu übertragen. Hier setzt die Arbeitsgruppe um Prof. Habs an. Mitarbeiter Andreas Henig führte zusammen mit Berliner Physikern die ersten erfolgreichen Experimente durch: „Mit den neuesten Messungen haben wir es geschafft, sowohl in der Effizienz der Ionenstrahlerzeugung als auch in der Energieverteilung der beschleunigten Teilchen einen experimentellen Durchbruch zu erzielen.“

Alle Ionen fliegen mit gleicher Geschwindigkeit

Die Münchner Physiker haben nun erstmals einen Beschleunigungsprozess experimentell demonstriert, der alle Ionen mit gleicher Geschwindigkeit fliegen lässt. Sie haben die Polarisation des Lasers von linear auf zirkular geändert und die Dicke der laserbestrahlten diamantartigen Kohlenstoff-Folien auf wenige Nanometer reduziert – das vermeidet ein unkontrolliertes Aufheizen der Teilchen. Stattdessen drückt das Laserlicht die Elektronen nun kollektiv in einer Nanometer-dünnen Schicht nach vorne und zieht die Kohlenstoff-Ionen mit sich. Die komplette Folie wird wie ein Segel durch den Lichtdruck des Lasers angetrieben, ein Mechanismus, der von Theoretikern bereits lange vorhergesagt wurde.

Originalveröffentlichung: Doi: 10.1103/PhysRevLett.103.245003

(ID:330559)