Qualifizierte Mikroscanner für kundenspezifische Anwendungen in der Medizin

Laser-Scanning-Mikroskops zur Tumorabgrenzung. © Fraunhofer IPMS / Laser scanning microscope for tumor delineation. © Fraunhofer IPMS

Customer Evaluation Kit für quasi-statische MEMS Scanner. © Fraunhofer IPMS / Customer Evaluation Kit for quasi-static MEMS scanners. © Fraunhofer IPMS

Quasistatischer Scanner in einem Modul für Head-Mounted Displays. © Fraunhofer IPMS / Quasi-static scanner in a module for head-mounted displays. © Fraunhofer IPMS

Das Potenzial von Mikroscannern in der Medizintechnik ist immens. Sie überzeugen durch ihr geringes Volumen und Gewicht sowie die hohe Energieeffizienz, welche den mobilen Einsatz ermöglichen. Um den kundenspezifischen Anforderungen gerecht zu werden, wurden am Fraunhofer IPMS bereits mehr als 200 unterschiedliche Mikroscanner-Designs entwickelt. Das Leistungsangebot erstreckt sich dabei entlang der gesamten Wertschöpfungskette von der Konzeption über die Prototypentwicklung bis hin zur Pilotfertigung im eigenen Reinraum auf 8“ Wafern. Dabei erweitert das Fraunhofer IPMS den Anwendungsbereich der Scannerspiegeltechnologie kontinuierlich mit neuartigen und patentierten Designlösungen und Technologiemodulen, sowie der Integration von künstlicher Intelligenz (KI).

Mikroscanner sind kleinste optische Bauelemente, die in der Lage sind, winzige Spiegel um eine oder mehrere Achsen auszulenken, um ein sehr schnelles und präzises Scannen oder Projizieren zu ermöglichen. Durch ihre berührungslose Arbeitsweise sowie die kleine Größe, das geringe Gewicht und die hohe Energieeffizienz eröffnen sie neue Möglichkeiten in der Medizintechnik. Die vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von Mikroscannern in der Medizin umfassen unter anderem die Bildaufnahme für medizinische Endoskope, die konfokale Mikroskopie, Fluoreszenzmikroskopie, Spektroskopie sowie die Ophthalmologie.

Die Mikroscanner des Fraunhofer IPMS zeichnen sich durch große Scanwinkel und hohe Scanfrequenzen aus und zeigen eine hervorragende Langzeitstabilität. Die Unterstützung der Kunden bei der Entwicklung spezifischer Modulaufbauten sowie elektronische Lösungen zur kontrollierten hochpräzisen Ansteuerung runden das Leistungsspektrum des Instituts ab. Gerade für kleinere und mittlere Unternehmen bieten die verschiedenen Evaluations-Kits des Fraunhofer Instituts die Möglichkeit, die Mikroscannertechnologie in ihre Produktentwicklung einzubeziehen, ohne dass eine aufwendige und kostspielige Eigenentwicklung einer Ansteuerelektronik zur Erfüllung der Spezifikationen notwendig ist.

Mikroscanner des Fraunhofer IPMS in der Medizintechnik

Die bisherigen kundenspezifischen Entwicklungen von Mikroscannern des Fraunhofer IPMS wurden in den letzten Jahren für mehrere Partner in der Praxis qualifiziert, um in Kundenprodukten zum Einsatz zu kommen. Dabei konnten sich diese Bauelemente in der Praxis bewähren.

So hat das Fraunhofer IPMS vor einigen Jahren doppelresonante MEMS-Scanner entwickelt, die das Herzstück eines kompakten Röntgenfolienscanners für die digitalisierte Zahnmedizin sind. Diese Mikroscanner werden im hauseigenen Reinraum im Rahmen einer Pilotfertigung mit bis zu einigen 1000 Stück pro Jahr qualifiziert für das Kundenprodukt hergestellt. Die Montage auf einem eigens entwickelten Bauelementträger mit integrierter Elektronik und anschließendem Test wird ebenfalls am Fraunhofer IPMS durchgeführt. Dass die Qualität nach Industriestandard im Fokus steht, garantiert die Zertifizierung des Instituts nach ISO 9001.

Weitere Applikationen der Medizintechnik des Fraunhofer IPMS sind die für die Firma Norlase entwickelten Laserscanner, welche in der Ophthalmologie in der Behandlung von Netzhaut- und Glaukom-Patienten zum Einsatz kommen werden. Durch den Einsatz der MEMS-Scanner des Fraunhofer IPMS ist eine zuvor unerreichte Miniaturisierung des Systems und eine höhere Auflösung möglich.

Für das Startup Envision Diagnostics entwickelt das Institut Mikroscanner für einen standardisierten, schnellen und zuverlässigen Augentest, welcher alle qualitativen Parameter erfasst, auswertet und darstellt. Dies liefert Ärzten umfangreichere und zuverlässigere Patientendaten, sodass sichere Entscheidungen getroffen werden können.

Mikroscanner des Fraunhofer IPMS in der Mikroskopie

Vielfältige Anwendungen finden Mikroscannerspiegel auch in der medizinischen Mikroskopie. Dank optischer Kohärenztomografie können die Oberflächen- und Tiefenstruktur von Objekten mit einer Auflösung im Mikrometerbereich analysiert werden. Die Mikroscannerspiegel des Fraunhofer IPMS ermöglichen damit eine neue Art der Erfassung von Umgebungsparametern und sind Herzstück eines neuartigen Laser-Scanning-Mikroskops zur Tumorabgrenzung. Mit dessen Hilfe können Krebsoperationen schneller, präziser und sicherer gemacht werden. Noch im Operationssaal kann die Ärztin oder der Arzt mithilfe des Mikroskops das Gewebe untersuchen, aus dem der Tumor gerade herausgeschnitten wurde. Ein vorher aufgebrachter Fluoreszenz-Marker macht alle Krebszellen sichtbar, die nach dem Schnitt eventuell noch zurückgeblieben sind. Diese lassen sich dann restlos und präzise entfernen. Das umliegende Gewebe wird dabei geschont, weil man im Mikroskop-Display genau sieht, wo das gesunde Gewebe anfängt. Und niemand muss mehr auf ein Laborergebnis warten.

Auch das vom Bundespräsidenten mit dem Deutschen Zukunftspreis 2022 prämierte ZEISS Lattice Lightsheet 7 der Firma Zeiss nutzt die Mikroscanner-Technologie des Fraunhofer IPMS. Das Mikroskopsystem für die schonende 3D-Bildgebung von lebenden Zellen nutzt unter anderem das vom Institut entwickelte Scannermodul Light Deflection Cube (LDC). Dieses wurde qualifiziert und wird ebenfalls im Rahmen einer Pilotfertigung dem Kunden Zeiss jährlich für das aktuelle Produkt zur Verfügung gestellt.

Auf der Messe Laser World of Photonics vom 27. bis 30. Juni ist das Fraunhofer IPMS am Fraunhofer Gemeinschaftsstand vertreten. Am Stand des Instituts können Interessierte einen exklusiven Einblick in die Entwicklungen des Instituts erhalten und mit den Forschenden des Fraunhofer IPMS ins Gespräch kommen. Eine vorherige Terminvereinbarung ist über die Webseite des Instituts unter https://www.ipms.fraunhofer.de/en/events/2023/Laser.html möglich.