Intelligente Fasern

Hochleistungslaser, die sich in dünnen Glasfasern durch den Körper schlängeln, können Tumore, die die Speiseröhre, den Darm oder die Bronchien auskleiden, schnell und präzise verbrennen. Doch es besteht die Gefahr: Versagen die Faserwände, kann der Laserlichtstrahl entweichen und gesundes Gewebe schädigen.

Jetzt haben der MIT-Forscher Yoel Fink, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften, und der MIT-Forscher Mehmet Bayindir optische Fasern entwickelt, die mit ihrer eigenen wärmeempfindlichen Elektronik verdrahtet sind, die verwendet werden können, um sich entwickelnde Defekte während des Lasereinsatzes rechtzeitig zu überwachen um es vor einem Fehler herunterzufahren. *

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Diese Empfindlichkeit könnte potenziell massive Schäden an gesunden Organen verhindern, sagt Henry Du, ein Forscher für optische Fasern und Leiter der chemischen, biomedizinischen und Werkstofftechnik am Stevens Institute of Technology in Hoboken, NJ.



Dies ist eines der wenigen Beispiele für schöne Universitätsforschung, die in Anwendungen umgesetzt wurde, bei denen ein enormer Unterschied im Gesundheitswesen erzielt werden kann, sagt Du.

Fehlererkennung, insbesondere bei hoher Leistung, bei der man sie abschalten muss, wenn sie ausfällt, ist absolut eine gute Idee, stimmt Jim Harrington, Physiker der Rutgers University, ehemaliger Präsident der International Society for Optical Engineering, zu.

Optische Fasern mit integrierter Elektronik könnten nicht nur empfindlich gegen Hitze wie bei Laseranwendungen, sondern auch gegen Licht, Vibration und vielleicht Chemikalien gemacht werden, sagt Fink. In der Zukunft könnten intelligente Fasern, die Sensoren, Informationsverarbeitung und Datenspeicherung ermöglichen, in Gewebe eingewebt werden.

Finks Fasern leiten einen Hochleistungslaser durch einen hohlen Kern, der mit einem hochwertigen Spiegel ausgekleidet ist. Um beginnende Brüche zu erkennen, haben Forscher in Finks Labor den Spiegel mit einem halbleitenden Material umgeben, dessen elektrische Leitfähigkeit sich mit der Temperatur ändert. Diese Leitfähigkeitsänderungen können durch Metalldrähte erfasst werden, die über die Länge der Faser verlaufen. Wenn sich die Leitfähigkeit schlagartig ändert, signalisieren die Drähte den Fehler und eine Steuerung kann den Laser automatisch abschalten.

Zur Herstellung der knapp über einen Millimeter dicken Fasern geht Fink von einem zylindrischen Preform aus, der die exakte Geometrie der fertigen Faser hat, aber deutlich dicker ist. Diese Form wird dann erhitzt und zu einer viel längeren, dünneren Faser gezogen. Ein 30 Zentimeter langer Vorformling kann eine ein Kilometer lange Faser herstellen.

Die Herausforderung bei der Herstellung der Faser bestand laut Fink darin, Materialien zu finden oder herzustellen, die geschmolzen und gedehnt werden konnten, ohne sich zu trennen.

Bisher konnte die Gruppe nur zeigen, dass die selbstüberwachende Faser mit Lichtwellenlängen im mittleren Infrarot arbeitet. Zukünftige Anwendungen, wie zum Beispiel für laserbasierte Bohrer für Zahnmedizinanwendungen oder Laser zum Aushärten von Epoxid, müssen andere Wellenlängen verwenden.

Andere Hochleistungslaser, wie sie zum Beispiel zum Schneiden und Schweißen von Metall im Automobilbau verwendet werden, benötigen Fasern, die viel mehr Leistung verarbeiten können als die aktuellen, sagt Fink.

Doch die aktuellen Anwendungen sind laut Du vielversprechend genug. Ich habe keinen Zweifel, dass die Fasern erfolgreich sein und weit verbreitet sein werden, sagt er.

Klamotten die dich abkühlen

* Diese Geschichte wurde am Montag, den 21. November 2005 geändert. Ursprünglich lautete dieser Satz: Jetzt hat der MIT-Forscher Yoel Fink, außerordentlicher Professor für Materialwissenschaften, optische Fasern entwickelt, die mit einer eigenen wärmeempfindlichen Elektronik verdrahtet sind, die verwendet werden kann, um überwachen sich entwickelnde Defekte, während der Laser in Betrieb ist – rechtzeitig, um ihn vor einem Ausfall abzuschalten. Tatsächlich wurde die Arbeit, die in Yoel Finks Labor durchgeführt wurde, vom MIT-Forscher Mehmet Bayindir konzipiert und initiiert.

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