Biomedizinische Anwendungen für tiefrot emittierende (670–690 nm) Laserdioden

Anwendungen für rote Laserdioden mit verschiedenen Wellenlängen

Es gibt viele Anwendungsmöglichkeiten für rote Laserdioden. Bei der Auswahl der richtigen Wellenlänge müssen Sie sowohl den Zweck der jeweiligen Anwendung als auch die Eigenschaften der Wellenlänge selbst berücksichtigen. In diesem Artikel konzentrieren wir uns auf die biomedizinischen Anwendungen für tiefrote Laserdioden (670–690 nm).

Das 640-nm-Band ist besonders für Linienlaser und Laserpointer zur Positionierung und Nivellierung geeignet, da es sich innerhalb der roten Farben durch eine hohe Sichtbarkeit auszeichnet und das Laserlicht somit für das Auge heller erscheint. In Anwendungen wie Laserfernsehern und Laserprojektoren, bei denen das Bild durch Mischen der Farben von RGB-Lasern erzeugt wird, ist 640 nm eine weit verbreitete Wellenlänge, die sowohl eine hohe Sichtbarkeit als auch eine große Farbskala bietet.

Vor dem Aufkommen von Laserdioden wurden Helium-Neon-Laser (He-Ne) mit einer Wellenlänge von 632,8 nm als stabile Lichtquelle für Fluoreszenzanregung und Streulichtmessung eingesetzt. Heutzutage verwendet man Laserdioden im Bereich von 640 nm, also nahe der He-Ne-Laser-Wellenlänge, für die biologische Fluoreszenzbildgebung, z. B. für die konfokale Mikroskopie, und für Streulichtmessverfahren wie etwa die Durchflusszytometrie oder die Partikelgrößenmessung.

Laser für das Beschreiben und Lesen von DVDs wurden auf eine Wellenlänge von 660 nm standardisiert, und die Leistung dieser Laser hat sich mit dem zunehmenden Wachstum des Marktes immer weiter verbessert. Laserdioden dieser Wellenlänge werden für viele Anwendungen eingesetzt, z. B. für industrielle Linienlaser und Messlaser.

Licht im Bereich von 670 bis 690 nm, also etwas länger als die oben genannten Wellenlängen, zeichnet sich gegenüber anderem Rotlicht dadurch aus, dass es besonders tief in biologisches Gewebe eindringt – im Falle der menschlichen Haut etwa 2–3 mm. Parallel dazu hat die Existenz von Photosensibilisatoren (Porphyrinverbindungen), die sehr biokompatibel sind, rotes Licht absorbieren und reaktive Sauerstoffspezies erzeugen, zur therapeutischen Anwendung von Licht geführt.

Therapeutische Behandlung mit Licht: Photodynamische Therapie und Photoimmuntherapie

Die photodynamische Therapie (PDT) ist eine Behandlungsmethode, bei der ein Photosensibilisator mit hoher Affinität für die Läsion verabreicht und dann Licht eingestrahlt wird, um selektiv nur das Läsionsgewebe durch im Gewebe erzeugten reaktiven Sauerstoffspezies zu zerstören. Die PDT wird bei der Behandlung von Lungenkrebs, Speiseröhrenkrebs, bösartigen Hirntumoren und altersbedingter Makuladegeneration eingesetzt¹⁾. Typische Photosensibilisatoren sind Porphyrinverbindungen wie Talaporfin Sodium (Peak-Absorptionswellenlänge: 664 nm, vermarktet als Laserphyrin^®) und Verteporfin (Peak-Absorptionswellenlänge: 689 nm, vermarktet als Visudyne^®)²⁾. Für die PDT werden häufig Laser verwendet, da sie sich leicht durch Glasfasern leiten lassen und die notwendige Leuchtkraft liefern. Weit verbreitet sind auch Laserdioden, die seit kurzem in der Lage sind, hohe Ausgangsleistungen im Wattbereich zu erzeugen.

Eine völlig neue Methode der Krebsbehandlung mit Licht, die Photoimmuntherapie (PIT), gewinnt ebenfalls an Aufmerksamkeit³⁾. Bei der PIT werden Antikörper verabreicht, die mit einer lichtempfindlichen Phthalocyaninverbindung (IR700) gekoppelt sind und anschließend mit Licht bestrahlt werden. Die Peak-Absorptionswellenlänge von IR700 liegt bei 690 nm, und wie bei der PDT auch werden häufig Laserdioden verwendet.

Die neueste Produktreihe von Laserdioden mit 670–690 nm

Aus der großen Auswahl an Ushio-Laserdioden finden Sie hier einige Beispiele für Produkte mit Laserwellenlängen im Bereich von 670–690 nm, die für die in diesem Artikel beschriebenen biomedizinischen Anwendungen geeignet sind:

HL67001DG und HL69001DG sind Laserdioden mit Laserwellenlängen von 675 nm bzw. 690 nm und einer optischen Ausgangsleistung von 200 mW (cw), dem höchsten Wert für eine Single-Mode-Laserdiode in diesem Wellenlängenbereich. Die Modelle HL67001DG und HL69001DG eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen im biomedizinischen Bereich, einschließlich der Entwicklung von Photosensibilisatoren, und verfügen über ein kompaktes TO-Gehäuse mit einem Durchmesser von 5,6 mm. Eine im Gehäuse integrierte Monitordiode ermöglicht eine einfache Steuerung der optischen Ausgangsleistung.

HL67203HD und HL69203HD, ebenfalls mit Laserwellenlängen von 675 nm bzw. 690 nm, sind Multi-Mode-Produkte mit einer hohen Ausgangsleistung von 1,2 W (cw) und weisen eine extrem hohe optische Ausgangseffizienz (WPE) von 40 % bzw. 41 % auf. Die Modelle HL67203HD und HL69203HD eignen sich für PDT, PIT und andere Anwendungen, die eine hohe Ausgangsleistung erfordern.

Alle vier oben genannten Produkte können in einem Temperaturbereich von -10 bis 75 °C betrieben werden und eignen sich daher für die Integration in Lichtquellen.

Darüber hinaus sind auch die bewährten LED-Produkte von Ushio in diesem Wellenlängenbereich erhältlich und wurden bereits in vielen Forschungsprojekten eingesetzt⁴⁾.

Neben den hier vorgestellten Produkten bietet Ushio eine breite Auswahl weiterer Laserdioden für die unterschiedlichsten Anforderungen. Für weitere Informationen besuchen Sie bitte die Ushio Laserdioden-Webseite.

Literatur

1. M.Kimura, Visual Dermatology Vol.7 No.2008 (japanisch)
2. T.Kaneko et al., J. Jpn. Soc. Laser Dent. (2007) 18: S. 9–15 (japanisch)
3. H.Kobayashi et al., Acc. Chem. Res. (2019), 52, S. 2332–2339
4. Zum Beispiel M. Mitsunaga et al. BMC Cancer (2012), 12:345

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