Ein kleineres, kostengünstigeres Bildgebungsgerät könnte Screenings breiter zugänglich machen
Das EU-finanzierte Projekt FLASH hat demonstriert, dass ein Laser machbar ist, der im Terahertz-Bereich (THz) arbeitet und sich mit dem gleichen Verfahren wie in der silikonbasierten Mikroelektronik und damit kompatiblen Materialien herstellen lässt. Diese machen mehr als 98 % des weltweiten Halbleitermarktes aus, wodurch die Massenproduktion möglich ist. Bei der Vorrichtung von FLASH handelt es sich um einen Quantenkaskadenlaser auf der Basis von Siliciumgermanium, der extrem kompakt und anpassungsfähig ist. „Diese günstigere und auch praktischere Terahertz-Plattform auf Siliciumgermanium-Basis könnte viele Terahertz-Anwendungen revolutionieren. Um den Massenmarkt zu erreichen, müssten die Kosten für die Terahertz-Quelle unter 100 EUR liegen, was mit unserer Vorrichtung machbar ist. Da hier gegenwärtig Preise in Höhe von mehreren Tausend Euro üblich sind, sind wir zuversichtlich, dass unsere Vorrichtung sehr gut vermarktbar wäre“, erklärt Projektkoordinatorin Monica De Seta vom Fachbereich Naturwissenschaft an der Universität Rom III in Italien. In der Praxis würde eine solche Vorrichtung deutlich mehr Anwendungen für Screenings im THz-Bereich ermöglichen – von einfacherem medizinischem Zugang bis hin zu einer breiteren Nutzung im Sicherheitsbereich. „Zur Hautkrebsdiagnose ist beispielsweise ein Termin bei einer fachärztlichen Praxis erforderlich. Mit einem sicheren und zuverlässigen patientennahen Diagnoseverfahren, das in Hausarztpraxen anwendbar wäre, ließe sich enorm viel Zeit sparen.” Zu diesem Zweck dürften Bildgebungssysteme zur Hautkrebsdiagnose für die Allgemeinmedizin nicht mehr als 10 000 EUR kosten und müssten eine kompakte Lichtquelle mit einer Leistung von 1 Milliwatt bei Zimmertemperatur gewährleisten. „FLASH hat gezeigt, dass unsere Vorrichtung diese Parameter erfüllt“, so De Seta. „Das ist vor allem wichtig, da die Früherkennung für hohe Überlebensraten ausschlaggebend ist.“ Ein breiterer Einsatz von 3D-Bildgebungsverfahren für die Krebsdiagnostik würde Traumata und Wartezeiten für die Betroffenen im Vergleich zu gegenwärtigen Biopsieverfahren deutlich verringern. Dadurch wären nicht nur bessere Ergebnisse möglich. Die Vermeidung von invasiven Verfahren würde zugleich auch die Kosten für die Gesundheitsversorgung senken. „Das Projekt hat gezeigt, dass die Technologie bei Befolgung des Standards für die Massenproduktion von silikonbasierter Mikroelektronik kostengünstig möglich ist.“
Die Stärken der Breitbandkommunikation nutzen
Nicht nur im Bereich der medizinischen Diagnose und der Sicherheit könnten sich Vorteile bieten. Das Frequenzband im THz-Spektrum verspricht eine enorm hohe Bandbreite, die in der Datenkommunikation eine Kapazität in der Größenordnung von mehreren Terabit pro Sekunde ermöglichen könnte. Damit würde eine fortschrittliche Datenkommunikation im 6G-Bereich in greifbare Nähe rücken. Die Bandbreite, die durch die FLASH-Vorrichtung erzielbar wäre, liegt eine Größenordnung über dem Millimeterwellenbereich von 5G (20 Gbit/Sekunde). THz-Wellen ermöglichen eine Nicht-Sichtverbindung und gewährleisten auch bei Nebel, Staub und Turbulenzen eine gleichbleibend hohe Leistung. „Das Terahertz-Frequenzband wird zudem nicht durch das Umgebungsrauschen aus optischen Quellen beeinträchtigt und ist nicht mit gesundheitlichen Vorbehalten oder sicherheitstechnischen Einschränkungen verbunden“, merkt De Seta an. Auch in der Umweltsensorik, Wirkstoffentwicklung, Produktionsüberwachung sowie der halbleiterbasierten Quanteninformatik könnte sich die multidisziplinäre Arbeit des Teams als von großem Nutzen erweisen.
Schlüsselbegriffe
FLASH, Screening, Quantenkaskadenlaser, onkologische 3D-Bildgebungsverfahren, THz-Frequenzband, medizinische Diagnose, Halbleiter, Umweltsensorik
