30 Juli Multiresistente Erreger mit UV-Licht gezielt bekämpfen
Fern-UVC-Mikro-LEDs aus dem Ferdinand-Braun-Institut schaffen die Voraussetzungen für kompakte, fasergekoppelte medizinische Strahler. Sie sollen in der Lage sein, Krankheitserreger auch in Körperöffnungen unschädlich zu machen. Multiresistente Erreger (MRE) können oft nicht mit Antibiotika behandelt werden. Laut Robert-Koch-Institut kommt es in Deutschland jährlich zu 400.000 bis 600.000 Infektionen mit Krankenhauskeimen, und etwa 10.000 bis 20.000 Menschen sterben daran. Alternative Behandlungsoptionen sind daher gefragt.
MRE abtöten – ohne Resistenzen
Neue Möglichkeiten eröffnen Leuchtdioden aus dem Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH), die im fernen Ultraviolett abstrahlen. Der Fern-UVC-Wellenlängenbereich unterhalb von 235 nm ist für medizinische Anwendungen hochinteressant: Aufgrund der hohen Absorption bei diesen Wellenlängen dringt das Licht nicht in die lebenden Schichten der Haut ein und richtet daher weniger Schaden an als ein Sonnenbrand. Die Fern-UVC-LEDs schaffen das, was Antibiotika nicht immer gelingt: schädliche Mikroorganismen und insbesondere MRE abzutöten – Fachleute sprechen von Eradizierung – ohne dass sich Resistenzen entwickeln.
Dr. Sven Einfeldt, Lableiter am FBH, der mit seinem Team über langjährige Erfahrung bei der Entwicklung von UVC-LEDs für medizinische Anwendungen verfügt, erklärt: „Bei diesen sehr kurzwelligen LEDs konnten wir internationale Rekordwerte bei Effizienz und Leistung demonstrieren – ein echter Durchbruch. Zusammen mit Partnern wollen wir nun mit einem Prototyp den Schritt vom Labor in die Anwendung gehen.“ Das Berliner Institut hat bereits 233-nm-UVC-LEDs entwickelt und damit Flächenstrahler aufgebaut, mit denen menschliche Haut bestrahlt wurde. Das Wirkprinzip und dass die Haut nicht nachhaltig geschädigt wird, konnten Untersuchungen an der Charité – Universitätsmedizin Berlin und Universitätsmedizin Greifswald belegen.
Vision: Nasen-Rachen-Strahler
Diese Strahler erreichen allerdings bislang lediglich betroffene Stellen auf der Außenhaut. Daher ging die Vision der Mediziner schon bei den damaligen Tests weiter. „Ideal wären kleine LED-Strahler mit etwa 1 mW Leistung, die wir direkt in die Nase oder den Rachenraum einführen können“, so die Überlegungen von Prof. Dr. Martina Meinke, Leiterin des Zentrums für Hautphysiologie an der Klinik für Dermatologie, Venerologie und Allergologie der Charité. „Damit könnten wir MRE in ihren Rückzugsorten unschädlich machen, die bisher schwer zu erreichen sind. Nach desinfizierenden Ganzkörperwaschungen mit speziellen Waschlotionen und Mundspülungen könnte beispielsweise eine komplette MRSA-Sanierung erreicht werden.“
Inzwischen ist ein solches Nasen-Rachen-Endoskop, das die Keime in klinisch relevanten Zeiträumen reduziert, keine ferne Vision mehr. Das Ferdinand-Braun-Institut hat seine UVC-LEDs so weiterentwickelt, dass sie die geforderten Ausgangsleistungen liefern. Eingebaut in ein Endoskop, ließen sich die erforderlichen Bestrahlungszeiten von etwa fünf Minuten ohne größere Wärmeentwicklung erreichen.
UVC-LEDs mit Rekordwerten – für Medizin und Sensorik
Fern-UVC-LEDs sind wegen des verwendeten Materialsystems Aluminium-Gallium-Nitrid (AlGaN) technologisch anspruchsvoll – lieferten jedoch bislang nicht die kommerziell erforderlichen Leistungen. Maßgeblich getrieben durch Arbeiten von Dr. Jens Raß ist es nun am FBH gelungen, die wichtige Schwelle von 1 mW Leistung mit Fern-UVC-Licht im Dauerbetrieb (CW) aus einer Glasfaser zu überschreiten – laut FBH ein internationaler Rekordwert. Dies eröffnet Anwendungen in der Antiseptik und in der Sensorik.
Die 235-nm-UV-Mikro-LEDs sind in einer dichten Matrix angeordnet. So lässt sich eine fünfmal höhere Lichtmenge in die Glasfaser einkoppeln als mit konventionellen Fern-UVC-LEDs. Die Mikroleuchtdioden selbst, bis zu 125.000 Stück auf einem 2 mm2 großen Chip angeordnet, sind mit Durchmessern von jeweils nur rund 1,5 µm äußerst klein. Damit lässt sich nicht nur besonders viel Licht aus dem einzelnen Chip auskoppeln, es ist zugleich stark gerichtet – und kann damit sehr präzise eingesetzt werden.
Quelle: www.fbh-berlin.de
Bild: FBH/P. Immerz