Paul Scherrer Institut/Paul Piwnicki

Ob Materialien für die Elektronik der Zukunft, Batterien oder Schwerter aus der Bronzezeit – seit 20 Jahren nutzen Forschende verschiedener Disziplinen die Spallations-Neutronenquelle SINQ des Paul Scherrer Instituts PSI für ihre Untersuchungen. Bei einem Symposium am 18. April blickten Forschende auf die Erfolge der Anlage zurück und stellten Pläne für eine Modernisierung vor.

Vor 20 Jahren ging die Spallations-Neutronenquelle SINQ des PSI in Betrieb. Seither können Forschende an dieser schweizweit einzigartigen Forschungsanlage in das Innere von Materialien und Objekten blicken. In ihren Experimenten «durchleuchten» sie ihre Untersuchungsgegenstände mit einem Strahl von Neutronen. Die Experimente ähneln medizinischen Untersuchungen mit Röntgenlicht, liefern aber dank der besonderen Eigenschaften der Neutronen andere Informationen über die untersuchten Gegenstände.

In Metalle hineinschauen
So lässt sich mit Hilfe von Neutronen beispielsweise tief in das Innere von metallischen Objekten schauen. Archäologen und Kunsthistoriker können Bronzestatuen, Schwerter oder historische Musikinstrumente untersuchen und erhalten Hinweise auf die Herstellungsverfahren, ohne die wertvollen Objekte zu beschädigen. Entwickler aus der Industrie bilden mithilfe von Neutronen am PSI das Innere von technischen Geräten – zum Teil sogar während des Betriebs – ab. Diese Einblicke helfen ihnen, die Vorgänge in den Geräten zu verstehen und so ihre Produkte zu verbessern. Bisher wurden beispielsweise Verbrennungsmotoren von Kettensägen, Dieselrusspartikelfilter oder Motorradkupplungen untersucht.Batterieforscher untersuchen zum Beispiel, was in einer Lithiumionen-Batterie geschieht, während sie geladen und entladen wird. Sie wollen erfahren, warum sich die Batterien mit der Zeit schlechter laden lassen und mit dem Wissen Technologien für haltbarere und effektivere Batterien entwickeln.

Eine neue Hand aus dem Drucker – im Internet finden sich mittlerweile zahlreiche Bauanleitungen für Handprothesen, die mit minimalen Materialkosten per 3D-Drucker dort hergestellt werden können, wo sie gebraucht werden. Denn für viele Menschen auf der Welt ist Medizintechnik unerschwinglich. Zwei Maschinenbau-Studenten der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig) haben die Open-Source-Idee nun auf den Reha-Bereich übertragen. Auf der Hannover Messe stellten sie den Prototyp einer aktiven Orthese für die Handrehabilitation vor.
Die «Exohand» wird wie ein Handschuh getragen und kann per Motor die einzelnen Finger beugen und strecken. Diese maschinelle Unterstützung kann nach einem Schlaganfall oder einer Operation helfen, die Beweglichkeit der Hand wiederherzustellen.

Chirurgen und Ingenieure des Inselspitals und des ARTORG Center for Biomedical Engineering Research der Universität Bern haben gemeinsam einen hochpräzisen Operationsroboter für die Cochlea-Implantation entwickelt. Die Forschungsarbeit zur weltweit ersten, erfolgreich durchgeführten roboterassistierten Cochlea-Implantation wurde am 15. März in der Fachzeitschrift «Science Robotics» publiziert.

Um ein Cochlea-Implantat in das Ohr eines tauben Patienten einzubringen, muss ein Hals-, Nasen-, Ohrenchirurg hinter der Ohrmuschel manuell einen sehr exakten Zugang durch den Schädelknochen bis ins Innenohr herstellen. Einerseits muss dabei ausreichend Knochen entfernt werden, um die notwendige Sicht auf das Innenohr zu gewährleisten, andererseits müssen Verletzungen von im Knochen verlaufenden Nerven vermieden werden. Die Implantatelektrode wird danach in die Hörschnecke (Cochlea) eingebracht und ermöglicht dem Patienten das Hören. Ziel des Berner Forschungsprojektes war es, zu untersuchen ob neuartige, computer- und robotergestützte Ansätze zu einem verbesserten und reproduzierbareren Operationsergebnis beitragen können.

Gebündelter Ultraschall kann Tumorzellen effektiv zerstören. Bislang lässt sich diese Methode jedoch nur bei Organen wie Prostata und Gebärmutter anwenden. Auf dem Europäischen Radiologenkongress ECR stellten Fraunhofer-Forscher ein im EU-Projekt TRANS-FUSIMO entwickeltes Verfahren vor, mit dem per fokussiertem Ultraschall auch ein Organ behandelt werden kann, das sich mit der Atmung bewegt – die Leber. Damit könnten manche Lebertumoren künftig schonender als bislang therapiert werden.

Seit langem dient Ultraschall als Diagnoseverfahren. Relativ neu dagegen ist sein Einsatz zu therapeutischen Zwecken. Dabei werden die Schallwellen so stark gebündelt, dass sie erkranktes Gewebe – vor allem Tumorzellen – regelrecht veröden und damit unschädlich machen. Aus Patientensicht besitzt der fokussierte Ultraschall mehrere Vorteile: Die Behandlung läuft komplett nicht-invasiv und ohne Narkose, zudem gibt es keine Operationswunden. Allerdings ist das Verfahren bislang nur für wenige Indikationen zugelassen, etwa für die Behandlung von Prostatakrebs, Knochenmetastasen und Gebärmuttermyomen. Zur Therapie von Organen, die sich mit der Atmung bewegen, taugt die Methode bisher nur ansatzweise: Der Patient müsste dafür zuverlässig die Luft anhalten können oder aber in Vollnarkose versetzt werden, damit die Ärzte die Atmung gezielt kontrollieren können.