Terahertz-Strahlen Der Forschung geht ein Licht auf


Terahertz-Strahlung heißt die neue Wunderwaffe, mit der sich Krankheiten wie Krebs und Karies, aber auch Biowaffen und Sprengstoff erkennen lassen.

Terahertz-Strahlung heißt die neue Wunderwaffe, mit der sich Krankheiten wie Krebs und Karies, aber auch Biowaffen und Sprengstoff erkennen lassen. Im Supermarkt könnten die neuen Strahlen auch durch die Verpackung hindurch verdorbene Lebensmittel anzeigen. Darüber hinaus erlaubt die vielseitige Strahlung eine hoch empfindliche und genaue Erbgut-Analyse und hilft Astronomen bei der Suche nach Wasser im Weltraum.

Aufwändig herzustellen

Dennoch führten die "T-Strahlen" lange ein Schattendasein, denn ihre gezielte Erzeugung ist sehr aufwändig. Sie stammen aus einer schwer zugänglichen Nische des elektromagnetischen Spektrums zwischen Infrarot und Mikrowellen. Gemäß ihres Namens schwingen Terahertz- Wellen einige Billionen (Tera) Mal pro Sekunde (Hertz). Das ist zu schnell für die von Radiosendern und Mikrowellenherden verwendete Antennentechnik und zu langsam für optische Strahlungsquellen wie Laser.

Die wenigen auf dem Markt erhältlichen Terahertz-Quellen kosten daher bis zu 250.000 Euro und sind sehr groß. Forscher aus Braunschweig und Bochum haben nun jedoch auf Basis einer am US- amerikanischen Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelten neuartigen Technik der Strahlungserzeugung ein bildgebendes Terahertz-System gebaut, das in zwei Schuhkartons passt und nicht mal ein Zehntel kosten soll.

T-Strahlen gelten als unbedenklich für das Gewebe

"Terahertz-Wellen sind deshalb so interessant, weil vermutlich viele Biomoleküle darauf ansprechen", erläutert der Ingenieur Thomas Kleine-Ostmann aus der Arbeitsgruppe Terahertz-Systemtechnik von Prof. Martin Koch an der Technischen Universität Braunschweig. So sieht verbrannte Haut im Licht der T-Strahlen anders aus als gesunde, Hautkrebs verrät sich auch durch die oberen Hautschichten hindurch, und verborgener Karies in einem äußerlich gesunden Zahn wird ebenso sichtbar.

Weiterer Vorteil: Anders als etwa Röntgenstrahlen gelten T- Strahlen als unbedenklich für das Gewebe, weil sie viel weniger Energie haben. "Terahertz-Strahlung ist im Grunde Wärmestrahlung", erläutert Kleine-Ostmann. Jedes Objekt, ob belebt oder unbelebt, sendet unkontrolliert solche Strahlung aus. "Schon bei Zimmertemperatur ist die natürliche Wärmestrahlung viele Tausend Mal stärker als die von uns verwendete Terahertz-Strahlung."

Geeignet vor allem für Gewebe mit wenig Wasseranteil

T-Strahlen durchleuchten zwar Papier und Kleidung, dringen allerdings nicht weit in den Körper ein. Ähnlich wie ein bereits von der britischen Firma QinetiQ entwickeltes System auf Mikrowellen- Basis können Terahertz-Wellen so auch verborgene Waffen aufspüren, etwa beim Sicherheitscheck am Flugahfen. Zum medizinischen Durchleuchten wie beim Röntgen eignen sich T-Strahlen dagegen nur bei Geweben mit wenig Wasseranteil. Dafür reagieren sie sehr empfindlich auf große Moleküle wie Biomoleküle, die sich nicht nur im Gewebe, bei Lebensmitteln und vielen Sprengstoffen finden, sondern auch im Erbgut. Aachener Forscher entwickeln auf dieser Grundlage eine einfachere und bessere DNA-Analysemethode.

Bislang müssen die zu untersuchenden Erbgutabschnitte zur Analyse auf einem so genannten Gen-Chip mit Leuchtstoffen markiert werden. Ein Problem: Die Stärke des Leuchtens sagt anschließend nicht zuverlässig etwas über die Häufigkeit eines Gen-Abschnitts wie etwa einer bestimmten Mutation aus. "Insbesondere in der Krebsforschung ist es aber wichtig, solche quantitativen Aussagen zu machen", erläutert Peter Haring Bolivar von der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen. Terahertz-Strahlung erkennt die gesuchten Genbereiche im Aachener Labor auch ohne die Leuchtstoff- Markierung. Darüber hinaus erlaubt die Terahertz-Analyse nicht nur Aussagen über die Häufigkeit gesuchter Genabschnitte, sie erkennt sie auch schon in winzigen Erbgutproben.

"In experimentellen Tests funktioniert das sehr gut, aber der Schritt zur Anwendung ist noch ein großer", sagt Haring Bolivar. Ein auf der Terahertz-Technik basierender DNA-Diagnosechip für Leberkrebs ist aber in Zusammenarbeit mit Forschern aus Bonn und Regensburg bereits in Planung.

Till Mundzeck


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