Photonic setzt auf eine neue Software zum virtuellen Designen, Modellieren und Prototyping modernster optomechanischer Systeme für die Industrie und Medizintechnik.

Wer bei der Gestaltung von herausfordernden und innovativen Beleuchtungstechniken von Beginn an Entwicklungszyklen sparen und damit automatisch die Kosten senken möchte, kommt um 3D-Lichtsimulation nicht mehr herum. Als Entwicklungs- und Produktionspartner mit langjähriger Erfahrung im Design von abbildenden Optiken nutzt auch Photonic seit langem dieses kreative Tool, um sein interdisziplinäres Knowhow bestmöglich zu nutzen und so Kundenwünsche schnellstmöglich zum Erfolg zu bringen. „Zuletzt haben wir in die Software Light Tools investiert, die als Goldstandard für Beleuchtungsoptik am Markt gilt. Sie eröffnet unseren Entwicklern deutlich mehr Design- und Analysemöglichkeiten und garantiert, dass die Kundenanforderungen sicher eingehalten werden“, erläutert Photonic-Standortleiter Stefan Zotter.

Diese Anforderungen sind gerade in der Medizintechnik oft enorm. Bei Endoskopen beispielsweise werden immer dünnere optische Lichtleiter, immer helleres Licht sowie eine gleichmäßige, farbechte Ausleuchtung für die korrekte Gewebedifferenzierung im Körperinneren verlangt. Gleichzeitig müssen medizintechnische Lichtlösungen sicher, langlebig und kosteneffizient sein. „Gefragt ist eine Beleuchtung, die perfekt auf das Kundensystem abgestimmt ist. Denn Schatten, Farbränder, unregelmäßige Intensitätsverteilungen oder Streulicht können Medizintechnikprodukte maßgeblich beeinträchtigen“, erklärt Zotter.

In der Entwicklung spielt daher Lichtsimulation eine entscheidende Rolle. Die präzise 3D-Modellierung optischer Systeme ermöglicht es, den Strahlenverlauf von Licht durch und innerhalb optischer Elemente und mechanischer Strukturen genau zu verfolgen. „Das erlaubt schnelle Entscheidungen, minimiert von Beginn an Fehler, verringert den Aufwand beim Prototyping und schafft damit eine wichtige Voraussetzung für eine wirtschaftliche Produktion“, betont Zotter.

Der große Erfolg der Entwicklungsprojekte der Photonic hat allerdings noch weitere „Väter“. Der Beleuchtungsspezialist verfügt über ein ausgezeichnetes Partnernetzwerk (WILD Integrated Network) und kann dadurch direkten Einfluss auf die Entwicklungen von LED-Herstellern nehmen, um LEDs in puncto Lichtqualität, Lichtleistung und Farbwiedergabeindex je nach Kundenbedarf anpassen zu lassen. Weiters betont Zotter: „Wir heben uns durch unser fundiertes Know-how in den Disziplinen Elektronik, Software, Mechanik, Optik und Applikationswissen sowie unsere Baukastenlösungen ab. Maßgeblich für eine rasche Zulassung der Kundenprodukte ist auch unser normatives Wissen.“

Photonic bietet eine Anti-Aging-Technologie, um die Lichtleistung von LED-Light-Engines nachhaltig zu stabilisieren.

Eine konstante Helligkeit über die gesamte Produktlebensdauer – bei digitalen Bildverarbeitungssystemen ist das ein entscheidendes Qualitätsmerkmal. „Würde etwa bei der Desinfektion mittels UV-Licht die Intensität nachlassen, müsste die Anwendung zeitlich mehr und mehr ausgedehnt werden, um weiterhin die benötigte Dosis an desinfizierender UV-Strahlung zu gewährleisten“, erklärt Joachim Enengl, Photonic Business Developer. Beispiele wie dieses machen deutlich, wie wichtig es ist, die Lichtleistung auf einem konstanten Niveau zu halten. Um das sicherzustellen, hat Photonic eine Anti-Aging-Technologie entwickelt, die LEDs gegenüber anderen Beleuchtungssystemen einen noch größeren Vorteil verschafft.

„Es ist kein Geheimnis, dass LED-Light-Engines nicht nur lebenslange Kosteneinsparungen bieten, sondern auch in Bezug auf die Lichtintensität deutlich besser abschneiden. Die Lichtleistung einer Xenon-Lampe verringert sich in der Regel innerhalb der ersten 150 Stunden auf 60 % oder weniger. Standard-LEDs hingegen überleben sieben Xenon-Lampen und liefern dennoch mindestens 10 % mehr Licht“, weiß Enengl.

Dank seiner Anti-Aging-Technologie legt Photonic die Messlatte jetzt noch höher und weckt damit nicht nur bei Medizintechnik- Herstellern großes Interesse. Der Lichtspezialist greift auf zwei verschiedene Methoden zurück. Wo eine konstante Lichtleistung benötigt wird, geringfügige Abweichungen jedoch weniger kritisch sind, wird der LED-Strom gemäß einer ermittelten Alterungskurve kontinuierlich erhöht. Diese Vorgehensweise ist sehr kosteneffizient und kommt u.a. in der neuesten Produktgeneration der Photonic-Untersuchungsleuchte zum Einsatz, deren Helligkeit jederzeit vom Anwender manuell angepasst werden kann. Die zweite Methode regelt auf Basis eines Referenzsignals, das eine Photodiode liefert, den LED-Strom und bietet sich vor allem bei bildverarbeitenden Verfahren an. „In der Fluoreszenzdiagnostik mit mehreren Wellenlängen etwa ist es essenziell, die Intensität der unterschiedlichen Wellenlängen in Relation zueinander konstant zu halten. „Dank unserer Anti-Aging-Technologie erhält der Anwender eine zusätzliche Sicherheit, dass seine Diagnose nicht durch Schwankungen in der Lichtqualität verfälscht wird“, argumentiert Enengl.

Licht tötet Bakterien, Keime und Viren. Und zwar äußerst effizient. Die Photonic zeigt auf, warum die Corona-Pandemie ein Umdenken bei der Desinfektion einläuten könnte.

Als Mitte Jänner der Ausbruch des neuartigen Virus SARS-CoV-2 in China bekannt wurde, rechnete die restliche Welt nicht mit den weitreichenden Auswirkungen, die die Corona-Krise bewirken würde. Ein Grund für die schnelle Ausbreitung von Covid-19 ist die gegenüber anderen Virenarten lange Überlebensdauer des Virus auf Oberflächen und Gegenständen. Behörden weltweit versuchen daher, die Verbreitung des Corona-Virus mittels Desinfektion einzudämmen. Auch regelmäßiges Händewaschen und Desinfizieren der Hände hilft, die Übertragung zu stoppen.

Desinfektion mit UV-Licht

Herkömmlicherweise werden zur Bekämpfung von Viren auf Oberflächen Desinfektionsmittel eingesetzt. Jedoch können Bereiche des öffentlichen Lebens wie z.B. öffentliche Verkehrsmittel, Lebensmittelgeschäfte oder Toiletten nicht permanent mit Desinfektionsmitteln gereinigt werden. Eine einfache und effiziente Alternative dazu ist die Desinfektion mittels UV-Licht. In der Lebensmittelproduktion, der Trinkwasseraufbereitung und der Entkeimung von Belüftungsanlagen wird diese Methode bereits seit Jahren erfolgreich angewendet. In der chinesischen Metropole Shanghai ging man sogar einen Schritt weiter und setzt diese Technik nun in einer Waschstraße zur Desinfektion von Nahverkehrsbussen ein. Noch zukunftsweisender sind autonom fahrende Roboter, die in vielen chinesischen Krankenhäusern ebenfalls mit ultraviolettem Licht Viren und Bakterien abtöten. Warum diese Technik mit einem Schlag auf ein derartiges Interesse stößt, ist leicht erklärt: sie ist schnell, kostengünstig und bekämpft zuverlässig Keime, Bakterien und Viren.

„Damit Oberflächen effizient mittels UV-Licht desinfiziert werden können, muss das Objekt mit einer ausreichenden Dosis gleichmäßig bestrahlt werden. Die Photonic ist durch ihr Know-how im Bereich Lichttechnik optimal gerüstet, um solche applikationsspezifischen Lösungen schnell und effizient umzusetzen“, erklärt Stefan Zotter, Photonic Entwicklungsleiter. „Unsere Experten haben vor kurzem eine UV-Aushärtekammer designt, in der beliebig geformte 3D-Druckobjekte von allen Seiten homogen mit UV-LEDs bestrahlt werden können. Dabei mussten Parameter wie die Auswahl und Positionierung der UV-LEDs, das Oberflächenmaterial der Kammer, die Ansteuerung der einzelnen LEDs bis hin zum thermischen Management des Systems sorgsam betrachtet werden.“ Die Photonic unterstützt ihre Kunden hierbei in allen Schritten der Produktentwicklung. Von den ersten Konzepten bis hin zur Serienfertigung bringen die Licht-Experten ihre langjährige Erfahrung in den Bereichen Optik, Mechanik, Elektronik und Software in das Projekt ein und tragen damit zum Erfolg der Kundenprodukte bei.

Anwendungsgebiete der photodynamischen Desinfektion

In vielen Bereichen stößt die Desinfektion mit UV-Licht jedoch an ihre Grenzen. UV-Strahlung und ganz besonders kurzwelliges UV-C-Licht, das zumeist im Bereich der Oberflächendesinfektion eingesetzt wird, ist ohne ausreichenden Schutz für Menschen hochgradig gefährlich. Die schädliche Strahlung kann zu schweren Verletzungen des Auges führen und durch Absorption in der Haut zu Zellveränderung und Krebs. Darum kommen im Bereich der Handdesinfektion immer noch alkoholische Lösungen zum Einsatz, die bei häufiger Anwendung zu Hautirritationen führen kann. Außerdem belegen zahlreiche Studien, dass die meisten Menschen ihre Hände nicht ausreichend desinfizieren.

Im Gegensatz dazu kommt bei der photodynamischen Desinfektion eine harmlose Flüssigkeit, Photosenitizer genannt, in Kombination mit ungefährlichem, sichtbarem Licht zum Einsatz. Die lichtaktive Substanz wird auf das Objekt aufgebracht und erzeugt durch Reaktion mit Licht und Luft, reaktiven Sauerstoff, der Keime, Viren und Bakterien sehr effizient abtötet. Dieses Verfahren wird in der Behandlung von schlecht heilenden Wunden und in der Zahnmedizin oder Dermatologie sehr erfolgreich eingesetzt. „Zukünftig könnte die heute noch notwendige Kombination aus Händewaschen und gründlichem Einreiben mit Desinfektionsmitteln durch die photodynamische Desinfektion ersetzt werden“, ist Stefan Zotter überzeugt. „Dazu würde man den Photosensitizer durch gleichmäßiges Einreiben auftragen und durch die Bestrahlung mit Licht unerwünschte Keime, Bakterien und Viren abtöten.“ Die größte Herausforderung liegt dabei allerdings im Umdenken, dass neben dem Desinfektionsmittel ein zusätzliches Gerät benötigt wird. Und zwar ein System, in dem viel Erfahrung und Know-how im Bereich Optomechatronik steckt. Nicht nur dieser Faktor kommt der Photonic entgegen. „Kunden, die innovative Produkte zur Desinfektion realisieren wollen, profitieren bereits beim Definieren der Produkt-Requirements von einer Zusammenarbeit mit uns. Wir greifen bei der Abstimmung der Anforderungen an ein Gerät auf ein breites Wissen zurück, welches aus der täglichen Beschäftigung mit den normativen und regulatorischen Sicherheitsanforderungen rund um das Erzeugen und Leiten von Licht stammt. Somit können sich unsere Kunden darauf verlassen, dass ihre Wünsche an das System auch dem Realitätscheck einer Produktzulassung und der Herstellbarkeit standhalten werden, so Photonic Business Developer Joachim Enengl.

Die Welt wird nach der Covid-19-Krise eine andere sein, als sie es vorher war. Die Möglichkeit der Übertragung von Krankheiten durch ein bloßes Händeschütteln oder durch das Berühren einer Türschnalle wird sich im Bewusstsein der Menschen verankern. Das Bedürfnis nach einer schnellen und effizienten Bekämpfung von Keimen, Viren und Bakterien wird wachsen. Ob mittels Bestrahlung durch UV-Licht oder durch den Einsatz von photodynamischer Desinfektion, die Photonic bietet ihren Kunden das optimale Know-how im Bereich Lichttechnik, um maßgeschneiderte Systeme zu entwickeln und anschließend mit hoher Präzision und Genauigkeit kostengünstig zu fertigen.

Photonic punktete auf der internationalen Fachmesse für Qualitätssicherung mit individuellen optischen Lösungen mit enormer Lichtausbeute.

Die zunehmende Automatisierung und durchgängige Vernetzung industrieller Produktionssysteme lässt die Anforderungen in der Qualitätssicherung steigen. Ultra High-Speed Kameras und 3D-Imaging Systeme etwa, die eingesetzt werden, um Bewegungen oder Materialverhalten zu analysieren, sind auf extrem hohe Lichtströme angewiesen. Wie man diese in einer Intensität von über 2.300 Lumen am Lichtleiterausgang erzielt, hat der Lichtspezialist Photonic zuletzt im Rahmen der Control 2019, der internationalen Fachmesse für Qualitätssicherung, präsentiert.

„Wir wussten, dass unsere Hochleistungs-LED-Module speziell bei potenziellen Kunden aus der industriellen Messtechnik gut ankommen werden. Das tatsächliche Interesse des Fachpublikums am F6000-M, F5000-M sowie dem F4000-M hat jedoch unsere Erwartungen übertroffen“, freut sich Annette Stampfer, Photonic Leitung Vertrieb. „Die Besucher waren fasziniert von der optischen Lösung und der enormen Lichtausbeute, die unsere Module bieten.“

Auf großes Echo stieß auch die Tatsache, dass Photonic die Module individuell auf die Anforderungen des Kunden anpassen kann und Entwicklungsleistungen zur Adaptierung an die jeweiligen Bedürfnisse anbietet. Zur Erklärung: die LED-Module von Photonic können in jedes bestehende Beleuchtungssystem integriert werden. Hochqualifizierte Entwickler aus den Bereichen Optik, Mechanik, Software und Elektronik sind in der Lage, jede individuelle Lösung zu erarbeiten. Exemplarisch demonstriert wurde dies am Messestand mit Hilfe verschiedenster Module, welche bereits erfolgreich adaptiert wurden. Besonderes Interesse bestand darüber hinaus an den UV-Lichtquellen bzw. UV-LED Modulen (365nm) der Photonic sowie deren Lösungen zur industriellen Endoskopie.

„Für uns war die Control 2019 ein voller Erfolg. Es ist uns gelungen, zahlreiche neue Kontakte im Zielsegment Industrielle Messtechnik zu knüpfen. In persönlichen Gesprächen konnten wir oftmals Möglichkeiten aufzeigen, die so nicht erwartet wurden. Auch seitens der Mikroskopie-Händler haben wir viel positives Feedback für unser High-Power-Ringlicht erhalten“, resümiert Stampfer.

PHOTONIC im Gespräch mit Top-Entscheidern der Medizintechnik

Speziell die Beleuchtungsmodule für den HNO Bereich von PHOTONIC weckten bei der MEDICA 2018 das Interesse des internationalen Fachpublikums.

Neueste Geräte, Produkte und Systeme für die ambulante und stationäre Versorgung – von Labortechnik über Hightech-Medizin bis hin zu Health-IT – machten die diesjährige MEDICA wieder zu einem echten Publikumsmagneten. Rund 120.000 Fachbesuchern aus 155 Nationen wurde eine bisher nie dagewesene Bandbreite an Angeboten und Innovationen präsentiert.

Bestens vorbereitet nutzte auch die PHOTONIC die weltgrößte Medizinfachmesse, um zahlreiche Neuentwicklungen zu demonstrieren. Auf reges Interesse stießen dabei die Beleuchtungsmodule für den HNO Bereich, das Modul F6000-M sowie das jüngste Produkt aus dem Hause PHOTONIC, die Multicolor-LED-Lichtquelle u.a. für die Fluoreszenzmikroskopie und -endoskopie.

„Unsere intensive Vorbereitung hat sich absolut bezahlt gemacht. Wir hatten bereits im Vorfeld zahlreiche Meetings mit Kunden und potenziellen neuen Geschäftspartnern vereinbart, mit denen wir auf der Messe in die Tiefe gehen und über mögliche Projekte sprechen konnten. Wir sind überaus optimistisch, dass sich daraus konkrete Aufträge ergeben werden“, freut sich PHOTONIC Salesmanagerin Annette Stampfer. Gerade in Hinblick auf die strategische Ausrichtung der PHOTONIC auf das Modulgeschäft hat die MEDICA zahlreiche neue Türen geöffnet. So auch in den USA. Ein namhaftes amerikanisches Robotic Unternehmen hat großes Interesse an dem F6000 Modul und der Multicolor-Lichtquelle.

Photonic entwickelt eine neuartige Multicolor-Lichtquelle für die Mikroskopie und Endoskopie, die Anwendern geringere Kosten und eine höhere Lebensdauer verspricht. Bei Fluoreszenzanwendungen liefert sie auch mehr Energie im gewünschten Anregungsspektrum.

Um in immer kleinere Welten vordringen zu können, benötigt die Medizin immer effizientere Werkzeuge. Gerade in der Früherkennung und Behandlung von Tumoren spielen daher die medizinische und labordiagnostische Fluoreszenzbildgebung eine zunehmende Rolle. Denn trotz unterschiedlichster bildgebender Diagnoseverfahren wie Ultraschall oder Kernspin ist jeder Chirurg letztlich auf sein geschultes Auge angewiesen, wenn er z.B. einen Krebsherd entfernen muss. Die Trennlinie zwischen Tumor und gesundem Gewebe zu finden ist schwierig. Hier leistet die Fluoreszenzmikroskopie und –endoskopie eine große Hilfestellung.

Von besonderer Wichtigkeit ist dabei eine leistungsstarke Lichtquelle. Der Trend geht deshalb in Richtung LED-Lösungen, die einen deutlich günstigeren Betrieb ermöglichen. Sie haben einen geringeren Strombedarf und im Vergleich zu Xenonlampen, die man nach rund 1000 Stunden erneuern muss, eine weit höhere Lebensdauer. Photonic arbeitet auf diesem Gebiet derzeit an einer völlig neuen Lösung: einer Multicolor-Lichtquelle. Sie basiert auf der F6000-M, der derzeit hellsten Endoskopielichtquelle am Markt, und erweitert das Spektrum über den sichtbaren Bereich (VIS) in Richtung NIR und UV. Dazu werden mehrere LEDs optisch gemischt und wieder gemeinsam in einen Lichtleiter gekoppelt.

„Zum Einsatz kommen High-Power-LEDs, die teilweise noch nicht am freien Markt erhältlich sind und speziell für unsere Anforderungen entwickelt wurden“, betont Photonic Produktmanager Christoph Csekö. Das für die Strahlmischung benötigte Optikdesign steuert WILD bei. „Sollte kundenseitig oder applikationsbedingt ein Laser anstelle der LED gefragt sein, können wir natürlich auch eine Lösung anbieten.“

Es gibt am Markt bereits Multicolor-Lichtquellen, die jedoch mit teuren Xenonlampen oder mit mehreren farbigen LEDs ausgestattet sind. Sie haben den Nachteil, dass im Spektrum zwischen diesen LEDs Lücken entstehen. Photonic hingegen bietet mit seiner Neuentwicklung eine Lösung mit durchgängig weißem Spektrum und zusätzlichen Fluoreszenzbereichen im UV und NIR an. Die Vorteile gegenüber einzelnen farbigen LEDs sind das kontinuierliche VISible Spectrum (VIS) und die Erweiterungen außerhalb von VIS, was einen universelleren Einsatz des Moduls ermöglicht. Gegenüber Xenon-Lichtquellen hat man einen deutlichen ökonomischen (kein Leuchtmittelwechsel) und ökologischen Vorteil (keine Entsorgung der Leuchtmittel).

Die Multicolor-Lichtquelle wird vorrangig nach spezifischer Kundenanforderung entwickelt und als Modul in Mikroskope oder Endoskope verbaut.

Photonic erweitert die „ATO–Light for Life“-Untersuchungsleuchten um den Aspekt der Phototherapie und schafft so ein 2in1-Kombigerät zur Diagnostik und Behandlung von Neugeborenen-Gelbsucht. Das minimiert Stress für Babys und Ärzte.

Diagnostizieren und sofort behandeln. Die Theranostik gilt als vielversprechender Trend in der Medizin, denn sie verbindet Diagnose und Therapie zu einem zusammenhängenden Prozess. Welche Vorteile das bringt, zeigt Photonic am Beispiel der 2in1-Kombileuchte. Sie wird künftig einen nahtlosen Übergang von der Untersuchung zur Phototherapie bei Neugeborenengelbsucht ermöglichen. Das erzeugt weniger Stress für die Babys, optimiert den Workflow beim Personal und spart Kosten. „Wenn die Diagnose nach der ersten Sichtkontrolle klar ist, kann sofort mit der Behandlung begonnen werden. Denn die 2in1-Kombileuchte mit 50.000 Lux ist auch mit blauen LEDs mit einer dominanten Wellenlänge von 458 nm ausgestattet“, so Joachim Enengl, Photonic Business Developer.

Neue Anwendungsgebiete

Die Behandlung der Neugeborenengelbsucht ist das erste Anwendungsgebiet, welches sich Photonic mit der innovativen Kombileuchte, die sich derzeit im Prototypenstadium befindet, erschließen will. „Durch die Modularisierung der Untersuchungsleuchte und den Einsatz von weiteren Wellenlängen können wir das Einsatzgebiet rasch auf zusätzliche Anwendungen erweitern. Beispielsweise auf die Photodynamische Diagnose und Therapie von Hautkrebs, die Wundheilung sowie die Sterilisation von Keimen“, erklärt Enengl. Zugute kommt Photonic dabei ihr breites Spektrum an Know-how in der technischen Produktentwicklung, vor allem in Bezug auf die regulatorischen Anforderungen. „Aber auch medizinisches Fachwissen ist notwendig, um ein Höchstmaß an Sicherheit und Wirksamkeit bei therapeutischen Anwendungen von Licht zu garantieren“, so Enengl.