En laser udviklet i Birkerød er hemmeligheden bag en helt ny generation af videnskabelige instrumenter fra blandt andre mikroskopgiganten Leica Microsystems.
I sig selv er det en kendt sag, at man kan undersøge indholdet i en biologisk eller kemisk prøve med laserlys. Man tilsætter et sporstof til prøven og efterviser ved hjælp af laserlys, om pågældende sporstof har hæftet sig på bestemte molekyler i prøven – og hvis det har, kan man konkludere, at et specifikt stof er til stede i prøven.
Nu er næste generation af instrumenter fra førende producenter som Leica Microsystems imidlertid i stand til at lede efter et stort antal forskellige stoffer samtidig. Det er en stor fordel, når f.eks. man skal stille en medicinsk diagnose uden at vide, hvilken af mange tænkelige årsager der ligger bag en sygdom.
Ud over af læger, der skal stille en kompleks diagnose, er instrumenterne efterspurgt af forskere over hele verden. Det ligger i forskningens natur, at man ofte undersøger noget uden at kende svaret på forhånd.
Den nye type instrumenter er gjort mulige af nyudviklede lasere, der fremstilles hos NKT Photonics i Birkerød. Laserne kaldes SuperK, hvor K’et står for kontinuum. I modsætning til traditionelle lasere, der leverer lys med en bestemt bølgelængde, leverer en SuperK-laser lys med alle bølgelængder inden for et interval – det kaldes i fagsproget et kontinuum.
Beskæftiger 25 mennesker
Historien begyndte i 2003, da Leica spurgte, om den danske virksomhed kunne levere lasere med de ønskede egenskaber.
"NKT Photonics udspringer af forskning på DTU. Så vi ser DTU Fotonik som en naturlig partner."
Lasse Leick, projektleder, NKT Photonics
”Vi vurderede idéen som interessant, men også risikabel,” siger projektleder Lasse Leick, NKT Photonics.
I første omgang ansatte virksomheden kun en enkelt medarbejder til opgaven, men i 2005 blev aktiviteten udvidet, da NKT Photonics fik mulighed for at gå ind i et forskningsprojekt støttet af Højteknologifonden. Formålet med projektet, der også havde DTU Fotonik og Hvidovre Hospital som partnere, var at udvikle bedre laserbehandling af øjensygdommen grå stær.
”Det viste sig, at andre bølgelængder end dem, som vi interesserede os for, er bedre til behandling af grå stær. Men det gik op for os, at de lasere, som vi udviklede i projektet, til gengæld kunne dække det behov, som Leica havde,” siger Lasse Leick.
”I løbet af Højteknologifondprojektet blev vi sikre på, at der var et kommercielt perspektiv for os. I samarbejde med DTU Fotonik lykkedes det at udvikle og patentere den laserkilde, der kunne være motoren i teknologien. Med andre ord vidste vi nu, at vi selv var i stand til at fremstille en kritisk del af laseren. Kort sagt var Højteknologifond- projektet medvirkende til, at vi kom hurtigere på markedet med et bedre produkt.”
I starten af 2008 sendte Leica de første konfokale mikroskoper (se forklaring i boksen på næste side), som blandt andet indeholder den nye SuperK-kilde, på markedet. Siden er der kommet flere forbedrede versioner af SuperK-laserne. Det fortsatte arbejde med dem holder i dag 25 af de i alt ca. 100 medarbejdere hos NKT Photonics beskæftigede.
”SuperK-laserne er en af vores største vækstmotorer,” konstaterer Lasse Leick.
Med i europæisk kræftprojekt
Senere har NKT Photonics medvirket i yderligere et projekt, som er støttet af Højteknologifonden. Projektet, der netop er afsluttet i september 2012, har haft DTU Fotonik og Aarhus Universitet som de øvrige partnere. Her er det lykkedes at udvikle SuperK-lasere med længere bølgelængder end den første generation. Det åbner for en lang række nye anvendelser. Blandt andet kan de nye lasere bruges i instrumenter, der kan afsløre mængden af forskellige typer luftforurening i atmosfæren. De kan også bruges medicinsk til at analysere stoffer i patienternes udåndingsluft.
Gennem hele forløbet har DTU Fotonik været fast partner for virksomheden. ”NKT Photonics er en fusion af Crystal Fibre og Koheras, som var to NKTvirksomheder, der begge udsprang af forskning på DTU Fotonik, så det er måske ikke overraskende, at vi ser DTU Fotonik som en naturlig partner,” siger Lasse Leick.
Senest er NKT Photonics og DTU Fotonik sammen gået ind i et EU-projekt, som skal tage SuperK-princippet videre til endnu længere bølgelængder i det såkaldt midt-infrarøde område. Dette område kaldes også ’fingeraftryk- området’, fordi mange vigtige kemiske og biologiske molekyler har deres signatur her. Hvis det lykkes at udvikle SuperK-lasere med så lange bølgelængder, vil det i mange sammenhænge være muligt at droppe sporstofferne og se de stoffer, som man egentlig leder efter, direkte. Det vil blandt andet gøre det muligt at afsløre kræft tidligere end i dag.
En normal laser producerer lys med en fast bølgelængde. Når lyset har en helt bestemt bølgelængde, er det væsentligt lettere at konstruere en optisk fiber, der leder lyset med ekstremt lille tab.
I en del år har man udnyttet lasere med fast bølgelængde i avancerede biologiske mikroskoper – såkaldte konfokale mikroskoper. Metoden udnytter, at forskellige molekyler absorberer lys ved forskellige bølgelængder. Der findes flere sporstoffer, der absorberer lys ved bølgelængder, som det er muligt at konstruere en laser, der kan udsende. Har man for eksempel en celleprøve, kan man komme sporstof i den og belyse blandingen med sin laser. Dermed kan man se, hvor meget af det stof, som sporstoffet knytter sig til, der findes i prøven. Konfokale mikroskoper bruges i medicinalindustrien og på forskningslaboratorier verden over.
Nogle sporstoffer har imidlertid ingen laser, der matcher deres bølgelængde. Samtidig er der mange situationer i forskningen, hvor man gerne vil undersøge for flere sporstoffer på en gang. Derfor opstod tanken om at udvikle lasere, der ikke blot producerer lys med en fast bølgelængde. Og det blev til de såkaldte SuperK-lasere, hvor K står for kontinuum. Det henviser til, at inden for det interval af bølgelængder, som laseren er designet til at dække, rummer dens lys samtlige bølgelængder – eller i fagsproget et kontinuum.
Det er dog lettere sagt end gjort. For lys med forskellige bølgelængder udbreder sig normalt med forskellig hastighed i et givent medie. Derfor risikerer man at få et sammensurium af signaler med forskellig hastighed. I samarbejde med DTU Fotonik har NK T Photonics udviklet et system, hvor laserlys med høj intensitet sendes ind i en glasfiber, der er forsynet med en mikrostruktur, som gør, at lys med forskellige bølgelængder inden for det givne interval udbreder sig med samme hastighed. Kombinationen af høj intensitet og et lille område gør, at der dannes et kontinuum inde i fiberen.
Nævnt for en ordens skyld er det meste af lyset infrarødt lys. Altså lys, som ikke kan ses af det menneskelige øje. SuperK-kilderne spænder i dag hele vejen fra 400 til 2.400 nanometer (nm), hvor det synlige område kun dækker fra ca. 400 til 750 nm. De fleste kunder har dog brug for et mindre område og filtrerer lyset, før de bruger det. Eksempelvis bruger Leica kun intervallet fra 470 til 670 nm.
I fortsat samarbejde med DTU Fotonik arbejder NK T Photonics på at udvide SuperK-lasernes arbejdsområde yderligere.