Interstitial laser coagulation in vitro with sol–gel applicators

In the past years new materials have been developed for innovative applications in the field of medical technology. The sol–gel-coated applicators were prepared from the silicate precursor tetraethylorthosilicate (TEOS) mixed with the solvent ethanol in acid to catalyze hydrolysis. The sol–gel layers were deposited on the fiber optic core, substituting the original fiber coating which had been removed. In these studies 2 m long optical fibers were used from laser components (core diameter 400 μm, HCS, low OH). Two types of applicators were produced with 2 and 3 cm long tips, respectively. The sol–gel coatings were prepared with factor R=20R=20, the R denoting the number of alcohol moles to the number of TEOS moles. All applicators are produced as eight-layer applicators, denoting that eight single layers of sol–gel material were placed successively onto the pre-cleaned bare fiber. Examinations were carried out to investigate the optical properties of the diffusely emitting applicators. A diode laser (λ=980 nm) in continuous as well as in pulsed mode was used for interstitial coagulation in vitro. Excellent results were obtained in view of the simple and low cost preparation procedure for the sol–gel-coated applicators. It was found that the size of coagulated tissue depends on the applicator length, exposure time and laser power.

ZusammenfassungIn den vergangenen Jahren sind neuartige Materialien für innovative Anwendungen im medizintechnischen Bereich entwickelt worden. Ausgehend von Tetraethylorthosilikat (TEOS) wurden Sol–Gel beschichtete Applikatoren hergestellt. Hierzu wurde das TEOS in Ethanol gelöst und die Hydrolyse säurekatalysiert initiiert. Die Originalbeschichtung der Faser wurde entfernt und auf dem Faserkern Sol–Gel-Schichten aufgetragen. Für die Untersuchungen wurden 2 m lange, vorkonfektionierte Fasern der Firma Laser Compoments verwendet (Kerndurchmesser 400 μm, HCS, geringer OH-Gehalt). Zwei unterschiedliche Typen von Applikatoren, mit 2 und 3 cm langen aktiven Faserspitzen, wurden hergestellt. Sol–Gel Beschichtungen mit Faktor R=20R=20 wurden verwendet, wobei R das molare Verhältnis von Alkohol zu TEOS repräsentiert. Es wurden Applikatoren mit insgesamt 8 Schichten hergestellt, d.h. es wurden sukzessiv 8 einzelne Schichten des Sol–Gels nacheinander auf die zuvor gereinigte Faseroberfläche aufgetragen. Die Untersuchungen wurden mit dem Ziel durchgeführt, die optischen Eigenschaften der diffus streuenden Applikatoren zu ermitteln. Ein Diodenlaser (λ=980 nm) mit kontinuierlicher sowie gepulster Abstrahlung wurde für die interstitielle Koagulation in vitro genutzt. Mit Blick auf die einfache und preiswerte Herstellung der Sol–Gel Applikatoren wurden mit diesen hervorragende Ergebnisse erzielt. Demnach korrespondiert das Ausmaß der Gewebekoagulation mit der aktiven Applikatorlänge, der Bestrahlungszeit und der applizierten Laserenergie.

SumarioEn los años pasados fueron se han desarrollado materiales nuevos para las aplicaciones innovativas en el sector médico-técnico. Basándose en tetraetilorosilicato, se produjeron aplicadores revestidos con sol–gel. Para esto fue disuelto el tetraetilorosilicato en etanol, y la hidrólisis se inició por medio de catalizador ácido. La capa original de la fibra se eliminó, y se aplicaron capas de sol–gel sobre el núcleo de la fibra. Para la investigación se usaron fibras ópticas de 2 metros de longitud producidas por “Láser Components” (diámetro del núcleo 400 μm, HCS, de bajo contenido OH). Dos diferentes tipos de aplicadores fueron producidos, cuyas puntas de fibras tenían 2 y 3 cm de largo. Nosotros usamos capas sol–gel con factor R=20R=20, representando “R” la relación molar de alcohol a tetraetilorosilicato. Se produjeron aplicadores con un total de ocho capas, es decir, ocho capas sol–gel individuales fueron colocadas sucesivamente sobre la superficie de la fibra que había sido limpiada antes. Se llevaron a cabo estas investigaciones para determinar las características ópticas de los aplicadores difusamente emitidos. Un láser de diodo (λ=980 nm) de emisión continua y pulsada fue usado para la coagulación in vitro intersticial. Con vista a la sencilla y barata producción de los aplicadores sol–gel, se obtuvieron resultados magníficos. Según eso, la extensión de la coagulación de tejidos corresponde con la longitud activa del aplicador, el tiempo de radiación y la energía láser aplicada.