Wie funktioniert ein Excimer-Laser bei Augenlaser-Operationen?

Excimer-Laser senden Licht, d.h. Photonen, mit einer definierten Wellenlänge aus. Diese Photonen (Licht) können, da sie außerhalb der Wahrnehmungsgrenzen unseres Sehsystems liegen, wie beispielsweise auch die UV-Strahlung der Sonne, visuell nicht wahrgenommen werden. Diese "Excimer-Photonen" entstehen bei dem Zerfall angeregter Dimere (excited dimers=excimers). Die angeregten Dimere bestehen aus zwei identischen bzw. unterschiedlichen Atomen eines Edelgases-/Halogengemisches wie beispielsweise ArF*, ArAr*, KrF*, XeF* etc. und kommen nur in diesem angeregten Zustand, gekennzeichnet durch "*", vor. Entsprechend der Gaszusammensetzung entstehen nach elektronischer Anregung Excimere, die bei ihren Zerfall Photonen mit definierter Wellenlänge, d.h. definierter Energie, aussenden, beispielsweise NeF* 108nm, ArAr* 126 nm, XeF* 351 nm. Aufgrund ihrer hohen Energie (geringen Wellenlänge) sind diese Photonen in der Lage, chemische Bindungen, wie C-C- oder C-H-Bindungen zu spalten. Biologische Moleküle, wie sie beispielsweise auch in der Hornhaut des Auges vorkommen, bestehen vorwiegend aus C-C und C-H-Bindungen, die von den Photonen des Excimerlasers bei Augenlaser-Operationen wie LASIK, LASEK, PRK angegriffen werden, d.h. die organischen Bestandteile werden sozusagen verdampft und es findet ein Abtrag (Ablation) statt, welcher die Brechkraft der Hornhaut ändert. Wie gesagt senden Excimer-Laser nahezu nur Photonen mit einer bestimmten Wellenlänge aus, welche im kurzwelligen UV-Bereich liegt. Infrarote Strahlung (langwellige Strahlung), wie sie beispielsweise in der Mikrowelle auftritt und dort zur Erwärmung führt, wird nicht ausgesand. Man spricht deshalb auch vom Kaltlicht-Laser, da dieser bei der Zerstörung des Gewebes zu nahezu keiner Erwärmung führt und somit mit höchster Präzision arbeiten kann.

Anmerkung: UV-Strahlung kann prinzipiell das Gewebe schädigen, deutlich wird dies beispielsweise beim Sonnenbrand, und zu Veränderungen der Erbsubstanz (DNS) führen, was Krebs nach sich ziehen kann. Excimer-Laser arbeiten mit sehr energiereicher UV-Strahlung, prinzipiell besteht also die Möglichkeit einer derartigen Schädigung. Bisherige Literaturrecherchen lieferten keinen Hinweis auf diese Problematik.

Abb. Übersicht über Excimere, deren Photonen-Wellenlänge bei Rückkehr in den nicht angeregten Zustand, chemischen Bindungen und der zugehörigen Dissoziationsenergie.

Beispielsweise entsteht beim Zerfall eines Argon-Excimers (Ar* , besser geschrieben ArAr*) ein Photon mit der Wellenlänge von 126 nm. Dieses Photon ist in der Lage, chemische Bindungen bis ca. 9,6 eV zu spalten, so zum Beispiel eine C=O-Bindung. Ein Photon, was bei dem Zerfall eines XeBr* Excimers entsteht, kann diese Bindung nicht spalten, da es nicht die nötige Energie besitzt.