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Karl Stock hilft Ideen auf die Sprünge

Karl Stock nimmt Ideen die Blässe des Abstrakten, treibt sie durch das Nadelöhr des technisch Gewollten und Machbaren. Der 44-Jährige ist sozusagen das personifizierte Ingenieurbüro des Ulmer An-Instituts für optische Technologien (Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik) ILM. Anders als das bei universitären Instituten der Fall ist, endet die Arbeit nicht mit einem „Paper“. Für Entwicklungs-Chef Karl Stock beginnt hier erst die Arbeit, was bis zum Funktionsmuster oder Prototypen reichen kann.

ILM-Entwicklungsdirektor Karl Stock © Pytlik

Wenn der Doktor der Humanbiologie und studierte FH-Ingenieur von seiner Arbeit sagt, ihr fehlen die Schwerpunkte, ist das einerseits bescheidene Untertreibung, andererseits liegt das an der „Scharnier“-Position, die der Württemberger seit 2008 als stellvertretender Institutsdirektor bekleidet. Bei ihm laufen Vorhaben zusammen, die nahe an der Anwendung sind und mit den Auftraggebern aus der Wirtschaft unterschiedlich weit entwickelt werden. Das können Projekte aus der Mikroskopie, der Messtechnik, der medizinischen Laseranwendung oder dem Optikdesign sein.

In den Gruppen Applikationsforschung und Geräte- und Komponentenentwicklung, die am ILM den Bereich der Entwicklung ausmachen, ist die ingenieurwissenschaftliche Expertise gebündelt. Dort sind auch mechanische und elektronische Werkstatt angesiedelt.
In der Applikationsforschung wird das Anforderungsprofil therapeutischer und diagnostischer Verfahren in meist physikalischen Versuchsreihen erarbeitet. Hier werden Gewebewirkungen gemessen und simuliert, Feedback-Systeme entwickelt oder Verfahren zur Therapiekontrolle erarbeitet. Daraus entstehen Entwürfe, Konstrukte und Umsetzungen optischer, lasertechnischer Geräte oder Komponenten und Applikatoren; dort lässt Karl Stock das Optikdesign umsetzen oder Lichtleiter modifizieren. Denn als Entwicklungschef und als Lehrbeauftragter an der Hochschule Ulm für den Masterstudiengang Medizintechnik muss Stock immer mehr delegieren.

Ans Ziel auf Umwegen und mit exzellenter Promotion

Der chromatisch codierten Abstandsmessung, einer speziellen 3D-Messtechnik, traut Karl Stock noch viel zu, gerade bei stark streuenden oder halbtransparenten Objekten. © ILM

Dass Stock am ILM landete und seiner Ellwanger Heimat nahe blieb, verdankte er einem Zufall. Denn Absolventen für Feinwerktechnik (heute Mechatronik) der FH Aalen zieht es eher in die Industrie. Aber Stock fertigte seine Diplomarbeit bei Raimund Hibst am Ulmer ILM an. Da bereits zog ihn die medizinische Lasertechnik an. Damals wurde Karl Stock klar, dass er mehr an Forschung und Entwicklung als an reiner Ingenieurstätigkeit Gefallen fand. Doch zuerst arbeitete er am ILM auf einer Ingenieursstelle mit in Industrieprojekten und öffentlich geförderten Forschungsvorhaben, unterstützte die Entwicklung lasergestützter Therapieverfahren in Zahnheilkunde, Dermatologie, Mittelohrchirurgie und Ophtalmologie.

Dann musste sich der damals 30-jährige erneut entscheiden - das ILM verlassen oder eine feste Stelle antreten. Er folgte dem Rat seines Aalener Betreuers Prof. Herbert Schneckenburger und entschied sich für die Promotion. Diese schloss der FH-Absolvent nach einer Eignungsprüfung an der Medizinischen Fakultät der Ulmer Universität mit der bestmöglichen Bewertung ab.

Stock entwickelte in seiner Promotion einen mikroskopischen Aufbau zur tiefenaufgelösten Fluoreszenzmessung unter Totalreflexionsbedingungen. Mit diesem (übrigens an der Aalener Hochschule immer noch in Gebrauch befindlichen) Verfahren lassen sich Zellsubstrat-Kontakte in Nanometer-Auflösung untersuchen oder auch der Stofftransport durch die Zellmembran. Stock entwickelte diese Anwendung weiter, entwarf einen speziellen Beleuchtungs-Kondensor für das Mikroskop; einer kommerziellen Umsetzung allerdings fehlte zum Schluss das Glück.

Nach der grandiosen Promotion war Karl Stock am Ziel seiner Wünsche angelangt, er tauschte die Ingenieursstelle 2001 gegen eine Position als Wissenschaftler am ILM ein, wo er sieben Jahre später an der Seite von Institutsdirektor Prof. Raimund Hibst und Alwin Kienle die Geschicke des Ulmer An-Instituts mitbestimmt.

Weites Feld: Von den Grundlagen bis zur Produktentwicklung

Stocks Tätigkeitsfeld geht weit über die Wertschöpfungskette universitärer Institute hinaus, reicht von Grundlagen- und Applikationsforschung bis zur Produktentwicklung, hier vor allem Optikdesign. Sind die Anforderungen an ein bestimmtes optisches Gerät definiert, entsteht daraus ein Pflichtenheft, woraus ein Gerät entwickelt wird bis zum klinischen Test. Hier sind die Fähigkeiten des Mediators Karl Stock gefragt. Er muss die hauseigenen Ergebnisse mit den Vorstellungen des Anwenders, der Fertigung, dem Produktmanagement, dem vorgesehenen Preis und dem Marketing des Unternehmens zusammenführen. Zur harten Entwicklungsarbeit gesellt sich Management oder auch mal noch eine Patentrecherche.

„Wir versuchen diese unterschiedlichen Anforderungen unter einen Hut zu bringen, um daraus ein passendes Gerät oder Produkt zu entwickeln“, beschreibt Karl Stock diesen vielstufigen Prozess. Hier liegt seiner Einschätzung nach die Stärke seines Arbeitgebers: Viele Dienstleistungen kommen aus einer Hand und damit aus einem Guss, es gibt keine Interessenkonflikte, für Firmen betreibt das ILM ein großes Stück weit Projektmanagement, koordiniert, setzt Terminfristen, vereinbart OP-Termine mit Klinikern oder im eigenen Lasertherapiezentrum. Und noch eine Stärke zeichnet nach Stocks Worten das ILM aus: Dort sind ungewöhnliche Fragen gut aufgehoben, für die es originelle Lösungen oder Vorschläge gebe.

Probleme werden an der Wurzel gepackt

Oralchirurgisches Handstück. © ILM

Am Beispiel eines Projektes, das seit 2007 läuft, lässt sich veranschaulichen, was Entwicklung am ILM bedeutet. Das ILM, das im Dentalbereich einen guten Ruf genießt und gute Kontakte besitzt, schlägt einer Firma, die ungenannt bleiben muss, einen verbesserten Diodenlaser für die Zahnheilkunde vor. Dieses marktgängige Gerät verwendet normalerweise für unterschiedliche Anwendungen denselben Lichtleiter. Die Ulmer schlagen deshalb einen Diodenlaser vor, der aus einem Lichtleiter mit Handstück besteht, das über auswechselbare Spitzen verfügt. Diese sind nicht nur Einwegartikel und sterilisierbar, sie lassen sich für die jeweilige Anwendung optimieren, im vorliegenden Fall zum Schneiden von Weichgewebe (oralchirurgisch) und zum Desinfizieren des Wurzelkanals (endodontisch).

Mit einer speziellen Faser (Mitte) lassen sich Schnitte im Weichgewebe besser ausführen. © ILM

In einem ersten, grundlagenorientierten Schritt wird der Ablauf des Abtragsprozesses erklärt, um daraus eine Lösung für die oralchirurgische Anwendung des Diodenlasers zu entwickeln: Klar scheint, dass die Initialisierungsphase verkürzt, das Licht fokussiert und dessen Intensität erhöht werden muss, damit es am Ort des Eingriffs schneller heiß wird und schneller karbonisiert.

Beim anschließenden Optikdesign kommt dem ILM seine große Expertise bei der Lichtausbreitung in Lichtleitern zugute. Nachdem alle möglichen Geometrien, mit denen das Licht fokussiert werden soll, untersucht wurden und nachdem die Modellierung den Entwicklern eine Kugelform „nahe gelegt“ hat, wird in der mechanischen Werkstatt ein provisorisches Handstück konstruiert. Damit werden erste Schnittversuche an Fleisch aus dem Supermarkt durchgeführt, ehe die Applikationsforschung zum Zuge kommt, die der Kugelform den Todesstoß versetzt, dafür aber herausfindet, dass die Fokussierung durch den Lichtaustritt vorne zustande kommt. Weitere Versuche führen zur Lösung: einer konischen Spitze.

Quer durch die Kompetenzen

Neben Ingenieuren, Histologen und dem Feinmechaniker, der ein Handstück mit einem winzig kleinen Saphir kunstvoll konisch anschleift, wird in dieser Entwicklungsphase zahnärztlicher Sachverstand bemüht. Nachdem zusammen mit der Firma der passende Werkstofflieferant gefunden ist, wird ein ergonomisch und geometrisch optimiertes Handstück in der ILM-Werkstatt gefertigt, mit dem weitere histologische Schnitte an mittlerweile spezifischerem Gewebe durchgeführt werden.

Auch die akademische Dienstleistung gehört dazu

Gewebeschnitt mit Saphir. © ILM

Nach dem Nachweis, dass der Schnitt doppelt so schnell wie das Referenzsystem (Meilenstein) funktioniert, endet im vorliegenden Fallbeispiel der Auftrag des ILM. Das endgültige Design, das auch das ILM liefern könnte, übernimmt die Firma selbst. Das Vor-Produkt stellte der Auftraggeber auf einer großen Messe in einer Art Testlauf vor, das Material für das Poster lieferte das ILM, das auch grundlagenorientierte Erkenntnisse auf wissenschaftlichen Kongressen vorstellt, wie es beim zweiten Teilprojekt der Fall war. Dort hatten Biologen des ILM entdeckt, dass die Bakterien im Wurzelkanal von Wärme, nicht von Licht getötet werden. Diese Erkenntnisse hatten aufwändige Experimente an E.-coli-Bakterien ergeben.

Solche grundlagenorientierten, wissenschaftlichen Arbeiten lassen sich in öffentlich geförderten Kooperationsprojekten leichter durchführen, ermöglichen dem wissenschaftlichen Partner ILM bessere Planung und weniger Risiko als meilensteinbedingte reine Industrieprojekte. Karl Stock will deshalb noch mehr dieser öffentlich geförderten Entwicklungsprojekte an Land ziehen.

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