Projekt »MINSK«

Miniaturisierter, transkutaner Photoakustik-Gassensor

© Fraunhofer IPM
Der Sensor hat einen Durchmesser von 18,5 mm. Mithilfe eines Pflasters kann er direkt auf der Haut befestigt werden.

Ziel des Projekts MINSK ist die Entwicklung eines innovativen, miniaturisierten CO2-Sensorsystems, das eine kontinuierliche transkutane Überwachung der CO2-Konzentration (tcpCO2) wartungsfrei über einen längeren Zeitraum erlaubt.

Im Projekt MINSK wird die starke Absorption elektromagnetischer Strahlung von CO2 bei 4,3 µm Wellenlänge genutzt. Beim photoakustischen Effekt wird die Lichtenergie durch die Infrarot-aktiven CO2-Gasmoleküle in Druckschwankungen umgewandelt. Für den erforderlichen Konzentrationsbereich von 5 bis 25% CO2 mit einer Auflösung von 0,1% wird ein Mikrosensor mit einem optischen Weg von wenigen Millimetern entwickelt. Zur Realisierung eines miniaturisierten photoakustischen Sensorsystems werden ein preisgünstiges MEMS-Mikrofon als Schallaufnehmer, ein MEMS-Infrarot-Emitter und eine hermetisch dichte Detektionskammer eingesetzt. In der Detektionskammer findet die Interaktion des CO2 mit dem Infrarotlicht statt, wodurch sich der Druck in der Kammer ändert. Diese Druckänderung wird über das Mikrofon ausgelesen und ist direkt proportional zur Gaskonzentration.

Hierzu entwickeln wir ein – mit einem Pflaster aufzuklebendes – gasdichtes, flach auftragendes, kuppelförmiges Gehäuse mit einem Durchmesser von ca. 18,5 mm. Zur Erzeugung einer lokalen Hyperämie stabilisiert ein Heizelement den Sensor thermisch auf 42° C. Durch die erhöhte Durchblutung des Gewebes, kann CO2 über die Haut und durch eine gasdurchlässige Membran in die Detektionszelle diffundieren. Somit kommt der tcpCO2-Wert dem arteriellen Wert sehr nahe. Der entwickelte Sensor wird über ein dünnes Kabel mit einem Auswertegerät verbunden, welches auch die Energieversorgung sichert.

Projektfinanzierung

Das Projekt MINSK wird im Rahmen des internen Fraunhofer vs. Corona-Programms der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert.

Projektlaufzeit

05/2020 bis 02/2021