Optoakustisches Messsystem zur Atemgasdiagnostik

Tandem Projekt 5 - Atemgasdiagnostik

Was will das Projekt?
Im Projekt soll die optoakustische Spektroskopie (OAS) als empfindliche Messmethode optimiert werden, um leichtflüchtige Stoffe (VOCs) in einem Gasvolumen (z.B. einer Atemprobe) zu detektieren. Die OAS hat sich bereits für eine Reihe von Anwendungen fest etabliert. Die Herausforderung bei der Atemanalyse liegt in der geringen Konzentration der meisten VOCs und der Notwendigkeit der Trennung verschiedener Stoffe. Bei der optoakustischen Messtechnik wird Molekülen in einem Gas mittels Lichtabsorption periodisch Energie zugeführt. Der resultierende ständige Wechsel zwischen Erhitzung und Abkühlung führt zu einer abwechselnden Wärmeexpansion und -kontraktion. Bei geeignet gewählten Parametern entsteht so eine periodische Schallwelle. Ziel des Projektes ist zum einen die Erhöhung der Sensitivität der Messtechnik durch eine Weiterentwicklung der Messzelle (akustischer Resonator). Zum anderen soll eine abstimmbare Lichtquelle (optisch-parametrischer Oszillator) im Wellenlängenbereich > 8µm aufgebaut werden, die die selektive Anregung verschiedener VOCs ermöglich.

Wem nützt das Projekt?
Atemwegserkrankungen stellen eine immense Gesundheitsbedrohung dar und gehören zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Eine frühzeitige, nicht-invasive Diagnose dieser Erkrankungen steigert den Therapieerfolg erheblich. Die Analyse von leichtflüchtigen Stoffen im Atem zur Diagnose wird bei einigen Krankheiten bereits seit langer Zeit eingesetzt und ist Gegenstand aktueller Forschung (z.B. Lungenkrebs, Tuberkulose). Darüber hinaus finden hochsensitive Gasdetektoren auch in der Industrie viele Anwendungen, z.B. bei der Lecksuche bei Industriegasen, als Gaswarngeräte und in der Prozessüberwachung.

Welcher Unternehmenspartner ist dabei?
HLS Hypertech Laser Systems GmbH, Lübeck
Ansprechpartner: Dr. rer. nat. Fedor Mayorov

Welche besonderen Verfahren oder Geräte werden genutzt oder stehen zur Verfügung?
Ein portables Gasmesssystem der Firma HLS dient der schnellen und sicheren Detektion des Schutzgases Schwefelhexafluorid (SF6). Es ist Ausgangspunkt für die Weiterentwicklung der Messmethodik (optoakustische Spektroskopie) für den Einsatz in der Atemdiagnostik.

Die Realisierung der abstimmbaren Lichtquelle im Infraroten >8µm soll ein sogenannter optisch parametrischer Oszillators (OPO) realisiert werden. Zur Anregung des Oszillators wurde ein Femtosekundenlaser beschafft, der zur Abstimmung notwendige Oszillator selbst wird im Projekt realisiert.

Institution: Universität zu Lübeck, Institut für Biomedizinische Optik (BMO)
Projektleiter: Dr. rer. nat. Ralf Brinkmann
Doktorand: Cemil Akbulut und Andrey Boyko