Atemgas-Analyse durch Fluoreszenzlöschung

Direkte Sauerstoff-Messung über die Atemluft

Bei der Beatmung von Patienten oder der Behandlung von Notfallpatientinnen mit respiratorischen Problemen ist es wichtig, die Sauerstoffkonzentration im Blut zuverlässig zu bestimmen. Für eine grobe Abschätzung des arteriellen O₂-Partialdrucks (p_aO₂) kommt heute in der Regel die nicht-invasive Pulsoxymetrie zum Einsatz. Genauere p_aO₂-Werte lassen sich mithilfe der invasiven Blutgasanalyse ermitteln. Diese ist jedoch aufwendig und kann nicht kontinuierlich durchgeführt werden. Zudem ist die arterielle Punktion für Patientinnen und Patienten unangenehm und schmerzhaft.

Ein vielversprechendes Prinzip zur Messung der Blutsauerstoffkonzentration ist die Fluoreszenzlöschung (Quenching). Das Verfahren wird seit zwei Jahrzenten sehr erfolgreich zur Konzentrationsbestimmung von gelöstem Sauerstoff in Flüssigkeiten angewendet. Bei der Fluoreszenzlöschung wird eine fluoreszierende Schicht mit kurzwelligem Licht bestrahlt. Das emittierte Licht ist dabei immer langwelliger (energieärmer) als das anregende Licht. Beim Kontakt mit dem Zielgas wird die Fluoreszenz je nach Gaskonzentration abgeschwächt bzw. vollständig unterbunden.

Miniaturisierter, kostengünstiger Sensor zur Integration in Atemmaske oder Beatmungsschlauch

Fraunhofer IPM nutzt den Effekt der Fluoreszenzlöschung für einen nicht-invasiven miniaturisierten O₂-Sensor, der in die Atemmaske oder den Beatmungsschlauch integriert werden kann und eine Echtzeitüberwachung des Sauerstoffgehalts in der Atemluft ermöglichen soll. Die Sauerstoffkonzentration im Atemgas lässt Rückschlüsse auf die Sauerstoffsättigung im Blut zu. Dies verspricht einige Vorteile: Die direkte Messung ist deutlich empfindlicher als herkömmliche Methoden zur Bestimmung der Sauerstoffkonzentration im Blut. Der Sensor lässt sich vergleichsweise preisgünstig herstellen und die einfache Anwendung durch die Integration in das Beatmungssystem spart Zeit.

Im Fraunhofer-internen Projekt BREATH entwickelt Fraunhofer IPM ein kostengünstiges, fluoreszenzbasiertes Sensorsystem zur präzisen Bestimmung der O₂-Konzentration in der Atemluft, das den Stand der Technik bzgl. Genauigkeit und Kosteneffizienz übertrifft und bestehende Messsysteme ablösen kann.