Projekt »MINSK«

Im Projekt MINSK wurde ein innovatives, miniaturisiertes CO₂-Sensorsystem entwickelt mit dem Ziel, die CO₂-Konzentration (tcpCO₂) in Blut wartungsfrei über einen längeren Zeitraum kontinuierlich transkutan zu überwachen.

Zentraler Aspekt war dabei die Nutzung der starken Absorption elektromagnetischer Strahlung von CO₂ bei 4,3 µm Wellenlänge. 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% wurde ein Mikrosensor mit einem optischen Weg von wenigen Millimetern entwickelt. Zur Realisierung des miniaturisierten photoakustischen Sensorsystems wurde 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 haben wir ein – mit einem Pflaster aufzuklebendes – gasdichtes, flach auftragendes, kuppelförmiges Gehäuse mit einem Durchmesser von ca. 18,5 mm entwickelt. 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 Sensor, der mittlerweile als Prototyp vorliegt, wird über ein dünnes Kabel mit einem Auswertegerät verbunden, welches auch die Energieversorgung sichert.

Projektfinanzierung

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

Projektlaufzeit

05/2020 bis 02/2021