Miniaturisierter transkutaner Sensor für die Überwachung der CO2-Blutgaswerte

Ein photoakustisches Sensorsystem zur CO2-Blutgasdetektion wird vorgestellt. Im Fokus der Entwicklung steht ein photoakustischer Sensor, der auf dem sogenannten Zwei-Kammer-Prinzip, d.h. einer Messzelle und einer Detektionskammer, basiert. Ziel ist die zuverlässige, kalibrierarme und kontinuierlichen Überwachung arterieller CO2-Werte, was z.B. für die Patientenversorgung auf Intensivstationen sehr wichtig ist. Es wurden unterschiedliche Messzellen-Dimensionierungen untersucht, um den Einfluss auf das Sensorverhalten zu ermitteln. Für die Anregung des Zielgases wird eine Infrarot-LED mit einer Emissionspeak-Wellenlänge von 4,3 μm verwendet. Ein MEMS-Mikrofon und das CO2 werden in die Detektionskammer hermetisch eingekapselt, in der sich ein photoakustisches Signal detektieren lässt. Es wurden CO2-Gasmessungen im Labor mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern einer zylindrischen Messzellengeometrie durchgeführt. Mit trockenem Stickstoff als Trägergas konnte eine Detektionsgrenze von 1 vol.-% CO2 nachgewiesen werden.

A photoacoustic sensor system for CO2 blood gas detection is presented. The development focuses on a photoacoustic sensor based on the so-called two-chamber principle, i.e., a measuring cell and a detection chamber. The aim is the reliable, low-calibration and continuous monitoring of arterial CO2 values, which is very important e.g., for intensive care unit patient monitoring. Different dimensional variations of the cylindrical measurement cell were examined for a deeper comprehension of the design influences on the sensor response. An infrared LED with an emission peak wavelength at 4.3 μm was used as a light source. A MEMS microphone and the target gas (CO2) were hermetically sealed into the detection chamber for a selective target gas detection, in which the photoacoustic signal is generated and transmitted to an electrical signal. The developed sensor variations were validated through CO2 laboratory measurements. The detection limits achieved are 1 vol.-% CO2 in dry nitrogen as the carrier gas.