Sensor zur Echtzeitüberwachung des Sauerstoffgehalts der Atemluft mittels Fluoreszenzlöschung

Die Atemgasanalyse hat zum Ziel, über die Messung von Marker-Substanzen Rückschlüsse auf den klinischen Zustand eines Patienten zu ziehen. In diesem Artikel wird ein Sauerstoff-Sensor präsentiert, der mittels Fluoreszenzlöschung den Sauerstoffgehalt atemzugsaufgelöst in der ausgeatmeten Luft zuverlässig überwachen kann. Dafür wurden in einem ersten Schritt verschiedene Fluorophor-Varianten und -Komplexe mit einem Spektrofluorometer untersucht und anschließend mit einem Laboraufbau evaluiert. Dazu gehörten eine Pyren-Variante und ein Ruthenium(II)-Komplex. Als aussichtsreichster Kandidat erwies sich bei den Messungen das Fluorophor Pyren. Deshalb wurde Pyren in eine Ethylcellulose-Matrix eingebettet und die Änderung des Fluoreszenz-Signals bei variierenden Sauerstoff-Konzentrationen gemessen. Weiterhin wurden die Pyren-Varianten DPB (1- decyl-4-(1-pyrenyl)butanoat) und PBA (1-Pyrenbuttersäure) untersucht. Pyren, eingebettet in eine Ethylcellulose-Matrix, zeigte die höchste Signaländerung bei Sauerstoffbeaufschlagung. Die Messungen zeigten außerdem, dass sich die Signaldrift durch abnehmende Pyren-Konzentrationen und niedrigen Ethylcellulose-Anteile deutlich reduziert. Gasmessungen im Labor über fünf Stunden mit dem entwickelten optischen Laboraufbau und verschiedenen Sauerstoff-Konzentrationsstufen ergaben, dass 0,5 vol.-% Sauerstoff zuverlässig aufgelöst werden können.