Atemgasanalyse ist ein junges und vielversprechendes Feld im Bereich der diagnostischen Medizin. Der Ansatz verspricht einfach zugängliche und leicht wiederholbare Probennahme die zum einen non-invasiv ist und zugleich Rückschlüsse auf Vorgänge im menschlichen Körper und bspw. dessen Gesundheitszustand zulässt. Seit Ende des 20. Jahrhunderts gibt es Massenspektrometer die es ermöglicht haben mehrere Tausend verschiedene Stoffe in der Ausatemluft nachzuweisen. Diese Technologien verbessern sich stetig und ermöglichen es die Vorgänge und Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung der Ausatemluft und systemischen Prozessen besser zu verstehen. Die bei Studien mit Massenspektrometern ermittelten Biomarker, deren qualitative und quantitative Detektion Gesundheitsdiagnosen ermöglichen, haben aber noch nicht den Weg in den klinischen Alltag gefunden. Das Problem sind meistens die hohen Anschaffungskosten, komplizierte Datenauswertung und zumeist geringe Verfügbarkeit und Immobilität dieser Messgeräte. Die photoakustische Spektroskopie ist eine selektive und hochsensitive Messmethode, die es ermöglichen soll den Biomarker „Aceton“, der grundsätzlich die Metabolisierung von Fetten widerspiegelt, schnell und reproduzierbar quantitativ zu detektieren. Dabei müssen Hindernisse wie Querempfindlichkeiten, ausgelöst durch die komplexe Zusammensetzung der Messmatrix Atemgas, bei gleichzeitig kleine Aceton Konzentrationen (200-800 parts-per-billion) überwunden werden. Verschiedene Wellenlängenbereiche mit unterschiedlichen Lichtquellen, akustisch resonante sowie innovative Messzellendesigns und anspruchsvolle Datenauswertung mittels komplexer Algorithmik sind nötig um das Ziel, die Entwicklung eines kompakten, günstigen und zuverlässigen Acetonsensors, zu erreichen.
Development of a sensor system for analysis of human breath exhale
MEMBER IN THE JOINT ACADEMIC PARTNERSHIP
from to
Prof. Dr. Frank-Michael Matysik
Forschungsschwerpunkte:
- In strumentelle Analytische Chemie
- Massenspektrometrie
- Elektrochemie
Projects:
- Entwicklung eines photoakustischen Spurengassensors zur Detektion von Pentan während des Aufschäumprozesses von Styropor
- Development of a sensor system for analysis of human breath exhale
- Mikro Trinkwasser Analyse Sensor
- Entwicklung eines Sensorsystems zur Analyse von Atemgas mittels photoakustischer Spektroskopie
Publikationen
Weigl S., Wittmann E., Rück Tt., Bierl R., Matysik, F.-M. (2021):
Effects of ambient parameters and cross-sensitivities from O2, CO2 and H2O on the photoacoustic detection of acetone in the UV region. In: Sensors and Actuators B: Chemical, 328:129001.
Weigl S., Feldmeier F., Bierl R. und F.-M. Matysik (2020):
Photoacoustic detection of ace-tone in N2 and synthetic air using a high power UV LED. In: Sensors Actuators B Chemical, 316, S. 128109. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400520304597.
Poster
Weigl, S., Wittmann, E., Matysik, F.-M. und R. Bierl:
Evaluation of acetone absorption bands for breath analysis in the UV and IR region with optical sensors.
Weigl, S., Matysik, F.-M. und R. Bierl:
Development of a sensor system for analysis of human breath exhale.
Stipendium
- Promotionsstipendiat der Hanns-Seidel-Stiftung
Preise und Auszeichnungen
- Preis "herausragende Promotion der Stiftung zur Förderung der OTH Regensburg“, 2021.