In meinem Promotionsvorhaben soll ein Sensorsystem, basierend auf dem Messprinzip der photoakustischen Spektroskopie (PAS), entwickeltwerden. Mit Hilfe des Messsystems sollen menschliche Ausatemproben untersucht und klinisch relevante Biomarker quantifiziert werden. Übergeordnetes Ziel dieser noch jungen und innovativen Technik ist es, ein Diagnosetool für Stoffwechselerkrankungen zu schaffen, welches bestimmte Analyte, sog. Biomarker, in der menschlichen Ausatemluft detektieren kann. Hierzu soll zunächst ein Messaufbau zur Aceton-Detektion bestehend aus UV-LED, photoakustischer Messzelle, akustischem Detektor sowie zugehöriger Elektronik wie Temperaturregelkreisund TpH-Sensorik (Temperatur, Druck, Feuchte) in einen ersten Demonstrator integriert werden. Weitere Schwerpunkte werden dabei die Realisierung der Konzepte zu Probenentnahme, Probenvorbereitung und Integration der Elektronik (Laserdiodentreiber, TEC-Treiber,Lock-In-Verstärker, Spannungsversorgung etc.) darstellen. Anschließend wird mit Interbandkaskaden-Lasern (ICL) und Quantenkaskaden-Lasern (QCL) die sog. Multigasanalyse, also die Detektion mehrerer Analyte, mittels Spektrenrekonstruktion angestrebt. Dabeidienen photoakustisch aufgenommene Einzel- bzw. Summenspektren neben bisherigen Erkenntnissen zu Umwelteinflüssen sowie Querempfindlichkeitsuntersuchungen mitunter als Datengrundlage für einen KI-Algorithmus, der das Spektrum unbekannter Atemgasmatrizen anhandnur weniger Messpunkte rekonstruieren und daraus eine Quantifizierung relevanter Biomarker vornehmen soll. Abschließend sollen beide Messsysteme kombiniert werden, um durch redundante Konzentrationsbestimmung von Aceton präzisere und gegenüber Querempfindlichkeitenresistentere Ergebnisse zu erzielen. Außerdem soll die Fusion beider Messsysteme zukünftig die Quantifizierung weiterer klinisch relevanter Biomarker ermöglichen.
Entwicklung eines Sensorsystems zur Analyse von Atemgas mittels photoakustischer Spektroskopie
MITGLIED IM KOLLEG
seit
Prof. Dr. Rudolf Bierl
Betreute Projekte:
- Entwicklung eines photoakustischen Spurengassensors zur Detektion von Pentan während des Aufschäumprozesses von Styropor
- Exploring the power of AI in spectral analysis particularly leveraging simulation via transfer learning
- Safety Systems for UAVs
- Mikro Trinkwasser Analyse Sensor
- Entwicklung eines Sensorsystems zur Analyse von Atemgas mittels photoakustischer Spektroskopie
Prof. Dr. Frank-Michael Matysik
Forschungsschwerpunkte:
- In strumentelle Analytische Chemie
- Massenspektrometrie
- Elektrochemie
Betreute Projekte:
- 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
Pangerl J., Müller M., Rück Th., Weigl S. und R. Bierl (2022):
Characterizing a sensitive compact mid-infrared photoacoustic sensor for methane, ethane and acetylenedetection considering changing ambient parameters and bulk composition (N2,O2 and H2O), In: Sensors and Actuators: B. Chemical, 352, 130962. doi.org/10.1016/j.snb.2021.130962.
