Spuren in der Atemluft verraten Krankheiten

Gestarteter BMBF-Verbund APOSEMA konzipiert Gassensor mit neuartigem Infrarotspektrometer für die Messung mehrerer Spurengase gleichzeitig mit hoher Nachweisempfindlichkeit in kurzer Zeit.

Prinzipbild zum Gassensor auf der Basis von integrierten Hohlwellenleitern Bild: Universität Ulm, Institut für Analytische- und Bioanalytische Chemie

17.12.14

BMBF-Verbundprojekt APOSEMA

Viele Krankheiten, wie Lungen- und Nierenkrankheiten, Diabetes u.a. machen sich in einem sehr frühen Stadium durch eine Veränderung der Atemluft bemerkbar. Genauer gesagt zeigen bestimmte gasförmige Substanzen in der ausgeatmeten Luft, dass sich bestimmte Krankheiten bilden. Die sog. Atemgasanalyse hat das Ziel diese für bestimmte Krankheiten charakteristischen Spuren zu finden und Änderungen ihrer Zusammensetzung zu analysieren.

Das Problem hierbei ist die geringe Konzentration der charakteristischen Gase, die die Gasanalytik vor große Herausforderungen stellt. Um die Spurengase in der Atemluft mit der notwendigen Selektivität und Empfindlichkeit nachweisen zu können, sind normalerweise ausgefeilte und teure Analysegeräte notwendig, was den breiten Einsatz z.B. in Arztpraxen verhindert.

Um das große Potenzial der Atemgasanalytik für die medizinische Diagnostik nutzen zu können, müssen neue Messmethoden entwickelt werden. Diese Messmethoden sollen schnell und zuverlässig unterschiedliche Spurengase nachweisen können und dabei mit einem möglichst geringen Probenvolumen auskommen.

Mit dem Ziel, eine innovative Lösung auf der Basis neuester Technologien zu erarbeiten, hat sich ein Konsortium aus deutschen und österreichischen Partnern zum Verbundprojekt „APOSEMA“ zusammengefunden. Zum Nachweis der Spurengase, die auf bestimmte Krankheiten hindeuten, soll im Rahmen des Projekts ein neuartiges Infrarotspektrometer konzipiert und aufgebaut werden, das mit einem minimalen Gasvolumen auskommt und verglichen mit anderen Verfahren in sehr kurzer Zeit mehrere Spurengase gleichzeitig mit hoher Nachweisempfindlichkeit detektieren kann.

Dazu wird die eigentliche Spektroskopie in einem hohlen Lichtwellenleiter durchgeführt. Das Licht eines sog. Interbandkaskadenlasers wird in den hohlen Lichtwellenleiter, in den das zu untersuchende Gasgemisch gepumpt wird, eingekoppelt und durchläuft die Gasatmosphäre. Die interessierenden Spurengase absorbieren Licht bestimmter, charakteristischer Wellenlängen und die damit verbundene Intensitätsabnahme des Lichts, das aus dem Lichtwellenleiter wieder ausgekoppelt wird, kann gemessen werden.

Die Wellenlänge des Lichts, das der Interbandkaskadenlaser abstrahlt, kann in einem weiten Bereich kontinuierlich abgestimmt werden, so dass auf diese Weise das für die gesuchten Spurengase charakteristische Absorptionsspektrum abgetastet werden kann. Die Absorptionsspektren sind wie ein spektroskopischer Fingerabdruck, mit dem das jeweilige Spurengas eindeutig identifiziert werden kann.

Sofern die Arbeiten erfolgreich verlaufen werden die Ergebnisse die Grundlage für eine neue Generation von optischen Analysegeräten für die Spurengasanalytik bilden. Die KMU-Partner des Konsortiums, sind in der Lage die Ergebnisse in die Entwicklung marktfähiger Produkte umzusetzen. Insbesondere der medizinischen Diagnostik werden dann völlig neue Verfahren zur Verfügung gestellt, die es erlauben, Krankheiten schnell und zuverlässig teilweise noch vor deren Ausbruch zu erkennen und so geeignete Therapiemaßnahmen bereits in diesem frühen Stadium einzuleiten. Damit kann unter Umständen der Ausbruch bestimmter Krankheiten sogar verhindert werden.

Der APOSEMA-Verbund ist Anfang Dezember 2014 im Rahmen der europäischen Förderinitiative „M-ERA.NET 2012“ gestartet und wird über drei Jahre vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 1,2 Millionen Euro gefördert. Projektpartner sind

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt APOSEMA (PDF)

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