Koreaanse onderzoekers hebben een compacte, energiezuinige, sensor ontwikkeld die aan de binnenkant van bijvoorbeeld een mondmasker bevestigd kan worden om de concentratie uitgeademde koolstofdioxide (CO2) nauwkeurig te kunnen monitoren. Het continu bewaken van de CO2-concentratie in uitgeademde lucht is een belangrijke indicator voor het vroegtijdig opsporen en diagnosticeren van aandoeningen van de luchtwegen en de bloedsomloop. Daarnaast kan het ook gebruikt worden voor het bewaken van de inspanning.
Bestaande niet-invasieve CO2-sensoren hebben een beperkt toepassingsbereik vanwege de grote omvang en het hoge energieverbruik. Optochemische CO2-sensoren die gebruik maken van fluorescerende moleculen kunnen worden verkleind en zijn licht van gewicht, maar door fotodegradatie van kleurstofmoleculen zijn ze moeilijk langdurig stabiel te gebruiken, waardoor ze minder goed geschikt om in te zetten als draagbare sensoren voor het monitoren van de gezondheid.
CO2-sensor voor diagnose
Het onderzoeksteam van professor Seunghyup Yoo van het Department of Electrical and Electronic Engineering ontwikkelde als oplossing nu dus een energiezuinige, lichte en draagbare CO2-sensor die in staat is de ademhaling in realtime stabiel te volgen. Volgens de onderzoekers zou deze innovatieve nieuwe draagbare sensor kunnen bijdragen aan het vroegtijdiger diagnosticeren van ziekten en aandoeningen zoals , zoals hypercapnie, chronische obstructieve longziekte en slaapapneu.
“De ontwikkelde sensor heeft uitstekende eigenschappen, zoals een laag energieverbruik, hoge stabiliteit en flexibiliteit. Er wordt met name verwacht dat deze sensor zal worden gebruikt om bijwerkingen te verbeteren die worden veroorzaakt door herademen in omgevingen waar stof wordt gegenereerd of waar maskers gedurende lange perioden worden gedragen, zoals tijdens seizoenswisselingen”, aldus professor Seunghyup Yoo, wiens onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Device.
Bovendien is de nieuwe sensor snel en in staat om met een hoge resolutie de ademhalingsfrequentie te controleren door in realtime onderscheid te maken tussen inademing en uitademing.
Optochemische CO2-sensoren
Optochemische CO2-sensoren maken gebruik van het feit dat de intensiteit van de fluorescentie die door fluorescerende moleculen wordt uitgezonden, afneemt wanneer de CO2-concentratie verandert. Het is belangrijk om veranderingen in het fluorescentielicht effectief te detecteren. Hiervoor ontwikkelde het onderzoeksteam een CO2-sensor die bestaat uit een LED met daaromheen een organische fotodiode. De innovatie van de sensor zit hem in het feit dat deze slechts een stroomverbruik van 171 microwatt heeft, tientallen keren lager is dan bestaande sensoren die meerdere milliwatts verbruiken.
Tijdens het onderzoek slaagde het team er ook in het probleem met van fotodegradatie van de fluorescerende moleculen die in CO2-sensoren gebruikt worden aan te pakken. Die fotodegradatie zorgt voor een toename van meetfouten naarmate de sensoren langere tijd gebruikt worden. Om dit probleem te tackelen, ontwikkelden de onderzoekers een optische ontwerpmethode waarmee het de fouten kunnen worden onderdrukt.
Zo kon een sensor ontwikkeld worden die fouten door fotodegradatie ondervangt. De nieuwe sensor kan daardoor tot negen uur aaneengesloten gebruikt worden. Ter vergelijk, bestaande sensoren gaven al na 20 minuten zoveel foutieve meetresultaten dat ze niet meer bruikbaar zijn. Daarbij komt dat de nieuwe sensor slechts 0,12 gram weegt,amper 0,7 millimeter dun en heel flexibel is.
Vorig jaar ontwikkelde een ander Koreaans onderzoeksteam een multi-sensortechnologie waarmee longziekten zoals COPD), longfibrose, astma en dergelijke gediagnosticeerd kunnen worden door het analyseren van de ademhaling.
