Onderzoekers van het Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM hebben een sensor ontwikkeld om het zuurstofgehalte in realtime af te leiden uit iemands adem. De sensor meet de zuurstofconcentratie in het ademgas met behulp van fluorescentie. Aan de hand daarvan wordt vervolgens de zuurstofsaturatie in het bloed bepaald. Een te laag of te hoog zuurstofgehalte in het bloed kan langdurige gezondheidsproblemen veroorzaken en uiteindelijk zelfs dodelijk zijn. Daarom wordt bij patiënten op IC- en trauma-afdelingen continu de zuurstofsaturatie gemeten. De pulsoxymeter die hiervoor vaak op de vinger van een patiënt wordt gezet, is echter niet altijd even betrouwbaar.
Als het lichaam gezond is, wordt het zuurstofgehalte in het bloed gereguleerd via de ademhaling. Als de zuurstofsaturatie van een patiënt te laag of te hoog is, betekent dat dat er iets mis is gegaan met de ademhaling. Bij patiënten die beademd worden, is het dus extra belangrijk om het zuurstofgehalte in het bloed op een betrouwbare manier te kunnen meten. Hoewel er al eerder onderzoek is gedaan naar alternatieve manieren om het zuurstofgehalte in het bloed te meten, is momenteel de enige officiële methode om een betrouwbare waarde te krijgen het uitvoeren van een bloedgasanalyse. Dit is een vervelende en soms zelfs pijnlijke procedure voor de patiënt.
Niet-invasieve sensor
Fraunhofer IPM in Freiburg heeft nu een niet-invasieve sensor ontwikkeld om op een pijnloze manier tot een nauwkeurige meting te komen. De sensor heeft een diameter van slechts 26 mm en kan via een T-stuk op een beademingsmasker of -slang worden bevestigd. De sensorkop met geïntegreerde optische componenten bestaat uit een led-lichtbron, een detector, twee saffierlenzen en een staal met de fluorofoorcoating, die het ziekenhuispersoneel regelmatig moet vervangen. Het staal moet net als verband steriel en gasdicht worden bewaard.
Fluorescerende coating
“Onze sensor meet het zuurstofgehalte in iemands adem. Hieruit kunnen we vervolgens de zuurstofconcentratie in het bloed afleiden”, vertelt Mahmoud El-Safoury, projectmanager bij Fraunhofer IPM. De O2-sensor werkt op basis van het quench-effect. Hierbij wordt een fluorescerende coating op een aluminium ondergrond blootgesteld aan kortegolflicht, waardoor de fluorescerende laag oplicht. Wanneer zuurstofmoleculen in aanraking komen met de coating, neemt het fluorescerende licht duidelijk af. Hoe zwakker het licht, hoe hoger de zuurstofconcentratie. “Onze meetmethode is zo snel en nauwkeurig, dat we zelfs het zuurstofgehalte in één uitademing kunnen meten”, vertelt El-Safoury.
Bij de ontwikkeling van de fluorofoorcoating hebben de onderzoekers van het Fraunhofer IPM verschillende fluorescerende chemische samenstellingen bestudeerd. Daarbij zochten ze naar een optimale combinatie van eigenschappen op het vlak van responstijd, signaalintensiteit en langdurige stabiliteit. Uiteindelijk kozen ze voor een type pyreen.
Om de coating te creëren, moest de fluorofoor worden ingebed in een geschikte matrix, wat een bijzonder complex proces is. “Quenching wordt al gebruikt om de concentratie te bepalen van in een vloeistof opgeloste zuurstof in sectoren zoals de levensmiddelensector en in water- en afvalwaterbehandelingsinstallaties. In de medische sector is de methode echter nieuw”, vertelt Dr. Benedikt Bierer van Fraunhofer IPM.
Continue meting
Bijkomend voordeel van de sensor is dat de zuurstofconcentratie de hele dag door continu kan worden gemeten. Bloed afnemen voor een bloedgasanalyse wordt maar één keer per dag gedaan, of bij patiënten op de IC soms meerdere keren per dag. Daardoor is er geen informatie over eventuele veranderingen in de toestand van de patiënt tussen deze metingen in.
De onderzoekers gaan nu na of de meting kan worden verstoord door kruisgevoeligheid voor andere gassen, bijvoorbeeld CO2. Ook wordt de invloed onderzocht van parameters zoals luchtvochtigheid en temperatuur, evenals de stabiliteit van het systeem op lange termijn en de verschillende steriele bewaaropties. “De sensor kan in de toekomst op tal van manieren worden gebruikt. Niet alleen in het ziekenhuis, maar ook daarbuiten. De sensor zou zelfs in de thuisomgeving kunnen worden gebruikt, bijvoorbeeld door patiënten met longziekten”, zegt El-Safoury.
