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Projekt
Multiband Millimeterwellen/Terahertz Atemgassensor basierend auf Molekülabsorptionsspektroskopie
Antragsteller
Professor Dr. Heinz-Wilhelm Hübers; Professor Dr. Andreas Rembert Koczulla; Dr. Klaus Schmalz
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Pneumologie,Thoraxchirurgie
Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
Pneumologie,Thoraxchirurgie
Förderung
Förderung von 2015 bis 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 272356870
Die Atemgasanalyse hat ein großes Potenzial in der klinischen Diagnose. Sie ist sicher und nicht invasiv und kann genutzt werden, um Krankheiten zu diagnostizieren sowie deren Verlauf und Therapie zu monitoren. Viele Erkrankungen sowohl der Lunge als auch anderer Organe führen zu charakteristischen Exhalatprofilen im Hinblick auf VOCs. Trotz dieses großen diagnostischen Potenzials wird die Atemgasanalyse nur selten und für sehr wenige Moleküle routinemäßig eingesetzt. Ursache dafür ist, dass Geräte, die mehrere Gase gleichzeitig und mit hoher Empfindlichkeit messen können, sehr groß, teuer und schwierig in der Handhabung sind. Der hier vorgeschlagene Gassensor hat das Potenzial, die Nachteile bisheriger Geräte zu überwinden. Das gemeinsame Ziel der Forschergruppen an der Humboldt-Universität Berlin (HUB), dem Leibniz-Institut für Innovative Mikroelektronik (IHP) und der Universität Marburg (UM) ist die Entwicklung eines neuartigen, hochempfindlichen und hochspezifischen Sensors für die Analyse von menschlichem Atemgas/Exhalat. Der Atemgassensor basiert auf Molekül-Absorptionsspektroskopie im Millimeterwellen (mmW) - und Terahertz (THz) - Frequenzbereich. Er ermöglicht es, gleichzeitig mehrere flüchtige organische Komponenten (VOC, engl.: volatile organic compounds) in der ausgeatmeten menschlichen Luft nachzuweisen. Der Atemgassensor besteht aus einem mmW/THz Transmitter (TX) und einem Empfänger (TX). In einem Vorgängerprojekt wurde die prinzipielle Machbarkeit dieses Ansatzes gezeigt und zahlreiche Atemgase in einem Frequenzband um 240 GHz gemessen. In diesem Projekt sollen die Empfindlichkeit, die Spezifität und die Selektivität des Sensors signifikant verbessert werden. Dazu werden neue TX und RX mit höherer Ausgangsleistung sowie besserer Empfindlichkeit und Linearität entwickelt. Der Frequenzbereich des Atemgassensors wird um zwei Frequenzbänder um 480 GHz und 720 GHz erweitert. Dies ermöglicht die Detektion weiterer Gase mit höherer Empfindlichkeit. Des Weiteren wird ein neuer multispektraler Spektroskopieansatz, der auf der Erzeugung von Harmonischen basiert, erforscht. Da die mmW/THz Spektren einiger relevanter VOCs nicht bekannt sind, sollen sie mit einem Laborspektrometer gemessen werden. Basierend auf diesen Entwicklungen wird ein neuer, transportabler mmW/THz Atemgassensor entwickelt. Dieser wird an der Universität Marburg mittels Atemgasproben von Patienten mit Lungenerkrankungen erprobt. Abschließend wird die Leistungsfähigkeit des Atemgassensors für den klinischen Einsatz bewertet. Durch diese interdisziplinäre Kooperation wird ein wichtiger Beitrag dazu geleistet, das Potenzial der Atemgasanalyse in der medizinischen Diagnostik weiter zu erschließen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
