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Vom Baustein zur Otoplastik und zum Fluoreszenzsensor


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Das mikrooptische Modul MORES (Mikro-Optischer REmissions-Sensor) mit dem Strahler-Empfänger- Sensor hat das CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik und Photovoltaik GmbH in Erfurt als Baustein weiterentwickelt, verbunden mit der Integration der MORES-Sensorik auf einem LTCC-Keramikträger. Diese Lösung erlaubt neben einem höheren Miniaturisierungsgrad (3 x 5 Millimeter) gleichzeitig eine Funktionalitätserweiterung durch Kontakte auf der Rückseite. Dadurch erschließen sich neue Anwendungsfelder. Basierend auf dem Baustein wurden zwei konkrete Anwendungen umgesetzt.

Der Sensor kommt bei der Messung von Vitalparametern zum Einsatz, insbesondere als Innenohr- Sensor. Das Sensordesign ist angepasst und optimiert worden, so dass zwei Pulswellenkurven (Photoplethysmogramme) im Innenohr aufgenommen werden können. Mit dieser Technik kann ein Monitoring für Herz-Kreislauf-Risikopatienten rund um die Uhr eingerichtet werden. Erste Ergebnisse belegen, dass mit Hilfe von MORES-Sensoren die Herzfrequenz im Ohr überwacht werden kann. Die Messwerte sind mit denen klinisch eingesetzter Systeme (Medcare Embla N700, MCC Chip-Ox) vergleichbar.

Zur Erkennung pathologischer Zustände des Herz-Kreislauf-Systems im Innenohr wird der Sensor in eine individuell für den Patienten angepasste Otoplastik implementiert. Die auf der Basis der MORES-Technologie entwickelten mikro-optischen Remissionssensoren messen die Lichtabsorption in den Kapillaren des Gehörgangs. Aus den gemessenen Signalen können künftig neben der Herzfrequenz auch der Sauerstoffgehalt des Blutes (SpO2), die Atemfrequenz und weitere medizinische Werte bestimmt werden.

Eine zweite Anwendung liegt im Bereich der Fluroeszenzsensorik. Durch Erweiterung des MORES-Moduls mit Absorptionsfiltern auf den Detektorflächen ist es möglich, Sende- und Empfangskanal zu trennen. Dadurch erschließen sich vielfältige Anwendungen im Bereich der Fluoreszenzmesstechnik.

Viele Materialien haben unterschiedliche Eigenfluoreszenzen, wenn sie mit kurzwelligem Licht bestrahlt werden. Neben der Materialcharakteristik sind die Fluoreszenzen abhängig von Umgebungstemperatur und Atmosphäre. Diese Effekte eröffnen ein breites Anwendungsfeld in Biochemie, Medizin, Mineralogie und Forensik.

Ein Fluoreszenzfarbstoff übernimmt die Funktion des Erkennungssystems, das die Messung und ein photometrisch auswertbares Signal umsetzt. Die Strahler-Empfänger-Einheit übernimmt die optische Anregung des „Messvorgangs“ sowie die Funktion der Signalwandlung in ein elektrisches Signal.

Otoplastik
Die Otoplastik im Innenohr ist mit einem Sensor bestückt, der ein Monitoring rund um die Uhr erlaubt.

Die erfolgreiche Realisierung des Messverfahrens mit Hilfe der MORES-Sensoren zeigt Ergebnisse der Zusammenarbeit mit dem Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik, Meinsberg, Ziegra-Knobelsdorf.