Atemluftmessung: Schnelle Hilfe für Diabetiker

Sensor aus der Flamme

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In der Ausatmungsluft eines Diabetikers ist fast doppelt so viel Azeton enthalten wie bei einem gesunden Menschen. Ein neuer Sensor kann dieses Molekül schon in kleinen Konzentrationen aufspüren. Dafür verantwortlich ist eine Schicht aus Wolframoxid-Silikon.

Auch bei gesunden Personen befindet sich Azeton in der Ausatmungsluft. Die Konzentration beträgt jedoch nur rund 900 ppb (Partikel pro Milliarde), bei Personen, die an Diabetes Typ 1 leiden, sind es jedoch fast doppelt so viele. Der an der ETH Zürich entwickelte Sensor kann selbst 20 ppb Aceton noch messen und arbeitet auch bei hoher Luftfeuchtigkeit von über 90 % – wie bei der Atemluft – präzise.

Den neun Sensor stellten Sotiris Pratsinis, Professor für Partikel-Technologie am Institut für Verfahrenstechnik, und seine Mitarbeiter vor. Die Wissenschaftler haben für den Sensor einen Träger mit Gold-Elektroden verwendet, und diesen mit einem hauchdünnen Halbleiter-Film aus einem Gemisch von Nano-partikeln beschichtet.
Diese Nanopartikel bestehen aus Wolframoxid, das mit Silikon versetzt wird und dadurch die Empfindlichkeit des Sensors verbessert. Diese Mixtur wird in einer über 2200 °C heißen Flamme erzeugt. Dabei steigen die Partikel in einer grüngelben Wolke auf und haften am Trägersubstrat, welches mit Wasser abgekühlt wird. Durch dieses rasche Erhitzen und Abkühlen entsteht eine glasartige Halbleiter-Schicht auf der Elektrode.
Mit hochauflösenden Elektronenmikroskopen beobachteten die Forscher, dass das aufgedampfte Material eine ungewöhnliche schwammartige Struktur aufweist. In diesen Poren verfangen sich die Azetonmoleküle und beginnen mit dem Wolframoxid zu reagieren. Ist in der Atemluft viel Azeton enthalten, sinkt der elektrische Widerstand des Materials. Zwischen den Elektroden fließt mehr Strom und erzeugt ein entsprechend starkes Signal.
ETH-Professor Sotiris Pratsinis hofft, dass er in Zukunft auch andere Krankheiten mit seinem neuen Sensor in der Atemluft nachweisen kann. Ein derartiger Sensor könnte auch in Notfallstationen von Spitälern gute Dienste leisten. Dort ließe sich unkompliziert feststellen, ob ein Patient eine diabetische Ketoazidose erlitten hat. Noch liegt der Sensor erst als Prototyp auf. Prof. Pratsinis sucht nun nach einem Partner aus der Medizin, um daraus ein alltagstaugliches Messgerät zu entwickeln. su
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