Photoakustischer Nachweis flüchtiger organischer Komponenten für Anwendungen der Lungenkrebsdiagniostik

Medizinische Forschung auf dem Gebiet der Stoffwechselprodukte (Metabolomics/Metabonomics) hat nachgewiesen, dass bestimmte Erkrankungen einen charakteristischen „molekularen Fingerabdruck“ im Atem des Patienten hinterlassen. Das bedeutet, dass Kranke andere Konzentrationen bestimmter Stoffe ausatmen als Gesunde. Durch eine empfindliche und selektive Detektion dieser „Biomarker“ in Atemproben ließen sich diese gesundheitlichen Störungen diagnostizieren. Die meisten potentiellen Anwendungen solcher „Atemtests“ liegen im Bereich gastroenterologischer Erkrankungen (Magen-Darmtrakt betreffend).

Die Diagnose vieler weiterer Krankheiten über gastroenterologische Anwendungen hinaus befindet sich zurzeit in der medizinischen Forschung und Entwicklung. So kann die Blutzuckerspiegelkontrolle bei Diabetikern über den Azetongehalt der Atemluft erfolgen. Die Stickstoffmonoxid-Konzentration des Atems ermöglicht eine eindeutige Diagnose von Asthma Bronchiale. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass auch Lungenkrebs einen charakteristischen Fingerabdruck im Atem des Patienten hinterlässt. Die Biomarker sind in diesem Fall verschiedene flüchtige organische Komponenten, sogenannte VOCs (Volatile Organic Compounds). Bei diesen handelt es sich hauptsächlich um Alkane und Methylalkane.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, einen außerordentlich empfindlichen und selektiven Analysator für die relevanten VOCs zu entwickeln, der das Potential hat, die Grundlage für eine verbesserte Lungenkrebs-Diagnostik zu bilden. Hierfür soll die photoakustische Spektroskopie zum Einsatz kommen. Dieses Verfahren basiert auf der Absorption elektromagnetischer Strahlung und der Umwandlung der absorbierten Energie in eine Schallwelle. Als Strahlungsquelle dient ein auf nichtlinearen Effekten basierender optisch-parametrischer Oszillator (OPO). Der industrielle Kooperationspartner Linde AG stellt die Messgase zur Verfügung. Das Unternehmen Analog Devices unterstützt das Projekt durch die Bereitstellung hochempfindlicher digitaler MEMS-Mikrofone. Die nanoplus Nanosystems and Technologies GmbH entwickelte für das Projekt quinäre Halbleiterlaser mit einer Emissionswellenlänge von 3.3 µm. Das Forschungsprojekt wird am Heinrich-Blasius Institut für Physikalische Technologien durchgeführt.

 

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