Photoakustischer NO-Sensor für die Asthmadiagnostik (PHONOS)

Weltweit leiden bereits 10 Prozent der Kinder und Jugendlichen unter Asthma bronchiale. Asthma-Diagnostik für Kinder ist bisher außerordentlich schwierig, da die etablierten Verfahren wie der Lungenfunktionstest erst bei älteren Kindern und Jugendlichen angewandt werden kann. Um die Lebensqualität von asthmakranken Kindern zu verbessern, ist es deshalb dringend erforderlich, neue diagnostische Methoden für diese Altersgruppe zu entwickeln. Eine frühzeitige und exakte Asthmadiagnose würde es zudem ermöglichen, den täglichen Cortison-Bedarf erheblich zu senken (bis zu 36 Prozent). Dies würde nicht nur die Verträglichkeit für den Patienten außerordentlich erhöhen, sondern auch Therapiekosten entscheidend reduzieren.

Medizinische Forschung auf dem Gebiet der Stoffwechselprodukte (Metabolomics/Metabonomics) hat nachgewiesen, dass bestimmte Erkrankungen einen charakteristischen "molekularen Fingerabdruck" im Atem des Patienten hinterlassen. Aktuelle Forschungsergebnisse auf diesem Gebiet zeigen, dass Asthmatiker höhere Konzentrationen von Stickstoffmonoxid (NO) in ihrer Ausatemluft aufweisen als Gesunde. Eine empfindliche und selektive Detektion dieses Biomarkers in Atemproben ermöglicht daher eine besonders frühzeitige und altersunabhängige Diagnose von Asthma bronchiale. Darüber hinaus erlaubt es die NO-Detektion, zwischen Asthma bronchiale, cystischer Fibrose und einer einfachen Atemwegsinfektion zu unterscheiden.

Ziel dieses Forschungsvorhabens PHONOS ist es, einen photoakustischer Stickstoffmonoxid-Sensor für die Asthmadiagnostik zu entwickeln. Die Photoakustische Spektroskopie (PAS) ist ein modernes laserbasiertes Verfahren, das die Umwandlung absorbierter elektromagnetischer Strahlung in eine akustische Schallwelle nutzt. Dieses besonders einfache und offsetfreie Messverfahren ermöglicht durch die Ausnutzung akustischer Resonanzen außerordentlich hohe Nachweisempfindlichkeiten.

Als Strahlungsquelle für die PAS dient ein Quantenkaskadenlaser. Diese Halbleiterlaser der neuesten Generation sind bei Raumtemperatur betreibbar und emittieren einzel-modige Strahlung im mittleren Infraroten, die kontinuierlich spektral durchstimmbar ist.

Das BMBF fördert dieses Projekt im Rahmen seines FH3-Programms durch Drittmittel in Höhe von 260.000 Euro. Industrielle Partner beteiligen sich mit Zuschüssen in Höhe von 55.000 Euro.