Ein kostengünstiger, schneller CO2-Sensor für die Kapnometrie soll die Risiken in der Notfallmedizin beim Beatmen verringern.
Zur Erstversorgung eines Notfallpatienten gehört die künstliche Beatmung. Wenn der Notarzt eine Intubation durchführt, wird ein Kunststofftubus in die Luftröhre eingeführt, über den der Patient mit Sauerstoff versorgt wird. Es besteht jedoch die Gefahr, dass der Tubus fälschlicherweise in die Speiseröhre eingebracht wird oder dass er sich während der Beatmung verschiebt. Um die korrekte Lage des Tubus zu erkennen, ist seit Kurzem vorgeschrieben, ein Kapnometer, das die CO2-Konzentration der Ausatemluft des Patienten erfasst, zu verwenden. Kennt man diese, lässt sich eine Fehlintubation in die Speiseröhre erkennen.
rechts: Mit dem Sensor gemessene CO2-Konzentration während mehrerer Ein- und Ausatemzyklen einer Testperson (Quelle: Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Funktionsmaterialien)
Gegenstand des Projekts war es, einen äußerst kleinen und schnellen CO2-Sensor darzustellen, der im Gegensatz zu existierenden infrarotbasierten Nebenstromverfahren direkt im Vollstrom in den Tubus eingebaut werden kann. Der potentiometrische Sensor basiert auf dem ionenleitenden Werkstoff Nasicon und wird komplett in planarer Dickschichttechnik gefertigt. Der Sensor ist auf CO2 selektiv und reagiert auch nicht auf Änderungen im O2-Gehalt. Neben der reproduzierbaren Herstellung des Sensors lag ein Hauptaugenmerk des Projekts darin, den Sensor auch bei stark schwankenden Strömungsgeschwindigkeiten, wie sie beim Wechsel zwischen Ein- und Ausatmen auftreten, auf seiner Arbeits-temperatur zu halten. Dazu und um einen niedrigen Leistungsverbrauch und eine homogene Temperaturverteilung zu erreichen, wurden FEM-Simulationen eingesetzt. Der Sensor kann so kostengünstig gefertigt werden, dass er als Einwegsensor eingesetzt werden kann. Die Sensoren wurden abschließend auch von Probanden getestet. Die zeitliche Abhängigkeit der zu erwartenden CO2-Konzentrationen wurde korrekt wiedergegeben.
