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Schnelle Atemanalyse spürt mehrere Moleküle gleichzeitig auf.

Die meisten Lasergeräte zur Erkennung von Molekülen in der Luft können nur jeweils eines auf einmal feststellen. Wissenschaftler haben ein kleines, einfaches System entwickelt, das schnell und mit hoher Genauigkeit mehrere Moleküle in ausgeatmeter Luft feststellen kann.
Schnelle Atemanalyse spürt mehrere Moleküle gleichzeitig auf.
Eine erhöhte Konzentration von Wasserstoffperoxid (H2O2) in der ausgeatmeten Luft gilt als zuverlässiger Indikator für Lungenerkrankungen wie Asthma und chronisch obstruktive Lungenerkrankungen. Es wird auch mit einer Belastung durch Luftschadstoffe wie Ozon (O3) in Verbindung gebracht. Genaue Messung und Beobachtung von Biomarkern in der ausgeatmeten Luft ist ein nicht-invasives Verfahren, um zuverlässige Informationen zu erhalten, die für die Diagnose und die Behandlung von Krankheitsprozessen genutzt werden können.

Infrarot-Laser (IR-Laser) – vor allem Dauerstrich-Quantenkaskadenlaser (continuous wave quantum cascade lasers, cw-QCL) – mit Spezialisierung auf spektroskopische Anwendung sind weit verbreitet zur Ermittlung der Inhaltstoffe von Proben für medizinische, militärische und ökologische Zwecke. Jedoch erzwingt die Spezialisierung eine Beschränkung auf einen kleinen Ausschnitt des Spektralbereichs, weshalb mehrere QCL benötigt werden, um mehrere Moleküle zu erfassen.

Die EU-Unterstützung des Projekts "Ultrasensitive quantum cascade laser spectroscopy for the heterodyne detection of exhaled biomarkers" (QCLASER NOSE) ermöglichte Wissenschaftlern, ein kleines Instrument von der Größe eines A4-Blattes zu entwickeln, das mehrere medizinisch relevante Moleküle erkennen kann.

Es besteht aus einem QCL-Chip in einem externen Resonator (external cavity, EC) mit hohem Abstimmbereich. Das Instrument verfügt über eine hohe Abstimmgeschwindigkeit, ein sehr gutes Auflösungsvermögen und setzt eine neue Technik ein, die Integrated-Cavity-Output-Spektroskopie (ICOS). Die Flexibilität der Konstruktion erleichtert die Nutzung des Instruments zusammen mit anderen QCL auf anderen Wellenlängen ohne Änderung der EC-Konfiguration. Wissenschaftler demonstrierten die Fähigkeit des Geräts, jegliche Absorption im mittleren IR-Wellenlängenbereich von 8 Mikrometern festzustellen, der für zahlreiche biologisch relevante Moleküle charakteristisch ist.

Der QCLASER-NOSE-Sensor konnte binnen weniger Sekunden eine Vielzahl von Gasen erfassen. Die ICOS macht ihn besonders nützlich zur Erfassung von Spurenkonzentrationen von Biomarkern in ausgeatmeter Luft. Eine schließlich erfolgende Kommerzialisierung des kleinen und einfach zu bedienenden Systems könnte bedeutende Auswirkungen auf die Krankheitsdiagnose und sogar auf die präventive Medizin haben.

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