Eckdaten

Bei der Atmungsanalyse oder Kapnometrie wird der Kohlendioxidgehalt (CO2) in der ausgeatmeten Luft gemessen. Dem britischen Start-up-Unternehmen GSS ist es gelungen, LED-basierende CO2-Sensoren zu entwickeln, die 10 bis 100 Mal weniger Energie verbrauchen als alternative Produkte.

Viele CO2-Sensoren beruhen auf nichtdispersiver Infrarottechnologie (NDIR). Bei dieser Technologie wird Infrarotstrahlung durch eine Atemprobe geleitet. Die CO2-Moleküle absorbieren die Infrarotstrahlung im mittleren Bereich bei Wellenlängen von 4,2 bis 4,4 Mikrometer. Je mehr dieser Wellenlängen absorbiert werden, desto höher ist der CO2-Gehalt. Ursprünglich wurde diese Methode 1864 von John Tyndall entdeckt.

Bild 1: Absorption von Gasen im Infrarotlicht, einschließlich Absorptionswellenlänge von CO2.

Bild 1: Absorption von Gasen im Infrarotlicht, einschließlich Absorptionswellenlänge von CO2. GSS

Traditionell ist die Infrarotquelle ein Filament, ähnlich wie in einer altmodischen Glühlampe oder einem Mikroheizer. Diese Wärmequelle erzeugt IR-Licht einer weiten Bandbreite, das dann gefiltert werden muss, um nur Wellenlängen von 4,2 bis 4,4 Mikrometer durch die Probe zu senden. Bei dieser Methode wird sehr viel Energie verschwendet und bei einem integrierten Temperatursensor könnte übermäßige Wärme die Messwerte verfälschen. Darüber hinaus dauert es für gewöhnlich mehrere Minuten bis zu einer halben Stunde, bis sich die Strahlungsquelle ausreichend erhitzt hat, was wiederum Zeit und Energie kostet. Da LEDs wesentlich weniger Strom verbrauchen und sich sofort ein- und ausschalten lassen, wird zur Erzeugung des Infrarotlichts keine Energie verschwendet. Zudem lassen sich LEDs so einstellen, dass sie nur spezifische Wellenlängen liefern. Während es LEDs äußerst gut gelingt, Wellenlängen mit hoher Energie (im Blauspektrum) zu erzeugen, lässt ihre Leistung jedoch im nicht sichtbaren Infrarotbereich zu wünschen übrig. Das britische Start-up-Unternehmen Gas Sensing Solutions (GSS) wollte LEDs in CO2-Sensoren verwenden, fand aber keine kommerziellen Hersteller von Infrarot-LEDs für den mittleren Bereich. Zur Lösung des Problems beschloss das Unternehmen, eigene Infrarot-LEDs für den mittleren Bereich und dazu passende Fotodioden herzustellen, die genau auf die Wellenlängen von 4,2 bis 4,4 Mikrometer abgestimmt sind.

GSS investiert in eigene Epitaxie-Maschinen

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