Optimierung der Nachweisempfindlichkeit eines photoakustischen Spektrometers zur nicht invasiven Glucose-Messung

Abstract

Laut der Internationalen Diabetes Federation (IDF) waren im Jahr 2021 rund 574 Millionen Menschen von Diabetes betroffen, davon 1,2 Millionen Kinder. Menschen mit Diabetes müssen regelmäßig ihren Blutzuckerspiegel messen, um rechtzeitig auf Schwankungen reagieren zu können. Um die Lebensqualität zu erhöhen, wird am Heinrich Blasius Institut ein nicht invasiver Sensor zur Glucosemessung in der oberen Hautschicht (der Epidermis) entwickelt. Dabei regt ein Laser die Glucosemoleküle so an, dass ein akustisches Signal entsteht. Dieses Verfahren wird photoakustische Spektroskopie (PAS) genannt. Aus dem Pegel des Signals kann die Glucosekonzentration abgeleitet werden. Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Steigerung der Sensitivität des Glucose-Sensors durch Optimierung des verwendeten Quantenkaskadenlasers, der MEMS-Mikrofone und digitaler Signalverarbeitungsverfahren.

According to the IDF, in 2021 there were around 574 million people affected by diabetes, including 1.2 million children. Diabetes patients have to measure their blood sugar level regularly in order to be able to react to fluctuations in time. In order to increase the quality of life, a non-invasive sensor to measure glucose in the upper layer of skin (the epidermis) is developed at the Heinrich Blasius Institute. In this process, a laser excites the glucose molecules in such a way that an acoustic signal is generated. This method is called photoacoustic spectroscopy (PAS). The glucose concentration can be derived from the level of the signal. The focus of this work is to increase the sensitivity of the glucose sensor, by optimizing the quantum cascade laser (QCL), MEMS microphones and digital signal processing methods used.