Mikrooptischer Sensor für Life-Science-Anwendungen

Vitalparameter einfacher, sicherer und flexibler messen zu können, ist der Wunsch vieler Mediziner und auch Patienten. Winzige Sensoren und optische Technologien erschliessen im Verbund diese neuen Märkte.

Das mikrooptische Modul MORES 01-3 von CiS beinhaltet alle wesentlichen Funktionen für den flexiblen Einsatz als leistungsfähiger 3-Farben-Reflexions-/Remissionssensor.
Ein grundlegendes Problem der bekannten integrierten Reflexions- und Remissionssensoren ist das konstruktiv bedingte, unerwünschte optische Übersprechen zwischen Lichtquelle und Detektor und die daraus resultierenden negativen Auswirkungen auf Dynamikbereich und Nachweisempfindlichkeit.

Mit den MORES-Sensoren (MikroOptischer Remissions-Sensor) wurde ein neues technologisches Konzept unter Verwendung von fotosensitiven Gläsern entwickelt und erfolgreich umgesetzt. Dabei wird das üblicherweise verwendete Trägerglas durch ein speziell prozessiertes fotosensitives Glas wie z.B. FOTURAN® ersetzt.

Durch gezielte UV-Belichtung und nachfolgende Temperung werden im Glas mit mikrolithogra-fischer Genauigkeit örtlich definierte, keramisierte Volumengebiete erzeugt, die stark absorbierend sind und als optische Barrieren zwischen den LEDs und den pin-Dioden genutzt werden können.

Der Glas-Keramik-Träger hat 3 Funktionen:

– als Montageplatte mit chemisch resistenter und optisch glatter Berührungsfläche
– als rückseitige Anschluß- und Verdrahtungsebene für den Sensor
– zur Unterdrückung des parasitären Übersprechens vom Sender zum Empfänger durch hochwirksame optische Blenden.

Durch diese patentierte Technologie wird erreicht, daß das eigentliche Sensorchip direkt an den Glas-Keramik-Träger gelötet werden kann und eine kompakte, zuverlässige und handhabungssichere Sensorbaugruppe ergibt.

Anwendungsorientiertes Design

Die MORES-Technologie ermöglicht durch die Veränderung von LED-Bestückung, Trägerglasdicke oder Blendenlayout die kostengünstige und flexible Anpassung an unterschiedliche optische Meßprinzipien:
– Ein Meßobjekt reflektiert die Strahlung. Dabei entstehen optische Signale durch Verschiebung, Abstands- oder Winkeländerung
– An der Oberfläche einer aufgebrachten transparenten Indikatorschicht wird der Strahl reflektiert und muss die Indikatorschicht zweimal durchlaufen. Bei der Einwirkung eines Analyts auf die Indikatorschicht wird eine Absorptionsänderung messbar
– Die Änderung der Streuung oder Remission geschieht in einem auf dem MORES-Sensor aufliegenden Objekt. Diese Modulation wird auf den Strom der Detektordiode übertragen
– Die Änderung der Oberflächen-Reflexions-Interferenz in einer dünnen Schicht kann durch Änderung des optischen Weges bei Quellung verursacht werden, oder durch Brechzahländerung der Schicht auf Grund der Einwirkung eines Analyts
– Wenn der Brechungsindex Glas zur Umgebung durch einen Analyten verändert wird, so kann dies u.a. durch die Änderung der Totalreflexion gemessen werden.

Technische Daten des mikrooptischen Moduls MORES 01-3:

– Objektbeleuchtung durch 3 integrierte LEDs
– Wellenlängenbereich: 450 bis 890 nm
– Stereo-pin-Dioden-Empfänger mit einer Fläche von 2 x 7,8 mm²
– Spektrale Empfindlichkeit: 0,55 A/W bei 850 nm
– Integrierte Monitordiode für emittierte Strahlung
– Integrierter Chiptemperatursensor
– Optisches Übersprechen bei 640 nm: <10-3
– Sensorabmessungen: 8 x 8 x 1,5 mm³
– Anschluss über 12-poliges Folienkabel, Raster 0,5 mm
– 2 Sensoren können über das gleiche Folienkabel kaskadiert werden.

Anwendungen des mikrooptischen Moduls MORES 01-3:

– Fotoplethysmografie und Pulsoximetrie; dies ermöglicht eine frühzeitige und detaillierte Diagnose von Krankheiten des Herzens und Blutkreislaufes
– Vitalparameter-Monitoring für Homecare, Telemedizin und Sport
– Absorptions-, Adsorptions- und Farbreaktionsmessungen für Life Science und chemische Analytik
– Berührungslose Vibrations- und Schwingungsanalyse
– Farbmetrik.

Ausführliche Informationen:
Hannovermesse Industrie vom 7.-12. April 2003, Halle 6/A 38
bzw. Herr Dipl.-Ing. D. Römhild, droemhild@cismst.de