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Mikrooptischer Sensor für Life-Science-Anwendungen

03.04.2003


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.

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»MORES

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


Andreas Albrecht | idw
Weitere Informationen:
http://www.cismst.de

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