Ein Sensor für verschiedene Flüssigkeiten

Er ist klein, kann aber ganz schön viel leisten. Gemeint ist ein Sensor, der an der Technischen Universität Wien von Dr. Georg Pfusterschmied entwickelt wurde. Eingesetzt werden kann er nicht nur in der Medizintechnik, sondern auch in der Automobilbranche oder der Weinherstellung.

Herr Dr. Pfusterschmied, wie wurde der Sensor konzipiert, damit er Viskosität messen kann?

Georg Pfusterschmied: Wir entwickeln Sensoren auf Basis sogenannter mikroelektromechanischer Systeme, kurz MEMS. Hierfür bedienen wir uns der Technologie aus der Mikroelektronik für die Chipherstellung. Dabei fertigen wir nicht nur elektrische Komponenten, sondern auch mechanische. Das Prinzip unseres Sensorsystems ist eine kleine mikroskopische Platte, die man elektrisch zum Schwingen anregen kann. Wenn die Platte schwingt, interagiert sie mit der sie umgebenden Flüssigkeit. Die Flüssigkeit dämpft dann das Schwingungsverhalten der Platte. Durch diese Veränderung kann man die Viskosität und Dichte berechnen.

Was ist der Unterschied zu bereits erhältlichen Sensoren?

Pfusterschmied: Der größte Unterschied ist wahrscheinlich das benötigte Probenvolumen. Normalerweise misst man Viskosität mit Rotationsviskosimetern. Diese haben Labormaßstab, sind also eher makroskopisch. Wir hingegen verwenden einen Mikrosensor, der so dick wie Alufolie ist und circa 1 mm x 2 mm groß ist. Darüber hinaus benötigen wir nur einen Tropfen einer Probe, um die Flüssigkeit in nur wenigen Sekunden vollständig zu charakterisieren. Das sind die größten Vorteile. Hinzu kommt, dass man den Sensor auch integrieren kann. Ein normales Laborgerät kann man hingegen nicht verbauen. Unseren Sensor könnte man zum Beispiel in Autos einbauen, um die Beschaffenheit des Motoröls zu prüfen. Der Sensor ist somit deutlich flexibler als herkömmliche Messgeräte.

Welche Einsatzmöglichkeiten sehen Sie für den Sensor in der Medizintechnik?

Pfusterschmied: Da wir nur sehr geringe Probenmengen benötigen, ist der Sensor für die Medizintechnik sehr interessant. Allerdings sind sehr viele Körperflüssigkeiten sogenannte nicht-newtonische Flüssigkeiten. Das heißt, die Viskosität ändert sich mit der Geschwindigkeit, mit der sich die Platte durch die Flüssigkeit bewegt. Wenn man etwa Honig nimmt, so kann man einen Löffel relativ leicht durch das Medium bewegen, wenn man ihn ganz langsam bewegt. Wenn man allerdings versucht, den Löffel schnell herauszuziehen, dann hebt man das ganze Glas mit an, weil der Widerstand sehr groß ist. Das ist die Herausforderung, wenn es um Körperflüssigkeiten geht. Beim Blut sind es die roten Blutkörperchen, die es zu einer nicht-newtonischen Flüssigkeit machen. Die roten Blutkörperchen haben viele Funktionen, zum Beispiel, um Sauerstoff zu transportieren. Messen kann man dies mit dem Hämatokritwert. Wir glauben, dass unser Sensor diesen Wert bestimmen kann. Das wäre zum Beispiel interessant, wenn man an Doping denkt. Den in vielen Sportarten gibt es eine Hämatokritwert-Obergrenze von ca. 50 Prozent. Getestet darauf wird, indem man eine Kanüle Blut entnimmt, diese im Labor mit Anti-Gerinnungsmittel versetzt, sie zentrifugiert und dann den Anteil an roten Blutkörperchen bestimmt. Wenn unser Sensor eingesetzt würde, wäre es eher wie beim Bestimmen des Blutzuckerwertes – ein Tropfen Blut wäre ausreichend, um einen Schnelltest zu machen. Wäre dieser auffällig, könnte man eine B-Probe im Labor durchführen.

Was für die Medizintechnik ebenfalls interessant ist: Die Produktionskosten des Sensors sind sehr gering, man kann ihn als Einmalprodukt verwenden. Er darf einfach mit dem Restmüll entsorgt werden, da er hauptsächlich aus Silizium und Aluminiumnitrit besteht.

Wann rechnen Sie mit der Marktreife des Sensors?

Pfusterschmied: Wir stehen noch am Anfang. Wir werden unser Konzept so breit wie möglich definieren, neben Öl und Blut untersuchen wir derzeit auch die Weinfermentation. Kooperationen mit Partnern sind aber erwünscht, um zum Beispiel den Einsatz in der Medizintechnik auszuloten und zu realisieren.