MESA+ University of Twente
Research Business & Innovation About MESA+ Education

Mesa+

In dit proefschrift is de ontwikkeling van een nieuw type CO2 sensor beschreven. De hoofdtoepassing van de sensor is het meten van de partiële CO2 druk in de maag om maagdarm-ischemie te diagnosticeren. Deze ontstaat wanneer de doorbloeding onvoldoende is om zuurstof te leveren aan de maag en darmen.

De sensor gebruikt een pH-gevoelige hydrogel als gevoelig materiaal en een micro druksensor als transducent. Een pH-gevoelige hydrogel zwelt en krimpt ten gevolge van pH veranderingen. In dit geval is de gel echter opgesloten tussen de druksensor en een poreus, silicium deksel. De deksel bevat een reservoir, dat volledig gevuld is met bicarbonaat elektrolyt en is afgedekt met een gasdoorlatend membraan. Het werkingsprincipe is als volgt: CO2 gas diffundeert door het membraan in de elektrolyt en start een reactie resulterende in een pH verlaging. Dientengevolge bouwt de opgesloten pH-gevoelige hydrogel een druk op die gemeten wordt met de druksensor. Het beschreven proces is volledig omkeerbaar.

De buitenafmetingen van de sensor zijn 2.92x0.95x0.70 mm3 en de hydrogel dikte is 5 μm. De beste eigenschappen van de sensor zijn het ontbreken van een referentie elektrode en het gebruik van een bestaande druksensor, dat gemakkelijke acceptatie waarborgt in de medische wereld.

De sensor reageert naar behoren op koolstofdioxide met een responstijd tussen de 2 en 4 minuten per CO2 stap, vrijwel zonder hysterese. Een maximum druk van 0.29x105 Pa wordt opgebouwd bij 20 kPa CO2. Met de sensor is het mogelijk stappen kleiner dan 0.5 kPa CO2 te detecteren (begrensd door de gebruikte meetopstelling). De sensor vertoont temperatuurgevoeligheid door de gebruikte constructie methode, terwijl de snelheid van de hydratatie van koolstof dioxide de responstijd beperkende factor is. Beide effecten kunnen overigens worden voorkomen respectievelijk verbeterd. De sensor voldoet aan vrijwel alle medische eisen.

Een grote verbetering zal het fabriceren van de complete sensor met standaard cleanroom technieken zijn om zo de opbrengst en reproduceerbaarheid te verhogen en temperatuurgevoeligheid te elimineren. Verder zouden klinische testen met de in een katheter afgemonteerde sensor moeten worden uitgevoerd om zijn werking als diagnostisch gereedschap te toetsen.