Mittelinfrarot

Mittelinfrarot – Spektroskopie verwendet Licht im Spektralbereich von 2500 – 10000nm. Sie basiert auf den gleichen physikalischen Grundlagen wie die Infrarot Spektroskopie, hat aber eine reduzierte Streuung und eine größere Absorption, aufgrund von höheren Wellenlängen. Das MIR Spektrum für Glukose ist schärfer als das von einer NIR Messung, hat aber die gleichen Probleme wie das NIR. Zusätzlich dringt das Licht nur ein paar Mikrometer in die Haut ein und limitiert die Messung damit erheblich.

In Abbildung 2 ist Veranschaulicht wie viel Einfluss das Wasser auf die Messung der Glucose hat. Bei 2g/dl ist die Kurve nur leicht anders wie ohne Glucose. Im Blut ist die Glucose Konzentration noch 10mal niedriger was bedeutet das sich die Kurve noch weniger von der des Wassers unterscheidet. (Kottmann et al., 2012)

Um die Eindringtiefe zu erhöhen wird die abgeschwächte Totalreflexion eingesetzt. Dabei wird ein Lichtstrahl mittels der total Reflektion durch einen Kristall geleitet Das Ergebnis ist eine Tiefere Eindringtiefe.(Roychoudhury et al., 2006)

Die Glucose Messung erfolgt durch Kontakt des Kristalls mit der Haut unter Verwendung von Squalanöl. Das Reflektierte Licht erzeugt ein elektromagnetisches Feld in der interstitiellen Flüssigkeit der Oberhaut wo sich die Glucose befindet. Änderungen in der Licht Absorption sollten daher von der Glucose Konzentration abhängen. Die MIR Messung der Blutglukose wird normalerweise an der Fingerkuppe vorgenommen. Die Messung ist von dem Wassergehalt der Hauf abhängig.

Nah-Infrarot Spektroskopie

Wenn ein Lichtstrahl auf eine Oberfläche trifft, geht ein Teil des Lichtstrahls durch der Rest wird reflektiert, absorbiert und gestreut. Je nach Struktur und chemischer Zusammensetzung wird der Lichtstrahl anders gestreut, absorbiert und reflektiert. Auf diese Weise kann Glucose in einem bestimmten Wellenlängenbereich von anderen Substanzen unterschieden werde. Mit der Infrarotspektroskopie ist es möglich molekulare Schwingungsspektren aufzunehmen. Diese Schwingungsspektren geben Auskunft für die molekulare Zusammensetzung einer Substanz. Die IR-Spektroskopie basiert auf der Absorption von elektromagnetischer Strahlung im infraroten Bereich. In diesem Bereich werden Schwingungsübergänge von Molekülen angeregt, welche zu den charakteristischen Absorptionsbaden im IR-Spektrum führen. Die Absorptionsbaden sind bezüglich Lage und Intensität charakteristisch und somit Stoffspezifisch. Eine unbekannte Substanz lässt sich so durch den Vergleich mit anderen Spektren identifizieren Die Infrarot-Spektroskopie (NIR) nutzt Lichtstrahlen im Wellenlängenbereich von 750-2100nm. Der Lichtstrahl trifft auf die Haut und dringt mehrere mm tief ins Gewebe ein um Änderungen in der Glucose Konzentration festzustellen. Es wird dabei die Änderung der Lichtintensität im Gewebe gemessen. Je nach Glucose Konzentration wird der Lichtstrahl anders absorbiert. Der Einfluss den Glucose auf das Messsignal hat ist jedoch von Wasser beeinträchtigt. Den Wasser absorbiert im gleichen Bereich wie Glucose. (Malin et al., 1999)

Die Messung ist sehr Temperatur empfindlich und ein kleiner Temperaturunterschied kann den Glucose Peak überlappen. Diese Methode wird normalerweise an der Fingerkuppe oder am Unterarm angewendet. Jedoch weichen die gemessenen Werte sehr stark ab sind außerhalb des klinisch akzeptierten Limits. Lediglich Messungen an der inneren Lippe zeigten eine gute Korrelation mit den Messwerten eines konventionellen Blutzuckermessgeräts, wenn auch mit einer zeitlichen Verzögerung. Der Nachteil dieser Methode ist, dass die Körpertemperatur einen starken Einfluss hat. Auch beeinflusst Bluthochdruck, Hautdicke und Hautscheiß die Messung. Sogar vorhandene Triglyceride beeinflussen das Messresultat. Das NIR Signal misst das Gesamte vorhanden Glucose, also nicht nur das Blutglucose sondern auch das Glucose in der interstitiellen Flüssigkeit. Es ist deshalb schwierig auf die Blutzuckerkonzentration zu schließen. (Malin et (Monnier et al., 1999)

Vorgehensweise

Am Anfang wurde eine intensive Internetrecherche durchgeführt. Dabei wurde nach Publikationen gesucht, die sich mit dem Thema Nicht Invasive Glucose Sensoren befassen. Hierzu wurden folgende Webportale verwendet:

  • http://apps.webofknowledge.com (Web of Knowledge)
  • http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/ (Pubmed)

Der Vorteil von diesem Seiten ist das die Ergebnisse nach Relevanz und Publikationsdatum sortiert werden konnten. Außerdem konnten die in Tabelle 1 verwendeten Suchbegriffe in einen strukturierten Zusammenhand gebracht werden. Bei jeder Publikation kann zudem über die Funktion „wurde zitiert“ eingesehen werden, wer seit dem Publikationsdatum von diesem Dokument zitiert hat. Dadurch konnte eine umfassende Suche über das Thema realisiert werden.

Eine Schwierigkeit bei der Suche war, dass sich viele Publikationen mit dem Thema Glucose Bestimmung in Lösungen durch Biosensoren auseinander setzten. Diese sind jedoch nicht Ziel dieser Arbeit.