在人体中，电解质在维持水平衡和液体分布方面起着关键作用。溶解在血液中的所有带电粒子相互作用。如果怀疑它们的复杂平衡受到干扰，将分析各种这些微量元素的浓度。

来自 Fraunhofer 电信研究所、Heinrich-Hertz-Institut、HHI 的研究人员以及来自不同学科的合作伙伴已联手参与 option 项目。该项目的目标是开发一种设备概念，该设备概念使用光子传感器解决方案来显着减少分析所需的血液量，并使所有相关人员的测试过程变得更加容易。

无论是肾脏疾病、心力衰竭、酒精中毒还是糖尿病，分析电解质平衡对于诊断这些疾病和许多其他严重疾病都是必不可少的。它的成分在身体的各个部位精确平衡，任何变化都会产生戏剧性的效果。例如，如果您的钠离子浓度太低，大脑中的细胞可能会开始肿胀，从而导致昏迷。

今天的测量设备需要为每种类型的电解质配备单独的传感器。为了用血液覆盖所有传感器，需要大约 70 至 80 微升的血液样本。可从小孩或老年患者身上采集的血液量通常不足以满足此要求。

为了克服这一挑战，来自基尔 Eschweiler、Scienion AG、Charité-Universitätsmedizin Berlin 和 Fraunhofer HHI 的医学、流体力学、表面化学、光子学和电子学专家团队联手组建了 option 联盟。他们的目标是：研究和加速光子学中的新测量原理，从而能够对极少量的血液进行高精度分析。

研究人员还有另一个目标：他们希望开发一种设备概念，最终用户可以使用该设备概念快速测试各种健康参数，而不会出现并发症，并且以一种方便患者的方式——即使是在难以到达的地区。“把它想象成一个简单的血糖测试，”Fraunhofer HHI 的项目经理 Jakob Reck 解释道。“需要刺破指尖才能产生一滴血，这足以立即确定所有相关参数。”

用于电解质分析的微环传感器

专家们正在使用微环谐振器作为光子传感器。高度灵敏的集成氮化硅波导是在 Fraunhofer HHI 洁净室现场生产的。波导形成一个环，近红外光能够在其中与自身和环境相互作用。

当分析物积聚在环上时，会导致环的有效折射率和光学共振发生变化。“原则上，戒指会‘跑调’——类似于吉他弦，”Reck 解释道。“如果分析物与环相互作用——换句话说，‘弦’——音调就会改变。我们能够将这些‘吉他弦’设计得非常敏感，从而产生清晰的信号和分析。”

每个传感器都会发出特定于特定电解质的信号，以确保传感器表面的功能化：为此，Scienion 科学家将特殊的捕获分子连接到环形谐振器上。只有待研究的特定分析物才能使用锁匙原理锁定在环上，从而影响波导上的光场。

这种变化与积累的分子数量直接相关。即使是最小的光学特性偏差也可以测量，这使得即使是最小量的物质也可以高精度检测。

对于功能化的光子传感器，柏林 Charité-Universitätsmedizin 的生物流体力学实验室开发了一种微流体系统，可以有针对性地将少量液体输送到芯片上。只需一个样品即可覆盖多个具有不同涂层的微环。因此，可以使用小于 20 微升的体积分析电解质浓度。