Development of novel ozone sensors for medical therapy

Medizinische Gase, wie z.B. Ozon (O3), werden aufgrund ihrer Wirksamkeit und minimalen Nebenwirkungen als Alternative zu Operationen oder Medikamenten bei Therapien wie der Ozontherapie von Bandscheibenvorfällen eingesetzt. Um die Ozontherapie sicher und effektiv durchführen zu können, ist es jedoch notwendig, die Ozonkonzentration genau zu messen. Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung neuartiger Ozonsensoren, um damit die derzeitigen Herausforderungen in der Ozontherapie zu überwinden. Zunächst werden Referenzsysteme entwickelt, um die Kalibrierung, Charakterisierung und Bewertung neuartiger Ozonsensoren zu ermöglichen. ... mehrAnschließend wird die Biokompatibilität von Materialien für beispielhafte inkjet-gedruckte amperometrische, impedimetrische und optische Absorptionssensorstrukturen für Ozon untersucht. Außerdem werden verschiedene neuartige Sensorprototypen hergestellt, die auf den elektrochemischen und optischen absorptionsbasierten Messprinzipien basieren. Für die Sensorprototypen, die auf dem optischen Absorptionsmessprinzip basieren, wird die Miniaturisierung hauptsächlich durch eine Reduzierung der Komponenten untersucht. Zur Untersuchung der Miniaturisierung der auf dem elektrochemischen Messprinzip basierenden Sensorprototypen wird eine inkjet-gedruckte Struktur eines Sensors für Sauerstoff (O2) hergestellt. Darüber hinaus werden zur Entwicklung elektrochemischer Ozonsensoren und zur Untersuchung alternativer Herstellungsmethoden für Ozonsensoren handelsübliche Elektroden so modifiziert, dass sie als Ozonsensoren eingesetzt werden können. Außerdem werden Experimente zur Erforschung der Wirkung von Ozon auf Bakterienkulturen, wie z. B. Escherichia coli, durchgeführt, um weitere Anwendungsfälle für Ozon in der medizinischen Therapie zu untersuchen. Auf diese Weise werden Einblicke in die möglichen Mechanismen und Wirkungen von Ozon bei der medizinischen Behandlung von z.B. chronischen Wunden gewonnen. Insgesamt stellt diese Dissertation eine Grundlage für die Messung der Ozonkonzentration während der medizinischen Therapie dar, die das Potenzial hat, den Einsatz von Ozon in der Medizin auszuweiten und die Ergebnisse für die Patienten zu verbessern.

Medical gases, such as ozone (O3), are used for their effectiveness and minimal side effects, making them an alternative to surgery or medication in therapies like ozone therapy for herniated disks. However, to perform ozone therapy safely and effectively, it is necessary to accurately measure the ozone concentration before and during the therapy. This thesis focuses on the design and evaluation of novel sensors that can measure ozone concentrations, thus overcoming current challenges in ozone therapy. First, reference systems are developed to enable the calibration, characterisation, and evaluation of novel ozone sensors. ... mehrThe developed reference systems serve as the foundation for further development of novel sensors and provide a benchmark to evaluate their performance. Subsequently, the biocompatibility of materials for exemplary inkjet-printed amperometric, impedimetric, and optical absorption ozone sensor structures is assessed. Also, various novel sensor prototypes, based on electrochemical and optical absorption measurement principles, are manufactured. For the sensor prototypes based on the optical absorption measurement principle, miniaturisation is investigated mainly through a reduction of components. For investigating the miniaturisation of the sensor prototypes based on the electrochemical measurement principle, an exemplary inkjet-printed structure of an oxygen (O2) sensor is manufactured. This is an important step towards small and flexible sensors that can be integrated into medical devices. In addition, for developing electrochemical ozone sensors and investigating alternative ways of manufacturing ozone sensors, commercial electrodes are modified to serve as ozone sensors. Furthermore, experiments are conducted to explore the effect of ozone on bacterial cultures, such as Escherichia coli, and to investigate other use cases for ozone in medical therapy. Thus, insights into the potential mechanisms and action of ozone in the medical treatment of, e.g., chronic wounds are provided. Overall, this thesis represents a foundation for the measurement of ozone concentration during medical therapy, which has the potential to broaden the use of ozone in medicine and improve patient outcomes.