DE102004060742A1 - Micro-sensor for determining bodily fluid contents, comprises a conical shape and comprises a micro-electrode with fibers, one of which is a working electrode with a layer of an electro-active polymer - Google Patents

Micro-sensor for determining bodily fluid contents, comprises a conical shape and comprises a micro-electrode with fibers, one of which is a working electrode with a layer of an electro-active polymer Download PDF

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Uwe Thomas
Klaus Dr. Bauer
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/28Electrolytic cell components
    • G01N27/30Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells

Abstract

A micro-sensor (1) has a conical shape and comprises a micro-electrode (10) with fibers (14) one of which is a working electrode (60) provided with a specific layer (80) made from a biologically acceptable electro-active polymer. Independent claims are also included for: (1) process for the production of a micro-sensor; and (2) process for analytically determining the contents of an organism.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mikrosensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 31. Außerdem umfaßt sie ein Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Inhaltsstoffes mit dem erfindungsgemäßen Mikrosensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 35 und gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 38 sowie eine Verwendung desselben gemäß Anspruch 39 und Anspruch 40.The The invention relates to a microsensor according to the preamble of claim 1, and a method for its production according to the preamble of claim 31. Besides comprises a method of determining at least one ingredient with the microsensor according to the invention according to the generic term of claim 35 and according to the preamble of claim 38 and a use thereof according to claim 39 and claim 40.

Man verwendet Mikroelektroden in vielfältiger Weise zur Bestimmung von Inhaltsstoffen in Lösungen und Körperflüssigkeiten. So offenbart GB A 2 284 267 eine Mikrodraht-Elektrode, um den Sauerstoff-Partialdruck im Blut zu bestimmen. Diese besteht aus mehreren Elektroden-Fasern, die jeweils mit einem Borosilikatglas-Mantel umgeben werden. Die so erhaltenen metallfasergefüllten Glaskörper werden in einen Träger eingebettet, der aus einem fluorierten Ethylen/Propylen-Copolymer besteht. Hierzu zieht man sie gebündelt durch ein Extrusionsbad mit geschmolzenem Polymer und wickelt sie nach dem Erstarren auf eine Spule. Jede Elektroden-Faser zuerst mit einem Glasmantel und alle zusammen dann mit einem Polymerträger zu umgeben ist jedoch arbeitsaufwendig und kostenintensiv.you uses microelectrodes in a variety of ways for determination of ingredients in solutions and body fluids. Thus, GB A 2 284 267 discloses a micro-wire electrode for the partial pressure of oxygen to determine in the blood. This consists of several electrode fibers, each surrounded by a borosilicate glass jacket. The thus obtained metal fiber filled Become a vitreous in a carrier embedded, made of a fluorinated ethylene / propylene copolymer consists. For this purpose, they are bundled through an extrusion bath with molten polymer and wind it up after solidification a coil. Each electrode fiber first with a glass jacket and However, surrounding all together with a polymer carrier is laborious and costly.

Dies umgeht die US PS 5,002,651 dadurch, daß sie einen Träger aus einem elektrochemisch widerstandsfähigen Polymer beschreibt, in dem wenigstens eine Elektroden-Faser eingebracht ist. Jedoch handelt es sich bei ihr um einen Metallfaden, der auf seiner ganzen Länge mit einer Mischung aus Polymeren und Aktivmolekülen variabler Prozentanteile beschichtet ist. Auch eine derart konzipierte Mikroelektrode ist aufwendig und teuer in der Herstellung.This circumvents the US PS 5,002,651 in that it is a carrier describes an electrochemically resistant polymer, in the at least one electrode fiber is introduced. However, it acts it is a metal thread running along its entire length a mixture of polymers and active molecules of variable percentages is coated. Also, such a designed microelectrode expensive and expensive to manufacture.

Die DE A1 101 12 384 vermeidet diese Nachteile und beschreibt eine Ultramikro-Elektrode mit einer zentrisch in einen zylindrischen Körper eingebetteten Elektroden-Faser und wenigstens drei diese Faser isoliert umgebenden weiteren Elektroden-Fasern. Alle Fasern bestehen aus einem einheitlichen Material wie etwa Metall und sind unmittelbar in einen beispielsweise aus Quarzglas bestehenden zylindrischen Körper integriert. Weil die beschriebene Ultramikro-Elektrode jedoch einen flächig plan oder konkav ausgeführten Sensorkopf besitzt, lassen sich kleine Öffnungen an Zellen oder Membranen nicht in jedem Fall durchdringen. Es ist also nicht jede beliebige Meßumgebung uneingeschränkt erreichbar. Außerdem läßt sich nicht vollkommen ausschließen, daß die offenbarte Mikroelektrode infolge ihrer Geometrie bzw. ihrer polymeren Beschichtung die chemische und physikalische Situation einer Meßprobe in einer über die Messung hinausgehenden Weise verändert.The DE A1 101 12 384 avoids these disadvantages and describes an ultramicro-electrode with a centrally embedded in a cylindrical body electrode fiber and at least three further fibers insulated surrounding this fiber. All fibers are made of a uniform material, such as metal and are directly in an existing example of quartz glass cylindrical body integrated. Because the ultramicroelectrode described but a flat plan or concave Sensor head, can be small openings on cells or membranes do not penetrate in any case. So it's not just any measurement environment unlimited reachable. Furthermore let yourself do not completely rule out that the revealed Microelectrode due to their geometry or their polymeric coating the chemical and physical situation of a test sample in one over the Measurement going way changed.

Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen Mikrosensor zu schaffen, der kostengünstig und einfach herzustellen ist. Dabei soll er verschiedenste Arten von Signalen selektiv und präzise auch nebeneinander empfangen und eine Sonde zur quantitativen Bestimmung der verschiedensten Substanzen sein. Zudem wird eine lange Betriebsbereitschaft auch in wechselnden Meßumgebungen bei gleichbleibend hoher Meßgenauigkeit angestrebt.aim The invention is to overcome these and other disadvantages of the prior Overcome technology and to create a microsensor that is inexpensive and easy to manufacture is. He is supposed to be able to select different types of signals selectively and precise too Received side by side and a probe for quantitative determination be the most diverse substances. In addition, a long operational readiness also in changing measuring environments with consistently high measuring accuracy sought.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1, 31, 35 und 38, sowie in den Ansprüchen 39 und 40 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 30, 32 bis 34, 36 und 37.main features the invention are in the characterizing part of claims 1, 31, 35 and 38, and in the claims 39 and 40 indicated. Embodiments are the subject matter of claims 2 to 30, 32 to 34, 36 and 37.

Bei einem Mikrosensor zur qualitativen und quantitativen Bestimmung wenigstens eines Inhaltsstoffes in einem flüssigen Medium bestehend aus einer Multifaser-Mikroelektrode mit wenigstens zwei Elektroden-Fasern, von denen wenigstens eine als Gegenelektrode und/oder als Referenzelektrode ausgeführt ist und mit einem Träger, der ein alle Elektroden-Fasern gleichzeitig umschließender einstückiger, gegenüber dem flüssigen Medium indifferenter elektrischer Isolator ist, in dem die Elektroden-Fasern voneinander isoliert eingebettet sind, wobei jede von ihnen mit dem Träger stoffschlüssig direkt verbunden ist, sieht die Erfindung vor, daß der Mikrosensor eine zumindest teilweise konische Form besitzt und wenigstens eine der Fasern eine Arbeitselektrode ist, die meßseitig mit einer spezifischen Schicht aus einem biologisch verträglichen, elektroaktiven Polymer versehen ist. Durch diese Konzeption erreicht man, daß mit dem gleichen Mikrosensor eine elektrochemische Aktivität an Zellverbünden als Ganzes, beispielsweise an neuronalen Netzwerken, aber auch an Einzelzellen eines Zellverbundes lokalisiert und vermessen werden kann. Außerdem lassen sich Feststoff- oder Flüssigkeitsoberflächen unterschiedlicher Größe in einem Schritt gezielt auf das Vorhandensein bestimmter u.U. unterschiedlicher Teilchen hin untersuchen. Obwohl bei diesen Messungen elektrochemische Signale sehr variabel und verschieden stark ausgeprägt sind, gelingt es, jedes von ihnen präzise zu erfassen und weiterzuleiten. Auch im Dauerbetrieb kommt es nicht zu Ausfällen. Die zumindest teilweise konisch zulaufende und damit enge Mikrosensor läßt sich in schmalporige oder membranumschlossene Umgebungen einführen, wobei das elektroaktive Polymer infolge seiner biologischen Verträglichkeit keine die Messung beeinträchtigenden Veränderungen in einem Untersuchungsmedium hervorruft.at a microsensor for qualitative and quantitative determination at least one ingredient in a liquid medium consisting of a multifiber microelectrode with at least two electrode fibers, of which at least one is designed as a counter electrode and / or as a reference electrode and with a carrier, the one piece all electrode fibers at the same time integrally, across from the liquid Medium indifferent electrical insulator is in which the electrode fibers from each other embedded in isolation, each of them with the carrier cohesively directly is connected, the invention provides that the microsensor at least one partially conical shape and at least one of the fibers has a working electrode is, the meßseitig with a specific layer of a biocompatible, electroactive polymer is provided. Achieved by this conception one, that with the same microsensor electrochemical activity on cell networks as Whole, for example on neural networks, but also on single cells a cell network can be located and measured. In addition, let solid or liquid surfaces of different Size in one Step specifically to the presence of certain u.U. different Examine particles. Although in these measurements electrochemical Signals are very variable and different in severity, each of them succeeds precisely to record and forward. Even in continuous operation, it does not come to failures. The at least partially tapered and thus narrow microsensor let yourself in narrow-pore or membrane-enclosed environments, where the electroactive polymer due to its biocompatibility none affecting the measurement changes in an examination medium.

Nach Anspruch 2 ist die Multifaser-Mikroelektrode mit einer Mikroplatine verbunden, an die Kontaktdrähte aus einem Edelmetall angelötet sind. Diese Verbindung bildet die Schnittstelle zwischen Bauteilen mit Mikrometer-Abmessungen und einer viel größer bemessenen externen elektrischen Versorgung. Weil die Mikroplatine in unmittelbarer Nachbarschaft zur Multifaser-Mikroelektrode als starres Glied angebracht ist, wird eine starke mechanische Verformung der Elektroden-Fasern zwischen Platine und Träger vermieden und dadurch die Gebrauchsdauer des Mikrosensors erhöht.According to claim 2, the multi-fiber microelectrode is connected to a micro-board, are soldered to the contact wires of a noble metal. This connection forms the interface between Components with micrometer dimensions and a much larger sized external electrical supply. Because the microplate is mounted in the immediate vicinity of the multifiber microelectrode as a rigid member, great mechanical deformation of the electrode fibers between the circuit board and the carrier is avoided, thereby increasing the useful life of the microsensor.

Anspruch 3 offenbart als wichtiges Merkmal des erfindungsgemäßen Mikrosensors, daß sein Träger ein runder oder ovaler Quarzglasmantel ist. Durch seine gerundete Form ist er leicht in die verschiedensten Kavitäten einführbar. Quarz als harter und sehr temperaturbeständiger Werkstoff macht den Mikrosensor überdies universell einsatzfähig ohne daß zu befürchten bleibt, Teile des Trägers könnten unter bestimmten Meßbedingungen in Lösung gehen und somit Analysenergebnisse verfälschen.claim 3 discloses as an important feature of the microsensor according to the invention, that be carrier a round or oval quartz glass jacket is. By his rounded It can easily be inserted into a wide variety of cavities. Quartz as hard and very temperature resistant Material also makes the microsensor universally usable without that too fear remains, parts of the carrier could be under certain measuring conditions in solution go and thus distort analysis results.

Ebenso wesentlich ist es für den Mikrosensor, daß seine Elektroden-Fasern nach Anspruch 4 aus einem edlen Metall, beispielsweise aus Platin und/oder einer Platin/Wolfram-Legierung gefertigt sind und einen Durchmesser von 4 bis 18 μm, in einer bevorzugten Ausgestaltung von 10 bis 12 μm besitzen. Durch die beanspruchten Edelmetalle oder Edelmetalllegierungen ist sichergestellt, daß die Elektroden-Fasern langlebig und nicht oxidationsanfällig sind. Die gewählten Durchmesser garantieren einerseits problemlose Leitffähigkeit, sind andererseits jedoch so gering, daß Flächenbereiche mit Mikrometer-Abmessungen problemlos überstrichen und vermessen werden können.As well it is essential for the microsensor that his Electrode fibers according to claim 4 made of a noble metal, for example made of platinum and / or a platinum / tungsten alloy and a diameter of 4 to 18 microns, in a preferred embodiment from 10 to 12 μm have. By the claimed precious metals or precious metal alloys it is ensured that the electrode fibers durable and not susceptible to oxidation. The chosen diameter on the one hand guarantee easy control, on the other hand however, so small that surface areas with micrometer dimensions can be easily covered and measured can.

Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist auch Anspruch 5, nach dem wenigstens eine Elektroden-Faser mit einer Schicht belegt ist und unterschiedliche Elektroden-Fasern mit unterschiedlichen Schichten und/oder mit unterschiedlichen spezifischen Schichten versehen sind. Nur durch diese Merkmalsausbildung ist es möglich, Elektroden für bestimmte Teilchen, Ionen oder Moleküle selektiv zu machen. Um besonders stabile Meßergebnisse zu erhalten, befindet sich die Schicht und/oder die spezifische Schicht gemäß Anspruch 6 nur auf einem Teil der Elektroden-Faser, der nicht an den Träger angrenzt.From of special importance for The invention is also claim 5, according to which at least one electrode fiber covered with a layer and different electrode fibers with different layers and / or with different specific ones Layers are provided. Only by this feature education is it is possible Electrodes for certain Particles, ions or molecules to make selective. To obtain particularly stable measurement results, is located the layer and / or the specific layer according to claim 6 only on a part of the electrode fiber that is not adjacent to the carrier.

Für die Erfindung ist es nach Anspruch 7 unerläßlich, daß die Elektroden-Fasern an einer Seite, die in Richtung eines Kontaktierungsendes zeigt, von dem sie umgebenden Träger freigelegt und an die Mikroplatine angelötet sind. Ohne dieses Freilegen könnte die Tetrode nicht mit der Mikroplatine verbunden werden und der Mikrosensor den Strom nicht an ein Meßgerät weiterleiten. Anspruch 8 bestimmt, daß die freigelegte Seite der Elektroden-Fasern, die Mikroplatine und Enden der Kontaktdrähte in einer Klebstoffmatrix eingebettet sind und zusammen das Kontaktierungsende bilden. Es ist sinnvoll, diese Bestandteile des Mikrosensors in einem Klebstoffblock zu fixieren, um sie vor Beschädigungen oder Abriß zu schützen und im Mikrosensor Wackelkontakte und Kurzschlüsse zu verhindern.For the invention it is indispensable according to claim 7, that the electrode fibers on a side pointing in the direction of a contacting end, from the surrounding carrier exposed and soldered to the microplate. Without this exposure, the Tetrode can not be connected to the microplate and the microsensor do not forward the current to a meter. Claim 8 determines that the exposed side of the electrode fibers, the microplate and ends the contact wires embedded in an adhesive matrix and together the contacting end form. It makes sense to use these components of the microsensor in to fix an adhesive block to protect it from damage or demolition and protect to prevent loose contacts and short circuits in the microsensor.

In einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 9 weist der Mikrosensor n Elektodenfasern auf, wobei n einen ganzzahligen Wert von 2 bis 50, vorzugsweise von 3 bis 13 und am bevorzugtesten von 4 bis 6 annimmt und die einzelnen Fasern beispielsweise äquidistant zueinander angeordnet sind. Sie sind nach Anspruch 10 außerdem so zueinander gruppiert, daß eine zentrisch angeordnete Elektroden-Faser von n Elektroden-Fasern vorzugsweise konzentrisch umgeben ist, wobei n einen ganzzahligen Wert von 1 bis 49, vorzugsweise von 2 bis 12 und am bevorzugtesten von 3 bis 6 annimmt. Nur mit derart aufgebauten Sensoren lassen sich mehrere Teilchen simultan nebeneinander in einem definierten Meßvolumen nachweisen. Dies gelingt außerdem besonders gut, wenn die einzelnen Fasern nach Anspruch 11 so geschaltet sind, daß sie voneinander unabhängig elektrisch ansprechbare Mikro-Scheibenelektroden mit elektrischer Abschirmung bilden.In An embodiment of the invention according to claim 9, the microsensor n Elektodenfasern, where n is an integer value of 2 to 50, preferably from 3 to 13 and most preferably from 4 to 6 assumes and the individual fibers, for example, arranged equidistant from each other are. They are also grouped according to claim 10 to each other, that one Centrically arranged electrode fiber of n electrode fibers preferably concentric where n is an integer value of 1 to 49, preferably from 2 to 12, and most preferably from 3 to 6. Only with Sensors constructed in this way allow multiple particles to be simultaneously prove side by side in a defined measuring volume. This succeeds besides, especially good, if the individual fibers are connected according to claim 11, that she independent from each other electrically addressable micro-disk electrodes form with electrical shielding.

Um in mikroporöse Strukturen und Zellzwischenräume eindringen zu können, hat die Multifaser-Mikroelektrode laut Anspruch 12 einen Durchmesser von kleiner oder gleich 250 μm. Zudem besitzt sie nach Anspruch 13 an einem Ende, das dem Kontaktierungsende gegenüberliegt einen Sensorkopf, der eine kreisrunde oder ovale bzw. zumindest teilweise konisch verjüngte, glatt polierte Oberfläche aufweist. Mit einer solchen Topographie erhält man gut reproduzierbare und homogene Meßsignale.Around in microporous Structures and intercellular spaces to be able to penetrate the multifiber microelectrode according to claim 12 has a diameter of less than or equal to 250 μm. In addition, it has according to claim 13 at one end, the contacting end opposite a sensor head that is a circular or oval or at least partially conically tapered, smooth polished surface. With such a topography you get well reproducible and homogeneous measuring signals.

Eine kompakt gebaute und vielseitig einsetzbare Form der Multifaser-Mikroelektrode ist eine Tetrode nach Anspruch 14, bei der drei Elektroden-Fasern eine vierte, zentral im Träger angeordnete Elektroden-Faser konzentrisch umgeben. Es handelt sich bei ihr gemäß Anspruch 15 um eine kreisrunde oder ovale Faser mit einem Durchmesser von 50 bis 110 μm und in bevorzugter Ausführung von 70 bis 90 μm. Zudem besitzt sie eine Länge von 5 bis 15 cm und vorzugsweise von 10 bis 12 cm.A compactly built and versatile form of multi-fiber microelectrode is a tetrode according to claim 14, wherein the three electrode fibers a fourth, central in the carrier Surrounding arranged electrode fiber concentrically. It concerns with you according to the claim 15 around a circular or oval fiber with a diameter of 50 to 110 μm and in a preferred embodiment from 70 to 90 μm. moreover Does she have a length? from 5 to 15 cm, and preferably from 10 to 12 cm.

Diese einem Haar vergleichbare Form verleiht der Tetrode Elastizität und erlaubt es, sie nicht nur in Lösung sondern auch an und in verschiedenen zellulären Geweben für Messungen zu verwenden. Dabei kann durch ihre schlanke Geometrie eine Verschiebung oder Traumatisierung einzelner Zellen im untersuchten Zielgebiet weitestgehend vermieden werden. Weil die vier gegeneinander isolierten Fasern sich auf engstem Raum befinden, lassen sich auch nahe beieinander liegende Flächenbereiche überstreichen und vermessen.These A hair comparable shape gives the tetrode elasticity and allows it, not only in solution but also on and in different cellular tissues for measurements to use. This can be due to their slim geometry, a shift or traumatization of individual cells in the studied target area be avoided as far as possible. Because the four are isolated from each other Fibers are located in the smallest space, can also be close to each other cover overlying areas and measure.

Die beanspruchte Tetrode ist überdies als Ringscheiben-Elektrode verwendbar, wenn man die konzentrisch angeordneten Elektroden-Fasern zu einer Ringelektrode zusammenschaltet und die zentrische Elektroden-Faser als zweite Elektrode einer Meßkette verwendet. Diese Ansteuerung der vier Elektroden-Fasern sorgt infolge des sogenannten „Tetrodeneffekts" auch dafür, daß Einzelsignale aus einem neuronalen Summensignal herausgefiltert werden können.The claimed tetrode is moreover When used as an annular disk electrode, when concentric arranged electrode fibers interconnects to form a ring electrode and the centered electrode fiber is used as a second electrode of a measuring chain. This control of the four electrode fibers also ensures that individual signals due to the so-called "tetrode effect" can be filtered out of a neural summation signal.

Die Stabilität des Mikrosensors erhöht sich, wenn die Multifaser-Mikroelektrode gemäß der Weiterführung in Anspruch 16 beispielsweise mittels eines Klebers auf Epoxid- oder Acrylharz-Basis in eine Kanüle eingeklebt ist. Letztere besteht gemäß Anspruch 17 aus einem Glasmaterial oder aus Edelstahl und besitzt einen Außendurchmesser von 250 μm bis 350 μm, vorzugsweise von 280 μm bis 305 μm. Derart dimensionierte Kanülen verursachen an einem zu untersuchenden Zielgewebe so gut wie keine Verletzungen und sind biologisch gut verträglich. Außerdem schirmen sie das Innere des Mikrosensors gegen äußere elektrische oder elektrochemische Einflüsse ab.The stability of the microsensor increases when the multifiber microelectrode according to the continuation in Claim 16, for example by means of an epoxy or acrylic resin-based adhesive in a cannula is glued. The latter consists according to claim 17 of a glass material or stainless steel and has an outer diameter of 250 microns to 350 microns, preferably of 280 μm up to 305 μm. Such sized cannulas cause almost no effect on a target tissue to be examined Injuries and are biologically well tolerated. They also shield the interior of the microsensor against external electrical or electrochemical influences from.

In einer vorteilhaften Erweiterung nach Anspruch 18 sind die Tetrode und die Kanüle am Kontaktierungsende beispielsweise durch eine Klebeverbindung fixiert. Dies gewährleistet eine schnelle Weiterleitung von Signalen an die Mikroplatine und macht Kurzschlüsse, die beim Verrutschen von Tetrode gegen Mikroplatine entstehen könnten, unmöglich.In an advantageous extension according to claim 18 are the tetrode and the cannula at the contacting end, for example by an adhesive bond fixed. This ensures a fast forwarding of signals to the microplate and power Shorts, which could arise when slipping tetrode against microplate, impossible.

Will man den Mikrosensor noch robuster gestalten, befestigt man ihn in einer praktischen Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 19 in einer Kapillare, beispielsweise indem man ihn mit Acryl- oder Epoxidharz in ihr einklebt. Diese besteht nach Anspruch 20 zweckmäßigerweise aus Glas und/oder aus einem biegeelastischen Kunststoff. Beide Materialien sind mechanisch beanspruchbar und biologisch kompatibel.Want If you make the microsensor even more robust, you fix it in a practical embodiment of the invention according to claim 19 in a capillary, for example by mixing it with acrylic or epoxy resin sticking in her. This consists according to claim 20 expediently made of glass and / or of a flexible plastic. Both materials are mechanically stressable and biologically compatible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 21 ist es besonders günstig, zwei der Elektroden-Fasern über einen Kontaktdraht als Gegenelektrode zusammen zu schalten, denn dadurch erhöht man innerhalb einer Meßumgebung eine durch die Gegenelektrode erfaßte Bezugsmeßfläche. Soll diese Fläche in unmittelbarer Nachbarschaft zu allen anderen Elektroden-Fasern angeordnet sein, ist es günstig, wenn im Sinne von Anspruch 22 eine zentrisch und eine konzentrisch angeordnete Elektroden-Faser zusammengeschaltet die Gegenelektrode bilden. Eine solche Anordnung ist immer dann besonders erstrebenswert, wenn eine zu bestimmende Konzentration eines Inhaltsstoffs sich selbst in kleinen Flächenbereichen einer Probe schnell ändert.In An advantageous embodiment according to claim 21, it is particularly Cheap, two of the electrode fibers over to connect a contact wire as a counter electrode, because this increases one within a measuring environment a reference measuring surface detected by the counter electrode. Should this area in the immediate vicinity of all other electrode fibers be arranged, it is convenient if in the sense of claim 22 a centric and a concentric arranged electrode fiber interconnected to form the counter electrode. Such an arrangement is always particularly desirable if a concentration of an ingredient to determine itself in small areas a sample quickly changes.

Soll eine miniaturisierte Zweistabmeßkette konzipiert werden, die ohne externe Elektroden auszukommen hat, ist die erweiternde Ausführung nach Anspruch 23 unerläßlich. Diese verlangt, daß die Schicht auf der Referenzelektrode vorhanden ist und aus abgeschiedenem Silber besteht, welches an seiner Oberfläche chemisch zu Silberchlorid umgesetzt ist.Should designed a miniaturized Zweistabmeßkette which is to manage without external electrodes is the expanding one execution according to claim 23 essential. These demands that the layer is present on the reference electrode and of deposited silver which is chemically silver chloride on its surface implemented.

Von dort gelangt man durch eine vielversprechende Erweiterung zu einer speziellen Dreistabmeßkette, wenn im Mikrosensor im Sinne von Anspruch 24 die spezifische Schicht für wenigstens einen Inhaltsstoff selektiv ist und aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht. Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung gelingt es, auf engstem Raum eine klassische Dreielektroden-Anordnung von Arbeits-, Gegen- und Referenzelektrode zu realisieren. Mit ihr können gezielt Inhaltsstoffe, beispielsweise radikalisches Stickstoffmonoxid (NO) oder oxidierbare Lebensmittelbestandteile in einem flüssigen Medium bestimmt werden.From There you get through a promising expansion to a special three-meter chain, if in the microsensor in the sense of claim 24, the specific layer for at least an ingredient is selective and made of an electrically conductive polymer consists. By this development according to the invention it is possible in a confined space, a classic three-electrode arrangement of working, Counter and reference electrode to realize. Can with her targeted ingredients, such as free radical nitrogen monoxide (NO) or oxidizable food ingredients in a liquid medium become.

Besteht das leitfähige Polymer nach Anspruch 25 aus miteinander konjugiert verbundenen heterozyklischen Aromaten, so verhindert die daraus gebildete elektrochemisch aktive, gut auf der Edelmetalloberfläche haftende Polymerschicht wirkungsvoll ein Elektrodenfouling, also die Adsorption von Analyt-Teilchen an der Metalloberfläche der Arbeitselektrode. Diese bleibt somit lange einsetzbar und zeigt reproduzierbare Meßströme an.Consists the conductive one A polymer according to claim 25 of conjugated heterocyclic Aromatics, thus preventing the resulting electrochemically active, good on the precious metal surface adherent polymer layer effectively an electrode fouling, ie the adsorption of analyte particles on the metal surface of the Working electrode. This remains so long usable and shows reproducible measuring currents.

Eine für die Erfindung ganz wesentliche Weiterbildung besteht darin, daß das leitfähige Polymer nach Anspruch 26 ein Polycarbazol und/oder ein Polythiophen ist. Beide heterozyklischen Verbindungsklassen eignen sich sowohl jeweils einzeln, als auch in Wechselwirkung miteinander sehr gut als elektroaktive Elektrodenbeschichtungen. An ihnen lassen sich Neurotransmitter bzw. Vitamin C quasi reversibel umsetzen. Dabei zeigen sich für Dopamin, Serotonin und Ascorbat markante Stromausbeuten. Polythiophen bildet zudem eine sehr gut strukturierte und homogene Schicht auf der Arbeitselektrode aus.A for the Invention very significant development is that the conductive polymer after Claim 26 is a polycarbazole and / or a polythiophene. Both Heterocyclic classes of compounds are each suitable individually, as well as in interaction with each other very well as electroactive Electrode coatings. They can be neurotransmitters or convert vitamin C quasi reversible. This shows for dopamine, Serotonin and ascorbate striking current yields. Polythiophene forms In addition, a very well-structured and homogeneous layer on the working electrode out.

In einer weiterführenden Bauform des Mikrosensors nach Anspruch 27 ist das leitfähige Polymer ein Polypyrrol. Neurotransmitter lassen sich an einer aus diesem Polymer gebildeten Beschichtung ebenfalls selektiv umsetzen. Polypyrrol zeigt auf einer Platin-Elektroden-Faser eine besonders ausgeprägte Oberflächenhaftung und eine regelmäßige Oberflächenstruktur. Außerdem eignet sich eine Schicht aus Polypyrrol für die wärmeinduzierte Anreicherung von Kohlenstoff auf der Elektrodenfaser.In a continuing The microsensor type according to claim 27 is the conductive polymer Polypyrrole. Neurotransmitters can be attached to one of this polymer Also selectively convert reacted coating. polypyrrole shows a particularly pronounced surface adhesion on a platinum electrode fiber and a regular surface texture. Furthermore a layer of polypyrrole is suitable for heat-induced enrichment of carbon on the electrode fiber.

Die Erfindung erfährt nach Anspruch 28 eine wesentliche Erweiterung, weil die für einen Inhaltsstoff spezifische Schicht dotierbar oder dotiert ist, beispielsweise mit Verbindungen, die auf sie einen sterischen und/oder ladungsverändernden Einfluß haben. Durch dieses Merkmal erhöht man die Langlebigkeit einer auf einer Arbeitselektrode abgeschiedenen Polymerschicht. Außerdem werden ihre teilchenselektiven Eigenschaften nochmals verbessert. Besonders ergiebig ist es, wenn die spezifische Schicht nach Anspruch 29 mit speziellen Ionen dotiert ist, beispielsweise mit Metall- oder Halogenid-Ionen oder mit Ionen aus quartären Ammoniumsalzen, Borhalogeniden, Phosphorhalogeniden oder Perchloraten.The invention undergoes substantial extension according to claim 28, because the ingredient-specific layer is dopable or doped For example, with compounds that have a steric and / or charge-altering influence on them. This feature increases the longevity of a polymer layer deposited on a working electrode. In addition, their particle-selective properties are further improved. It is particularly economical if the specific layer according to claim 29 is doped with special ions, for example with metal or halide ions or with ions from quaternary ammonium salts, boron halides, phosphorus halides or perchlorates.

Für manche Anwendungen ist es auch erforderlich, die Erfindung gemäß Anspruch 30 weiterzuführen. Hierzu ist die unbeschichtete Arbeitselektrode aufgerauht, beispielsweise mittels Schwefelsäure. Schlecht haftende Polymerschichten verlangen eine solche Vorbehandlung oder Grundierung, um dann auf der Arbeitselektrode permanent fixierbar zu sein, was eine Voraussetzung für reproduzierbar stabile Meßergebnisse ist.For some Applications, it is also necessary, the invention according to claim 30 continue. For this purpose, the uncoated working electrode is roughened, for example by means of sulfuric acid. Bad adherent polymer layers require such pretreatment or Primer to then permanently fixable on the working electrode Being a prerequisite for reproducibly stable measurement results is.

Für die Erfindung ist der unabhängige Anspruch 31 sehr bedeutend. Er offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrosensors für die Bestimmung wenigstens eines Inhaltsstoffes in einem flüssigen Medium, bei dem erfindungsgemäß wenigstens zwei Edelmetalldrähte in eine Quarzröhre gegeben und diese in der Hitze unter Zugspannung nach Taylor verformt wird; die verformte Quarzröhre an einer Seite entfernt wird, so daß die Metalldrähte als Elektroden-Fasern freigelegt werden; ein den freigelegten Elektroden-Fasern gegenüberliegender meßseitiger Bereich der Multifaser-Mikroelektrode zu einem Sensorkopf flächig glatt poliert wird, und zumindest eine der Elektroden-Fasern am Sensorkopf mit einer elektroaktiven Schicht und/oder mit einer elektroaktiven spezifischen Schicht versehen wird.For the invention is the independent one Claim 31 very significant. It discloses a method of manufacture a microsensor for the determination of at least one ingredient in a liquid medium, in the invention at least two Precious metal wires in a quartz tube given and deformed in the heat under tension to Taylor becomes; the deformed quartz tube is removed on one side, so that the metal wires as Electrode fibers are exposed; an exposed electrode fibers opposed measuring range the multifiber microelectrode to a sensor head flat smooth is polished, and at least one of the electrode fibers on the sensor head with an electroactive layer and / or with an electroactive specific Layer is provided.

Bei einer derartigen Verfahrensweise werden in Serie herstellbare Mikrosensoren gleichbleibender Qualität erhalten, die mechanisch stabil sind und am Sensorkopf auch nach vielen Messungen keine Erosionserscheinungen zeigen. Auch die Schwierigkeit, ein Metall an oder in einem Quarzkörper ohne Verwendung zusätzlicher Haftvermittler dauerhaft zu befestigen, wird mit diesem Verfahren elegant überwunden. Schließlich eignet sich eine derart beschichtete Elektrode zum selektiven Nachweis ausgewählter Teilchen.at Such a procedure can be mass produced microsensors consistent quality obtained, which are mechanically stable and on the sensor head even after many measurements show no signs of erosion. Also the difficulty a metal on or in a quartz body without the use of additional Permanently attaching adhesion promoter, is overcome elegantly with this method. After all Such a coated electrode is suitable for selective detection selected Particles.

Nach Anspruch 32 wird der Sensorkopf so poliert, daß er eine konische Form aufweist oder einen Teilkegel ohne Kegelspitze bildet. Diese Formgebung erleichtert das Einführen des Mikrosensors in engwandige Höhlungen und poröse Kavitäten beträchtlich. Im Einklang mit Anspruch 33 ist es möglich, als elektroaktive Schicht ein leitfähiges Polymer elektrochemisch oder chemisch abzuscheiden. Diese Verfahrensweise erweitert das Spektrum möglicher einzusetzender chemischer Verbindungen. Um einen Übergang von der Multifaser-Elektrode zu einem Meßgerät zu schaffen, wird diese in der Ausgestaltung von Anspruch 34 an den freigelegten Elektroden-Fasern mit einer Mikroplatine verbunden. Hierdurch stellt man sicher, daß aufgenommene Signale unverfälscht an eine Meßvorrichtung weitergegeben werden Will man den Erfindungsgegenstand für Messungen einsetzen, definiert der unabhängige Verfahrensanspruch 35 die hierzu erforderliche Verfahrensschritte. Zur Bestimmung wenigstens eines Inhaltsstoffes in einem flüssigen Medium mit einem Mikrosensor mit Sensorkopf wird besagter Sensor an einen hochempfindlichen Potentiostaten angeschlossen; mit dem Sensorkopf voran in das flüssige Medium, beispielsweise innerhalb eines Gewebekompartiments eingeführt und mittels zyklischer Voltammetrie Strom- Spannungskurven aufgenommen. Diese Vorgehensweise gestattet es, Inhaltsstoffe bis hinab zu wenigen μmol/l in einer Untersuchungsumgebung nachzuweisen. Außerdem kann man so eine sogenannte Multi-Unit-Aktivität, beispielsweise die neuronale Aktivität vieler Neurone, elektrochemisch untersuchen und gleichzeitig Einzelzellaktivitäten aus diesem sogenannten Summensignal isoliert vermessen. Ebenso kann bei Abrasterung einer Zellkultur mit einem rasterelektrochemischen Mikroskop (= SECM) bei einem konstanten Potential nur ein Wirkstoff selektiv umgesetzt und seine lokale Ausbreitung durch das resultierende dreidimensionale Stromprofil räumlich verfolgt werden.To Claim 32, the sensor head is polished so that it has a conical shape or a partial cone without apex. This shaping facilitates the introduction of the microsensor into narrow cavities and porous wells considerably. In accordance with claim 33, it is possible as an electroactive layer a conductive one Electrochemically or chemically deposit polymer. This procedure extends the range of possible ones to be used chemical compounds. To a transition from the multifiber electrode to create a measuring instrument, this is in the embodiment of claim 34 to the exposed electrode fibers connected to a microplate. This ensures that recorded Signals unadulterated to a measuring device Will you pass the subject of the invention for measurements use, defines the independent method claim 35 the process steps required for this purpose. For the determination at least an ingredient in a liquid Medium with a microsensor with sensor head becomes said sensor connected to a high sensitivity potentiostat; with the Sensor head ahead in the liquid Medium, for example, introduced within a tissue compartment and recorded by means of cyclic voltammetry current-voltage curves. This procedure allows ingredients down to a few μmol / l in to prove a study environment. In addition, you can so a so-called Multi-unit activity, for example, the neuronal activity of many neurons, electrochemically investigate and at the same time single cell activities from this so-called Measure total signal isolated. Similarly, when scanning a Cell culture with a scanning electrochemical microscope (= SECM) at a constant potential only one active ingredient selectively implemented and its local propagation through the resulting three-dimensional Electricity profile spatially be followed.

Das erfindungsgemäße Verfahren liefert schnelle Informationen über Bestandteile des flüssigen Mediums, wenn man nach Anspruch 36 aus der Strom- Spannungskurve für einen Meßpeak einen zugehörigen Spannungswert abliest und diesen anhand von Vergleichswerten einem Inhaltsstoff zuordnet. Außerdem erfährt man in der Ausgestaltung nach Anspruch 37 auf unkomplizierte Weise, wie konzentriert ein Inhaltsstoff im flüssigen Medium vorliegt. Hierzu muß man aus der Strom-Spannungskurve für einen Meßpeak einen zugehörigen Stromwert ablesen und diesem anhand einer für einen Inhaltsstoff charakteristischen Strom/Mengen-Eichgeraden eine entsprechende Menge zuordnen.The inventive method provides fast information about Ingredients of the liquid Medium, if one according to claim 36 from the current-voltage curve for one measurement peak an associated one Read voltage value and this one basis by comparison values Ingredient assigns. Furthermore learns one in the embodiment according to claim 37 in a straightforward way, how concentrated an ingredient is in the liquid medium. For this you have to from the current-voltage curve for one measurement peak an associated one Read current value and this on the basis of a characteristic of an ingredient Current / quantity calibration line one allocate appropriate quantity.

Anspruch 38 beschreibt eine besondere Ausgestaltung der Erfindung und soll deshalb individuellen Schutz genießen. Es handelt sich um ein Verfahren zur analytischen Bestimmung wenigstens eines in einem Organismus, beispielsweise innerhalb des Gehirns vorhandenen Inhaltsstoffes mit einem Mikrosensor;

  • – bei dem in einen Schädel ein kreisrundes Loch gebohrt wird, durch das ein aus Futter und Dorn bestehender Mandrin bis in eine Zielregion des Gehirns eingeführt wird;
  • – der Dorn herausgezogen und der erfindungsgemäße Mikrosensor eingeschoben und bis an die Zielregion herangeführt wird;
  • – mittels zyklischer Voltammetrie Strom- Spannungskurven aufgenommen werden;
  • – auf einem Bildschirm oder an einem Meßgerät die erhaltenen Kurven übereinanderlegt sowie Spannungswerte abgelesen werden und durch Zuordnung zu Eichwerten ein Inhaltsstoff identifiziert wird;
  • – und Stromwerte abgelesen werden, die man auf eine für den Inhaltsstoff spezifische Eichgerade abträgt und dadurch den Inhaltsstoff mengenmäßig bestimmt.
Claim 38 describes a particular embodiment of the invention and should therefore enjoy individual protection. It is a method for the analytical determination of at least one in an organism, for example within the brain existing ingredient with a microsensor;
  • In which a circular hole is drilled in a skull, through which a mandrin consisting of food and thorn is introduced into a target region of the brain;
  • - The mandrel pulled out and the erfindungsge inserted microsensor and is brought up to the target region;
  • - recorded by means of cyclic voltammetry current-voltage curves;
  • - superimposed on a screen or on a meter, the curves obtained and voltage values are read and identified by assignment to calibration values, an ingredient;
  • And current values are read off, which are removed to a specific calibration line for the ingredient and thereby determines the ingredient in terms of quantity.

Dieses Verfahren gestattet es nicht nur, pathophysiologische Mechanismen insbesondere neurodegenerative Fehlbildungen und Erkrankungen postoperativ zu erforschen. Es erlaubt auch, aus intraoperativ aufgezeichneten Daten Störungen eines Populationssignals von Basalganglienkernen und nachgeschalteten motorischen Zentren in systemphysiologischen Ansätzen genauer zu analysieren. Dabei kann durch Verfahren des Mikrosensors ein Gewebe sozusagen elektrophysiologisch „gescannt" werden.This Method not only allows pathophysiological mechanisms in particular neurodegenerative malformations and diseases postoperatively to explore. It also allows to be recorded from intraoperatively Data errors a population signal of basal ganglia nuclei and downstream motor centers in system-physiological approaches to analyze more accurately. there For example, a tissue can be electrophysiologically "scanned" by means of the microsensor.

Die Bauform des Mikrosensors prädestiniert ihn für eine in Anspruch 39 formulierte Verwendung zur qualitativen und quantitativen Detektion von Neurotransmitern und/oder Antioxidantien in Lösungen und an oder in biologischem Material. Hierzu tragen in gleicher Weise seine Geometrie und seine kleine Bauform bei. Auch seine teilchenselektive Polymerbeschichtung ist wichtig. Dies gilt auch für die in Anspruch 40 formulierte Verwendung des Mikrosensors zur Verschiebung von Gleichgewichten zwischen oxidierten und reduzierten Formen eines Neurotransmitters oder eines Hormons innerhalb von Zellgewebeverbänden und interzellulären Zwischenräumen.The The design of the microsensor predestines it for one in claim 39 formulated use for qualitative and quantitative Detection of Neurotransmitters and / or Antioxidants in Solutions and on or in biological material. Wear in the same way its geometry and its small design. Also his particle selective Polymer coating is important. This also applies to the in Claim 40 formulated use of the microsensor for displacement of equilibria between oxidized and reduced forms of a Neurotransmitters or a hormone within cell tissue associations and intercellular Interspaces.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:Further Features, details and advantages of the invention will become apparent the wording of the claims as well as from the following description of exemplary embodiments with reference to FIG Drawings. Show it:

1a eine abschnittweise schematische Ansicht eines Mikrosensors mit einer Tetrode als Multifaser-Mikroelektrode, 1a a section-wise schematic view of a microsensor with a tetrode as a multi-fiber microelectrode,

1b eine schematische Schrägansicht auf den vorderen Teil eines anderen Mikrosensors mit einer Tetrode als Multifaser-Mikroelektrode, 1b a schematic oblique view of the front part of another microsensor with a tetrode as a multi-fiber microelectrode,

2 eine fotographische Draufsicht auf einen Sensorkopf des Mikrosensors aus 1, 2 a photographic plan view of a sensor head of the microsensor 1 .

3 eine schematische Draufsicht auf eine andere Bauform des Sensorkopfes, 3 a schematic plan view of another design of the sensor head,

4 mit einem polythiophen-beschichteten Mikrosensor in phosphatgepufferter Lösung erhaltene Strom/Spannungs – Kurven für verschiedene Dopamin-Konzentrationen, 4 current / voltage curves obtained with a polythiophene-coated microsensor in phosphate-buffered solution for various dopamine concentrations,

5 eine Ausschnittvergrößerung von 4, 5 a section enlargement of 4 .

6 eine mit einem polythiophen-beschichteten Mikrosensor erhaltene Strom/Konzentrations – Kurve für Dopamin, 6 a current / concentration curve for dopamine obtained with a polythiophene-coated microsensor,

7 mit einem polythiophen-beschichteten Mikrosensor in phosphatgepufferter Lösung erhaltene Strom/Spannungs – Kurven für a) gelöstes Dopamin, b) gelöstes Serotonin und c) eine Mischung von gleichen Anteilen gelösten Dopamins und Serotonins, 7 current / voltage curves obtained with a polythiophene-coated microsensor in phosphate-buffered solution for a) dissolved dopamine, b) dissolved serotonin and c) a mixture of equal proportions of dissolved dopamine and serotonin,

8 Strukturformeln von a) Dopamin, b) Serotonin und c) Noradrenalin, 8th Structural formulas of a) dopamine, b) serotonin and c) norepinephrine,

Unter Multifaser-Mikroelektrode 10 ist jede Mikroelektrode mit einem Träger 11 und wenigstens zwei Elektroden-Fasern 14, also auch eine dreifasrige Triode, eine fünffasrige Pentode oder allgemein eine n-fasrige Mikroelektrode zu verstehen, wobei n jeden ganzzahligen Wert größer gleich 2 annehmen kann. Der nachfolgend beschriebene Mikrosensor 1 enthält als Multifaser-Mikroelektrode 10 eine vierfasrige Elektrode. Alle hierzu gemachten Ausführungen gelten, sofern möglich, auch für Mikrosensoren 1 mit n Elektroden-Fasern 14.Under multifiber microelectrode 10 is every microelectrode with a carrier 11 and at least two electrode fibers 14 Thus, a three-fiber triode, a five-fiber pentode or generally to understand an n-fibrous microelectrode, where n can take any integer value greater than or equal to 2. The microsensor described below 1 contains as a multifiber microelectrode 10 a four-fiber electrode. All statements made for this purpose also apply, if possible, to microsensors 1 with n electrode fibers 14 ,

Ein in 1 abgebildeter Mikrosensor 1 besteht aus eine Tetrode 15, die an einer Seite einen Sensorkopf 12 besitzt und an der anderen Seite in ein Kontaktierungsende 20 übergeht. Unter Tetrode 15 versteht man einen Träger 11, in den vier Elektroden-Fasern 14 eingebettet sind ohne einander zu berühren. Sie enden am Sensorkopf 12 und bilden dort punktförmige Bereiche, die bei einer Messung in unmittelbarem Kontakt mit einem zu untersuchenden Medium stehen. Findet in diesem Medium ein elektrochemisches Ereignis statt, so führt dies zu einer lokalen Verschiebung von Ladungen. Diese Ladungsverschiebung überträgt sich am Sensorkopf 12 auf die Elektroden-Fasern 14 der Tetrode 15 und es kommt zu einem elektrischen Signal, das am Kontaktierungsende 20 an eine Mikroplatine 30 und von dort an ein Steuer- und/oder Meßinstrument, beispielsweise an einen hochempfindlichen Potentiostaten, weitergegeben wird.An in 1 mapped microsensor 1 consists of a tetrode 15 with a sensor head on one side 12 owns and on the other side in a contacting end 20 passes. Under tetrode 15 one understands a carrier 11 , in the four electrode fibers 14 are embedded without touching each other. They end at the sensor head 12 where they form punctiform areas that are in direct contact with a medium to be examined during a measurement. If an electrochemical event takes place in this medium, this leads to a local shift of charges. This charge transfer is transferred to the sensor head 12 on the electrode fibers 14 the tetrode 15 and there is an electrical signal at the contacting end 20 to a microplate 30 and from there to a control and / or measuring instrument, for example to a highly sensitive potentiostat, is passed.

Die Tetrode 15 besitzt Abmessungen, die mit denen eines Haares vergleichbar sind. Sie ist zwischen 5 cm und 15 cm, idealerweise 10 cm lang und hat einen Durchmesser von 50 μm bis 110 μm, nach Möglichkeit jedoch zwischen 70 μm und 90 μm. Ihr Sensorkopf 12 nimmt in einer Ausführungsform einen Winkel von 90° zur Tetroden-Längsachse ein und bildet eine in das flüssige Medium eintauchende Tetrodenstirnfläche. Diese ist rund oder oval und glatt poliert. Ihr Durchmesser entspricht bei einer zylindrischen Tetrodenform dem der Tetrode 15. Bei einer konischen Ausgestaltung ist ihr Sensorkopfdurchmesser jedoch kleiner und sogar nahezu null, sofern die Tetrode 15 meßseitig, wie in 1b gezeigt, eine Spitze ausbildet. Bei einer solchen Spitzform sind die punktförmigen Bereiche auf einem Kegelmantel angeordnet.The tetrode 15 has dimensions that are comparable to those of a hair. It is between 5 cm and 15 cm, ideally 10 cm long and has a diameter of 50 microns to 110 microns, if possible between 70 microns and 90 microns. Your sensor head 12 takes one in one embodiment Angle of 90 ° to the tetrode longitudinal axis and forms a dipping into the liquid medium Tetrodenstirnfläche. This is round or oval and polished smooth. Their diameter corresponds to the tetrode in a cylindrical tetrode shape 15 , In a conical design, however, their sensor head diameter is smaller and even almost zero, provided the tetrode 15 on the measuring side, as in 1b shown, a tip trains. In such a pointed shape, the punctiform regions are arranged on a cone sheath.

Ein Großteil der Tetrode 15 besteht aus einem elektrisch isolierenden Träger 11 oder Mantel. Neben verschiedenen hochschmelzenden Glaswerkstoffen wie beispielsweise Borosilikat-Glas ist reines Siliziumdioxid in Form von Quarzglas hierfür besonders geeignet. Auch duroplastische, mechanisch auf Zug beanspruchbare Polymere können die Elektroden-Fasern 14 isolierend ummanteln.Much of the tetrode 15 consists of an electrically insulating carrier 11 or coat. In addition to various high-melting glass materials such as borosilicate glass pure silica in the form of quartz glass is particularly suitable for this purpose. Thermoset polymers which can be subjected to tensile stress can also be used for the electrode fibers 14 encasing insulating.

Diese Fasern 14 durchspannen die Tetrode 15 in voller Länge und sind stoffschlüssig mit dem Träger 11 verbunden. Sie sind aus einem Draht oder Faden eines wieder erstarrten noblen Metalls gebildet. Besonders gut eignen sich Gold, Silber, Palladium, Kupfer und Platin. Auch Legierungen dieser Edelmetalle mit Vertretern von Übergangsmetallen aus den Gruppen drei bis zwölf des Periodensystems (erste bis achte Nebengruppe) finden Anwendung, so beispielsweise mit Platin vergesellschaftetes Wolfram. Die Elektroden-Fasern 14 haben jeweils einen Durchmesser von 4 bis 18 μm, wobei jedoch Querschnitte von 10 bis 12 μm besonders günstig sind.These fibers 14 span the tetrode 15 in full length and are materially bonded to the carrier 11 connected. They are made of a wire or thread of a re-solidified noble metal. Gold, silver, palladium, copper and platinum are particularly suitable. Alloys of these precious metals with representatives of transition metals from groups three to twelve of the periodic table (first to eighth subgroup) are also used, for example platinum-associated tungsten. The electrode fibers 14 each have a diameter of 4 to 18 microns, but cross-sections of 10 to 12 microns are particularly favorable.

Man kann jede der Fasern 14 einzeln elektronisch ansteuern, so daß in einer Tetrode 15 vier voneinander unabhängige Mikro-Scheibenelektroden plaziert sind. Günstigerweise sind, wie in 2 zu sehen, jeweils drei von ihnen koaxial um die im Träger 11 mittig angeordnete vierte Faser 14 gruppiert. Dadurch ist es möglich, die Tetrode 15 auch als Ringscheiben-Elektrode zu betreiben, indem einerseits die mittig angeordnete Faser 14 und andererseits die konzentrisch angeordneten, nun als Ring zusammen geschalteten Elektroden 14 jeweils ein einziges elektrisches Signal erzeugen.You can choose any of the fibers 14 individually electronically drive so that in a tetrode 15 four independent micro-disc electrodes are placed. Conveniently, as in 2 see each of them coaxially around the one in the carrier 11 centrally located fourth fiber 14 grouped. This makes it possible for the tetrode 15 To operate as a ring-disk electrode, on the one hand, the centrally arranged fiber 14 and on the other hand, the concentrically arranged, now connected together as a ring electrodes 14 each generate a single electrical signal.

Von den vier Elektroden-Fasern 14 lassen sich auch nur zwei gemeinsam ansteuern oder verbinden. Hierdurch wird am Sensorkopf 12 ein Flächenbereich über dem zu untersuchenden Medium abgedeckt, der entweder nur auf einer den konzentrischen Ring bildenden Kreisfläche liegt oder aber sowohl einen Teil dieser Kreisfläche als auch eine im Zentrum des Sensorkopfes 12 angeordnete Teilfläche erfaßt. Sind die Elektroden-Fasern 14, wie in 3 in Form eines Rechtecks im Träger 11 lokalisiert, kann ein größerer Flächenbereich des Sensorkopfes 12 homogen erfaßt werden.Of the four electrode fibers 14 Only two can be controlled or connected together. This will cause the sensor head 12 covering a surface area above the medium to be examined, which lies either only on a circular area forming the concentric ring or else both a part of this circular area and one in the center of the sensor head 12 arranged part surface detected. Are the electrode fibers 14 , as in 3 in the form of a rectangle in the carrier 11 localized, can a larger area of the sensor head 12 be detected homogeneously.

Die am Sensorkopf 12 endenden punktförmigen Bereiche der Elektroden-Fasern 14 haben keinen stoffschlüssigen Kontakt zum Träger 11, sondern weisen nur in das zu untersuchende Medium. Sie besitzen in einer bevorzugten Ausführungsform in der Art einer miniaturisierten Dreistab-Meßkette eine unterschiedliche, elektrochemische Aktivität. Hierzu werden sie auf verschiedene Weise modifiziert oder belegt und bilden dann eine Gegenelektrode 40, eine Referenzelektrode 50 und eine Arbeitselektrode 60. Wenigstens eine dieser Elektroden 40, 50, 60 besitzt eine durch Glanzbildner hervorgerufene homogen glatte Struktur und/oder Oberfläche.The at the sensor head 12 ending point-shaped areas of the electrode fibers 14 have no cohesive contact with the carrier 11 but only point into the medium to be examined. In a preferred embodiment, they have a different, electrochemical activity in the manner of a miniaturized three-bar measuring chain. For this purpose, they are modified or occupied in various ways and then form a counter electrode 40 , a reference electrode 50 and a working electrode 60 , At least one of these electrodes 40 . 50 . 60 has a homogeneous smooth structure and / or surface caused by brightener.

Die Gegenelektrode 40 besteht aus wenigstens einer unveränderten Elektroden-Faser 14. Um innerhalb einer Meßumgebung von etwa 300 μm2 bis 9000 μm2 eine möglichst große Bezugsmeßfläche zu erhalten, werden zwei Elektroden-Fasern 14 zu einer Gegenelektrode 40 zusammengeschaltet. Diese überdeckt innerhalb der Meßumgebung eine Bezugsmeßfläche von ungefähr 15 μm2 bis 520 μm2, wohingegen ein einzelner Elektroden-Faden 14 nur etwa 7 μm2 bis 260 μm2 erfaßt.The counter electrode 40 consists of at least one unchanged electrode fiber 14 , In order to obtain the largest possible reference measuring surface within a measuring environment of about 300 μm 2 to 9000 μm 2 , two electrode fibers are formed 14 to a counter electrode 40 connected together. This covers within the measurement environment a reference measuring area of about 15 microns 2 to 520 microns 2 , whereas a single electrode thread 14 only about 7 microns 2 to 260 microns 2 detected.

Die Referenzelektrode 50 registriert zusammen mit der Gegenelektrode 40 alle in der Meßumgebung des zu untersuchenden Mediums auftretenden elektrochemischen Änderungen, ist also nicht spezifisch für nur durch bestimmte Ionen oder Moleküle hervorgerufene Zustandswechsel. Sie besteht beispielsweise aus einer mit einer Silberschicht 70 überzogenen Elektroden-Faser 14, wobei die Silberschicht 70 einen Silberchloridüberzug besitzt. Die Metallchlorid-Schicht 70 weist eine Dicke von etwa 1 bis 2 μm auf, wohingegen das darunter befindliche amorphe Metall ungefähr 2 bis 5 μm dick ist.The reference electrode 50 registered together with the counter electrode 40 all occurring in the measurement environment of the medium to be examined electrochemical changes, so it is not specific for only caused by certain ions or molecules state change. It consists for example of one with a silver layer 70 coated electrode fiber 14 where the silver layer 70 has a silver chloride coating. The metal chloride layer 70 has a thickness of about 1 to 2 microns, whereas the underlying amorphous metal is about 2 to 5 microns thick.

Um gezielt elektrochemische Signale bestimmter Ionen oder Moleküle sowie gewisser Teilchenfamilien im zu untersuchenden Medium heraus zu filtern, besitzt jede Arbeitselektrode 60 eine spezifische Schicht 80, die elektrisch leitend ist und besonders gut haftet, wenn man den jeweils unbeschichteten Elektroden-Faden 14, insbesondere dessen punktförmigen Bereich zuvor beispielsweise mittels Schwefelsäure aufrauht.In order to specifically filter out electrochemical signals of certain ions or molecules as well as certain families of particles in the medium to be examined, each working electrode has 60 a specific layer 80 , which is electrically conductive and adheres particularly well, if one uses the uncoated electrode thread 14 , in particular its punctiform area previously roughened, for example by means of sulfuric acid.

Ein an dieser Schicht 80 pro Analyt-Teilchen gemessener Umsatzstrom ist um so höher, je dicker diese ist. Zur Bestimmung der Konzentration hormonaler Neurotransmitter, wie etwa Dopamin und Serotonin und zum Nachweis von Antioxidantien wie Ascorbinsäure ist die aus einem Polymer bestehende Schicht 80 zwischen 30 nm und 3 μm dick. Sie ist luft- und feuchtigkeitsunempfindlich und wird auch nicht anodisch oxidiert, sofern ein gegen eine Kalomel-Elektrode gemessenes, angelegtes Potential einen maximalen Wert von 0,6 V nicht überschreitet.One on this layer 80 The flow rate measured per analyte particle is the higher, the thicker it is. To determine the concentration of hormonal neurotransmitters such as dopamine and serotonin and to detect antioxidants such as ascorbic acid is the layer of a polymer 80 between 30 nm and 3 μm thick. It is insensitive to air and moisture and is also not oxidized anodically, provided that an applied potential measured against a calomel electrode does not exceed a maximum value of 0.6 V.

Die Schicht 80 besteht aus einem Polycarbazol oder einem Polythiophen bzw. aus einem speziellen Polypyrrol. Unter Polycarbazol bzw. Polythiophen und Polypyrrol versteht man auch Polymere die aus Derivaten von Carbazol, Thiophen oder Pyrrol durch Elektropolymerisation erhalten werden. So fallen unter die Gruppe der Polythiophene auch Polythiophen-3-carbonsäure oder Poly-3-methyl-thiophen sowie Di- oder Trimere dieser Verbindungen, wie Poly-terthiophene und Poly-bithiophene. Diese Polythiophene werden aus Thiophen-3-carbonsäure oder 3-Methyl-thiophen sowie aus di- oder trimeren Verbindungen, wie Terthiophenen oder Bithiophenen erhalten.The layer 80 consists of a polycarbazole or a polythiophene or of a special polypyrrole. Polycarbazole or polythiophene and polypyrrole are also polymers which are obtained from derivatives of carbazole, thiophene or pyrrole by electropolymerization. Thus, the group of polythiophenes also includes polythiophene-3-carboxylic acid or poly-3-methylthiophene and di- or trimers of these compounds, such as poly-terthiophenes and poly-bithiophenes. These polythiophenes are obtained from thiophene-3-carboxylic acid or 3-methylthiophene and from di- or trimeric compounds, such as terthiophenes or bithiophenes.

Elektropolymerisation bedeutet, die spezifische Polymerschicht 80 galvanostatisch, potentiostatisch oder potentiodynamisch aus einer wenigstens ein Monomer enthaltenden Lösung auf der Arbeitselektrode 60 abzuscheiden. Bei einer galvanostatischen Beschichtung wird während der Elektropolymerisation der angelegte Strom konstant gehalten und eine sich zeitlich ändernde Spannung gemessen, während bei einer potentiostatischen Beschichtung die Spannung konstant gehalten und der sich zeitlich ändernde Strom gemessen wird. Bei einer potentiodynamischen Arbeitsweise wird eine angelegte Spannung variiert und der sich ändernde Strom gemessen. In allen Fällen verbinden sich die eingesetzten Monomere und scheiden sich als spezifische Schicht 80 auf jeder elektrisch kontaktierten Arbeitselektrode 60 ab.Electropolymerization means the specific polymer layer 80 galvanostatic, potentiostatic or potentiodynamic from a solution containing at least one monomer on the working electrode 60 deposit. In the case of a galvanostatic coating, the applied current is kept constant during the electropolymerization and a time-varying voltage is measured, while in the case of a potentiostatic coating the voltage is kept constant and the time-varying current is measured. In a potentiodynamic mode of operation, an applied voltage is varied and the changing current is measured. In all cases, the monomers used combine and separate as a specific layer 80 on each electrically contacted working electrode 60 from.

Um die Qualität der Arbeitselektrode 60 zu verbessern, ist deren teilchenspezifische Schicht 80 außerdem chemisch oder elektrochemisch dotiert oder dotierbar. Dies erhöht ihre Stabilität und dient dazu, noch gezielter ausgewählte Moleküle elektrochemisch umzusetzen. Dabei läßt sich durch Wahl eines geeigneten Dotierungsmittels das Leitfähigkeits-Verhalten von Polycarbazol um mehr als das Doppelte steigern.To the quality of the working electrode 60 to improve is their particle-specific layer 80 also chemically or electrochemically doped or dopable. This increases their stability and serves to electrochemically convert even more specifically selected molecules. By choosing a suitable dopant, the conductivity behavior of polycarbazole can be more than doubled.

Man unterscheidet zwischen einer n-Dotierung und einer p-Dotierung. Letztere entsteht, wenn eine vollständig abgeschiedene Polymerschicht 80 in einer Salzlösung durch ein positives Potential teilweise oxidiert wird. Hierdurch entstehen als p-Löcher bezeichnete, positiv geladene Bereiche, die sich entlang der Schicht 80 durch Delokalisation verschieben. In diese Löcher dringen Anionen aus der Salzlösung ein und stabilisieren die Polymerschicht 80. N-dotiert ist eine teilchenselektive Polymerschicht 80, wenn man sie in einer Salzlösung kathodisch reduziert. Nun bilden sich als n-Löcher bezeichnete, negativ geladene Bereiche aus und delokalisieren sich entlang der leitenden Schicht 80. Aus Ladungsneutralitätsgründen diffundieren Kationen der Salzlösung in die gebildeten Löcher und erzeugen so die n-Dotierung.A distinction is made between an n-type doping and a p-type doping. The latter arises when a completely deposited polymer layer 80 in a saline solution is partially oxidized by a positive potential. This results in p-holes, positively charged areas extending along the layer 80 move through delocalization. Anions from the salt solution penetrate into these holes and stabilize the polymer layer 80 , N-doped is a particle-selective polymer layer 80 when cathodically reduced in a saline solution. Now, negatively charged regions, called n-holes, form and delocalize along the conductive layer 80 , For reasons of charge neutrality, cations of the salt solution diffuse into the holes formed and thus generate the n-type doping.

Bevorzugt führt man Dotierungen in polar aprotischen Lösemitteln, wie beispielsweise Acetonitril (ACN), Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimetyhlformamid (DMF), Dioxan, Tetrahydrofuran (THF) sowie anderen alizyklischen oder aliphatischen Aethern und in sehr oxidationsträgen, zyklischen Ketonen durch. Als Dotierungsmittel eignen sich alle gängigen Salze; man nennt sie Leitsalze. Für die Erfindung lassen sich solche der Camphersulfonsäure (CSA) und der Polyvinylsulfonsäure (PVS) sowie Jodide, Bromide, Chloride, Fluoride, Sulfate und Hydrogensulfate einsetzen. Auch verschiedenste Metallionen sind verwendbar. Außerdem eignen sich Nitrate, Phosphorhalogenide, Borhalogenide, Perchlorate und quartäre Ammoniumsalze. Auch Salze mit großen Kationen, wie Tetra-n-butylammoniumhexafluorophosphat (TBAPF6), Tetra-n-butylammoniumperchlorat (TBACIO4) und Tetrabutylammoniumtetrafluoroborat (TBABF4) sind besonders gut verwendbar.Preference is given to doping in polar aprotic solvents, such as acetonitrile (ACN), dimethyl sulfoxide (DMSO), Dimetyhlformamid (DMF), dioxane, tetrahydrofuran (THF) and other alicyclic or aliphatic ethers and in very oxidation-resistant, cyclic ketones by. Suitable dopants are all common salts; they are called conductive salts. For the invention, those of camphorsulfonic acid (CSA) and polyvinylsulfonic acid (PVS) and iodides, bromides, chlorides, fluorides, sulfates and hydrogen sulfates can be used. Also various metal ions are usable. Also useful are nitrates, phosphorus halides, boron halides, perchlorates and quaternary ammonium salts. Also, salts with large cations such as tetra-n-butylammonium hexafluorophosphate (TBAPF 6 ), tetra-n-butylammonium perchlorate (TBACIO 4 ) and tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBABF 4 ) are particularly useful.

Neben der Dotierung beeinflussen bei der Herstellung des leitenden Polymers auch die elektrochemische Abscheidemethode, ein gewählter Potentialbereich, eine angelegte Potentialänderungsgeschwindigkeit, eine eingestellte Temperatur, die Konzentration an Monomer- oder Oligomer, das verwendete Lösemittel und eingesetzte katalytisch wirkende Basen die Qualität der polymerbeschichteten Arbeitselektrode 60.In addition to doping, in the preparation of the conductive polymer, the electrochemical deposition method, selected potential range, applied rate of potential change, set temperature, monomer or oligomer concentration, solvent used, and catalytic bases employed, also affect the quality of the polymer coated working electrode 60 ,

Beim Umsatz von neuronalen Botenstoffen oder anderen zyklischen Analyten an einer polycarbazolbeschichteten Arbeitselektrode 60 erhält man nur dann ausgeprägte Strommaxima, wenn die spezifische Polymerbeschichtung 80 vorab unter bestimmten Bedingungen erzeugt wurde. So muß das leitende Polymer durch potentiodynamische, potentiostatische oder galvanostatische Elektropolymerisation aus einem gelösten monemeren Carbazol unter Zusatz einer sterisch gehinderten schwer oxidierbaren Stickstoffbase gewonnen und während des Entstehungsprozesses sofort dotiert werden.In the turnover of neuronal messengers or other cyclic analytes on a polycarbazole coated working electrode 60 one obtains only pronounced current maxima, if the specific polymer coating 80 was produced in advance under certain conditions. Thus, the conductive polymer must be obtained by potentiodynamic, potentiostatic or galvanostatic electropolymerization of a dissolved monomerene carbazole with the addition of a sterically hindered hardly oxidizable nitrogen base and be doped during the formation process immediately.

Als sterisch gehinderte Basen gebraucht man Fünf- oder Sechsring-Heterozyklen, die mehrfach alkyliert sind. Hierzu zählen mit mehreren tert-Butyl- sowie Isopropyl- oder Methylresten versehene Pyrrole, Pyrazole und Imidazole, Pyridine, Pyrimidine und Indole. Beispiele hierfür sind 3,5-Methyl-pyrazol, 2,4-Lutidin und 2,4 Di-tert-butylpyridin, 2,4,6-Collidin, 2,4,6 Tri-tert-butyl-pyridin, 2,6-Di-tert-butyl-4-methyl-pyridin und 1,2,2,6,6-Pentamethyl-4-hydroxypiperidin. Auch 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octane (DABCO) läßt sich verwenden.When sterically hindered bases one uses five or six-ring heterocycles, which are alkylated several times. These include several tert-butyl and isopropyl or methyl pyrroles, pyrazoles and Imidazoles, pyridines, pyrimidines and indoles. Examples are 3,5-methyl-pyrazole, 2,4-lutidine and 2,4-di-tert-butylpyridine, 2,4,6-collidine, 2,4,6 Tri-tert-butylpyridine, 2,6-di-tert-butyl-4-methyl-pyridine and 1,2,2,6,6-pentamethyl-4-hydroxypiperidine. 1,4-Diazabicyclo [2.2.2] octane (DABCO) can also be used.

Beschichtet man den punktförmigen Endbereich einer Elektroden-Faser 14 potentiodynamisch in einem schmalen Potentialbereich von 0,8 V bis 1,4 mit Polycarbazol, erhält man dünne Polymerschichten 80. Diese eignen sich gut zur Detektion geringer Analyt-Konzentrationen. Andererseits bildet sich bei einem potentiostatisch abgeschiedenen Polycarbazol eine dicke Polymerschicht 80, mit der sich gut hohe Neurotransmitter- oder Ascorbinsäure-Konzentrationen bestimmen lassen.If the point-shaped end region of an electrode fiber is coated 14 Potentiodynamic in a narrow potential range of 0.8 V to 1.4 with polycarbazole, one obtains thin polymer layers 80 , These are good for low detection Analyte concentrations. On the other hand, with a potentiostatically deposited polycarbazole, a thick polymer layer is formed 80 , which can be used to determine high neurotransmitter or ascorbic acid concentrations.

Das aus einem Mono-, Bi- oder Terthiophen gewonnene Polythiophen zeigt beim Umsatz der genannten Analyte ebenfalls ausgeprägte Strommaxima. Jedoch muß auch hier die potentiodynamische, potentiostatische oder galvanostatische Elektropolymerisation und die Dotierung des sich bildenden Polymers simultan stattfinden. Ein Basenzusatz ist nicht erforderlich.The shows polythiophene obtained from a mono-, bi- or terthiophene in the conversion of said analytes also pronounced current maxima. However, too here the potentiodynamic, potentiostatic or galvanostatic Electropolymerization and the doping of the forming polymer take place simultaneously. A base addition is not required.

Auch auf einer Elektroden-Faser 14 abgeschiedenes Polypyrrol eignet sich für den Nachweis der genannten hormonalen und antioxidativ wirkenden Analyte. Jedoch gelingt dies nur mit einem galvanostatisch gewonnenen und anschließend bei einem konstanten Potential gezielt überoxidierten Polypyrrol. Bei der galvanostatischen Erzeugung ist zudem der Zusatz einer der genannten sterisch gehinderten Basen erforderlich.Also on an electrode fiber 14 deposited polypyrrole is suitable for the detection of said hormonal and antioxidant-acting analytes. However, this is only possible with a polypyrrole obtained galvanostatically and subsequently overoxidized at a constant potential. In the galvanostatic generation addition of one of the said sterically hindered bases is also required.

Sowohl Polycarbazole und Polythiophene als auch Polypyrrole haben konjugierte n-Elektronenpaare und leiten den elektrischen Strom. Alle Verbindungen bestehen aus polymeren, aromatischen Ringsystemen und können mit zyklischen Verbindungen im allgemeinen und besonders mit denen der genannten neuronalen Botenstoffe sowie mit Ascorbinsäure Wechselwirken. Das bedeutet, sie halten diese solange im Flächenbereich der Arbeitselektrode 60, bis ein elektrochemisches Ereignis eintritt. Meist handelt es sich hierbei um eine Oxidation der Neurotransmitter, die an der Arbeitselektrode 60 zu einem elektrischen Signal führt. Es kann aber auch eine Reduktion der bereits oxidierten hormonalen Botenstoffe stattfinden, sofern die Arbeitselektrode 60 kathodisch angesteuert wird. Oft finden Oxidation und Reduktion jedoch im schnellen Wechsel statt, denn man verwendet als Meßmethode die Zyklovoltammetrie (ZV) oder die schnelle Zyklovoltammetrie (SZV), um eine Verarmung der zu bestimmenden Moleküle oder Teilchenfamilien im Medium zu vermeiden.Both polycarbazoles and polythiophenes as well as polypyrroles have conjugated n-electron pairs and conduct the electric current. All compounds consist of polymeric, aromatic ring systems and can interact with cyclic compounds in general and especially with those of said neuronal messengers and with ascorbic acid. This means that they hold them in the surface area of the working electrode 60 until an electrochemical event occurs. This is usually an oxidation of the neurotransmitters at the working electrode 60 leads to an electrical signal. But it can also take a reduction of the already oxidized hormonal messengers, if the working electrode 60 is controlled cathodically. However, oxidation and reduction often take place rapidly, since cyclic voltammetry (ZV) or fast cyclic voltammetry (SZV) is used as the measuring method in order to avoid depletion of the molecules or particle families to be determined in the medium.

Bei einer zyklovoltammetrischen Messung legt man an die Arbeitselektrode 60 eine negative Spannung an und erhöht sie schrittweise bis zu einem maximalen positiven Wert. Von dort kehrt man genauso schrittweise wieder zum negativen Ausgangswert zurück und detektiert für jeden angelegten Spannungswert einen an der Arbeitselektrode 60 fließenden Strom. Immer dann, wenn ein Oxidations- oder Reduktionsereignis auftritt, ändert sich dieser Strom gegenüber einer Meßkurve ohne ein solches Ereignis.In a cyclic voltammetric measurement, one attaches to the working electrode 60 a negative voltage and gradually increases it to a maximum positive value. From there one returns just as gradually back to the negative output value and detects for each applied voltage value one at the working electrode 60 flowing electricity. Whenever an oxidation or reduction event occurs, that current changes from a trace without such an event.

Diese Tatsache nutzt man, um in einem separaten Experiment denjenigen Konzentrationsbereich eines Analyten zu bestimmen, in dem die gemessenen Stromänderungen linear verlaufen. Hierzu trägt man ermittelte Peakstrom-Werte (y-Achse) von Meßproben bekannter Konzentration gegen eingesetzte Mengen an Neurotransmitter auf und erhält für einen ausgezeichneten Bereich eine Kalibratinsgerade. Innerhalb dieses linearen Konzentrationsbereichs lassen sich in einer Probenlösung unbekannte Mengen an entsprechendem Analyt mit dem Mikrosensor 1 durch Messung der Peakströme verläßlich ermitteln. Somit sind innerhalb dieses Detektionsbereichs auch Konzentrationsänderungen von Neurotransmittern in vivo zuverlässig detektierbar.This fact is used to determine in a separate experiment that concentration range of an analyte in which the measured current changes are linear. For this purpose, determined peak current values (y-axis) of test samples of known concentration are used against amounts of neurotransmitter used, and a calibration range is obtained for an excellent range. Within this linear concentration range, unknown quantities of corresponding analyte can be mixed with the microsensor in a sample solution 1 reliably determined by measuring the peak currents. Thus, within this detection range, changes in the concentration of neurotransmitters in vivo can be reliably detected.

Die Elektroden-Fasern 14 der verschiedenen Elektroden 40, 50, 60 und der sie umhüllende als Träger 11 dienende Quarzglasmantel verleihen dem Mikrosensor 1 Stabilität. Diese wird noch erhöht, weil die Tetrode 15 erfindungsgemäß in eine beidseits geöffnete Kanüle 16 eingeklebt ist, wozu in der Regel Haftvermittler auf Epoxid- oder Acrylharzbasis verwendet werden. Besagte Kanüle 16 besitzt die gleiche Länge, wie der Träger 11 und hat einen Außendurchmesser von 250 μm bis 350 μm; nach Möglichkeit liegt er bei 305 μm. Ihre Wandung ist zwischen 1 μm und 3 μm, bevorzugt 1,5 μm dick und besteht aus einem elektrisch abschirmend wirkenden Glasmantel, wobei nicht unbedingt auf hochschmelzende Silikatgläser oder Quarz zurückgegriffen werden muß. Soll die Kanüle 16 als Faraday-Käfig wirken oder als Mantel-Elektrode elektrisch angesteuert werden, ist sie aus Edelstahl oder aus einem anderen, oxidativ schwer angreifbaren Metallwerkstoff gleicher Dimensionierung gefertigt. Beide Kanülen-Typen 16 umhüllen die Tetrode 15 in ihrer Längsausdehnung vollständig. Lediglich am Kontaktierungsende 20 ragen freiliegende Elektroden-Fasern 14 heraus. Hierzu wird die Tetrode 15 vor dem Einführen in die Kanüle 16 in einem definierbaren Bereich mit Flußsäure behandelt und auf diese Weise ihr Isolationsmantel 11 entfernt.The electrode fibers 14 the different electrodes 40 . 50 . 60 and the one enveloping them as a carrier 11 serving quartz glass jacket give the microsensor 1 Stability. This is increased because the tetrode 15 According to the invention in a cannula open on both sides 16 glued, which are usually used adhesion promoter on epoxy or acrylic resin base. Said cannula 16 has the same length as the carrier 11 and has an outer diameter of 250 microns to 350 microns; if possible it is 305 μm. Its wall is between 1 .mu.m and 3 .mu.m, preferably 1.5 microns thick and consists of an electrically shielding acting glass jacket, which does not necessarily have to resort to high-melting silicate glasses or quartz. Should the cannula 16 act as a Faraday cage or electrically driven as a sheath electrode, it is made of stainless steel or another, oxidatively difficult to attack metal material of the same dimensions. Both cannula types 16 envelop the tetrode 15 in its longitudinal extent completely. Only at the contacting end 20 protrude exposed electrode fibers 14 out. This is the tetrode 15 before insertion into the cannula 16 Treated in a definable area with hydrofluoric acid and in this way their isolation coat 11 away.

Die freigelegten Elektroden-Fasern 14 sind an der Mikroplatine 30 befestigt, vorzugsweise festgelötet. Auch Kontaktdrähte 32 sind an ihr über Lötstellen gehaltert und verbinden den Mikrosensor 1 mit einer elektrischen Quelle und/oder einem elektronischen Meßinstrument. Freigelegte Enden der Elektroden-Fasern 14, Mikroplatine 30 und Enden der Kontaktdrähte 32 sind in eine Klebstoffschicht eingebettet und bilden so das Kontaktierungsende 20, welches auf der angrenzenden Kanüle 16 aufliegt und mit ihr eine festhaftende Klebeverbindung eingeht. In einer anderen Ausführungsform wird das Kontaktierungsende 20 nicht haftend auf die Kanüle 16 aufgesetzt, sondern so in ihr versenkt und verklebt, daß nur noch die Kontaktdrähte 32 herausragen. Zur punktgenauen und stabilen Fixierung bedient man sich ebenfalls der bereits genannten Kunstharzkleber oder verwendet ein anderes, schnell aushärtendes Polymerisat, das auch aus zwei Komponenten bestehen kann.The exposed electrode fibers 14 are on the microplate 30 attached, preferably soldered. Also contact wires 32 are held to it via solder joints and connect the microsensor 1 with an electrical source and / or an electronic measuring instrument. Uncovered ends of the electrode fibers 14 , Microplate 30 and ends of the contact wires 32 are embedded in an adhesive layer and thus form the contacting end 20 which is on the adjacent cannula 16 rests on it and enters into a firmly adhering adhesive bond. In another embodiment, the contacting end 20 not sticking to the cannula 16 put on, but so sunk into it and glued, that only the contact wires 32 protrude. For precise and stable fixation, one also uses the already mentioned synthetic resin adhesive or uses another, fast-curing polymer, which may also consist of two components.

Der Mikrosensor 1 läßt sich noch robuster gestalten, indem die Kanüle 16 samt Tetrode 15 und Kontaktierungsende 20 in eine an beiden Enden offene Kapillare 18 eingeschoben und dort mit genannten Klebern verschiebungsfest fixiert wird. Bei kompakter Bauform ragen nur noch die Kontaktdrähte 32 aus der Kapillare 18 heraus. Ist diese 18 für die Mikroplatine 30 jedoch zu engwandig oder soll die Platine 30 mit zusätzlichen Leitungen verbunden werden, kann das noch nicht in Klebeharz eingeschlossene Kontaktierungsende 20 auch auf der Kapillare 18 aufliegen. Es wird erst nach vorgenommener Verschaltung und Verlötung vollflächig mit Klebstoff überzogen und hierdurch endseitig auf der Kanüle 16 und auf der Kapillare 18 festgelegt. Letztere besteht aus Glas, wobei hier nicht unbedingt auf hochschmelzende Verbindungen zurückgegriffen werden muß. Auch biegeelastische, inerte Kunststoffe wie Polytetrafluoroethylen (PTFE) eignen sich gut als schützender Kapillarmantel.The microsensor 1 can be made even more robust by the cannula 16 including tetrode 15 and contacting end 20 in a capillary open at both ends 18 pushed in and fixed there with said adhesives shift resistant. In a compact design, only the contact wires protrude 32 from the capillary 18 out. Is this 18 for the microplate 30 However, too narrow-walled or should the board 30 can be connected with additional lines, the not yet enclosed in adhesive resin contacting end 20 also on the capillary 18 rest. It is only after completion of interconnection and soldering over the entire surface covered with adhesive and thereby end to the cannula 16 and on the capillary 18 established. The latter consists of glass, which does not necessarily have to resort to high-melting compounds. Also, flexurally elastic, inert plastics such as polytetrafluoroethylene (PTFE) are well suited as a protective capillary sheath.

Die Mikroplatine 30 empfängt am Sensorkopf 12 entstehende Signale und übermittelt sie verlustneutral an ein Meßgerät. Außerdem registriert sie von einer Quelle ausgehende elektrische Ereignisse und leitet sie ebenfalls ohne Verlust bis an den Sensorkopf 12. Sie besteht aus einem kupferbeschichteten Kunststoff-Flachmaterial, das eine konisch zulaufende Form besitzt. Beispielsweise hat sie eine Oberfläche von 10 bis 40 mm2, nach Möglichkeit um die 25 mm2, wobei Kantenlängen von 2 bis 15 mm gängig sind und solche von 4 bis 8 mm bevorzugt werden. Soll die Mikroplatine 30 innerhalb der Kanüle 16 oder der Kapillare 18 versenkt werden, ist ihre Oberfläche wesentlich kleiner und liegt nur noch bei 0,5 mm2 oder darunter. Die an der Platine 30 befestigten, streifenförmigen Kontaktdrähte 32 haben einen Durchmesser von 5 μm bis 25 μm, Idealerweise 15 μm und bestehen aus einem Edelmetall, wobei bevorzugt Silber verwendet wird. Sie sind gegeneinander durch einen sie umgebenden Silikonschlauch isoliert. Dieser ist unterbrochen, wenn zwei oder mehrere der gewöhnlich vier vorhandenen Kontaktdrähte 32 miteinander durch Verbindung elektrisch zusammengeführt werden, wie es beispielsweise geschieht, um die von der Gegenelektrode 40 zu überstreichende Bezugsmeßfläche zu vergrößern.The microplate 30 receives at the sensor head 12 resulting signals and transmitted loss-neutral to a meter. It also records electrical events from a source and also passes them to the sensor head without loss 12 , It consists of a copper-coated plastic sheet, which has a tapered shape. For example, it has a surface of 10 to 40 mm 2 , if possible 25 mm 2 , with edge lengths of 2 to 15 mm are common and those of 4 to 8 mm are preferred. Should the microplate 30 inside the cannula 16 or the capillary 18 their surface is much smaller and is only 0.5 mm 2 or below. The on the board 30 attached, strip-shaped contact wires 32 have a diameter of 5 microns to 25 microns, ideally 15 microns and are made of a precious metal, preferably silver is used. They are isolated from each other by a surrounding silicone tube. This is broken when two or more of the usual four existing contact wires 32 be electrically interconnected by connection, as it happens, for example, to that of the counter electrode 40 to be swept to be swept reference surface.

Zur Schaffung des erfindungsgemäßen Mikrosensors 1 werden wenigstens zwei Metalldrähte aus Platin oder einer Platin-Metalllegierung in ein Quarzrohr verbracht und dieses nach der Taylor Methode bei erhöhter Temperatur unter Zugspannung verformt. Die dadurch erhaltene Multifaser-Mikroelektrode 10 ist ein unlösbarer Verbund aus Quarzträger 11 und entstandenen Elektroden-Fasern 14. Er wird an seinem spitzen Ende glatt poliert, so daß der Sensorkopf 12 entsteht. Dieser ist für die Tetrode 15 in 2 und 3 abgebildet. Seine runde oder ovale Oberfläche verläuft senkrecht zur Mikrosensor-Längsachse und besitzt den gleichen Durchmesser wie die Multifaser-Mikroelektrode 10. Die zumindest teilweise konische Form des Mikrosensors 1 kommt bei dieser Ausführungsform entweder durch eine entsprechend deminsionierte Kanüle 16 bzw. Kapillare 18 zustande oder sie ergibt sich aus der Verbindung von Multifaser-Mikroelektrode 10 und Mikroplatine 30.To create the microsensor according to the invention 1 At least two metal wires of platinum or a platinum-metal alloy are placed in a quartz tube and this deformed under the Taylor method at elevated temperature under tension. The resulting multi-fiber microelectrode 10 is an insoluble composite of quartz carrier 11 and resulting electrode fibers 14 , He is polished smooth at its pointed end, so that the sensor head 12 arises. This one is for the tetrode 15 in 2 and 3 displayed. Its round or oval surface is perpendicular to the microsensor longitudinal axis and has the same diameter as the multifiber microelectrode 10 , The at least partially conical shape of the microsensor 1 comes in this embodiment either by a correspondingly deminsionierte cannula 16 or capillary 18 or it results from the combination of multifiber microelectrode 10 and microplate 30 ,

In einer nicht gezeichneten Ausführungsform poliert man das spitze Ende des Quarzträgers 11 so, daß der Durchmesser des entstehenden Sensorkopfes 12 kleiner als der Durchmesser der Multifaser-Mikroelektrode 10 ist. Diese verjüngt sich demnach meßseitig konisch zu einer stumpfen Kegelspitze. Die punktförmigen Bereiche der Elektroden-Fasern 14 ragen am Sensorkopf 12 aus der Multifaser-Mikroelektrode 10 heraus. Man kann das spitze Ende jedoch auch nur so weit polierend bearbeiten, daß einige Elektroden-Fasern 14 auf der runden Oberfläche des Sensorkopfes 12 und weitere auf einer durch die vom verbleibenden Stumpfkegel gebildete Mantelfläche aus der Multifaser-Elektrode 10 hervortreten. So befindet sich der punktförmige Bereich der zentrischen Elektroden-Faser 14 einer derart polierten Tetrode 15 auf der planen Oberfläche des Sensorkopfes 12 und jene Bereiche der konzentrischen Elektroden-Fasern 14 auf der Mantelfläche der Tetrode 15.In a non-illustrated embodiment to polish the pointed end of the quartz carrier 11 such that the diameter of the resulting sensor head 12 smaller than the diameter of the multifiber microelectrode 10 is. Accordingly, this tapers conically to a blunt conical point. The punctiform regions of the electrode fibers 14 protrude at the sensor head 12 from the multifiber microelectrode 10 out. However, one can only polish the pointed end so far polishing that some electrode fibers 14 on the round surface of the sensor head 12 and further on a by the remaining truncated cone formed lateral surface of the multi-fiber electrode 10 emerge. This is the punctiform area of the centric electrode fiber 14 such a polished tetrode 15 on the flat surface of the sensor head 12 and those regions of the concentric electrode fibers 14 on the lateral surface of the tetrode 15 ,

In einer noch anderen in 1b gezeichneten Bauform poliert man die Multifaser-Mikroelektrode 10 an ihrem meßseitigen Ende zu einem gleichmäßigen Kegel. Mithin entsteht eine kegelförmige Spitze, die den Sensorkopf 12 bildet und alle punktförmigen Bereiche auf der Kegelfläche vereint.In yet another in 1b drawn design polishes the multi-fiber microelectrode 10 at its Meßseitigen end to a uniform cone. Thus, a cone-shaped tip, the sensor head 12 forms and combines all punctiform areas on the conical surface.

Das dem Sensorkopf 12 gegenüber liegende Ende behandelt man auf einer Länge von 2 mm bis 5 cm, in den meisten Fällen jedoch auf einem 1 cm langen Stück mit Flußsäure, um die vier Elektroden-Fasern 14 von ihrem Träger 11 zu befreien. Die freigelegten Fasern 14 werden auf einer Mikroplatine 30 an ausgezeichneten Stellen mit einem Klebstoff auf Kunstharz-Basis oder einem Zweikomponenten-Kleber ortsfixiert. Dann befestigt man die Kontaktdrähte 32 mit genannten Klebstoffen an anderen vorgesehenen Punkten auf der Mikroplatine 30 und überzieht alle Klebepunkte mit einer Lötschicht aus Zinn. Dadurch entsteht eine dauerhaft leitende und feste Verbindung zwischen Elektroden-Fasern 14 Mikroplatine 30 und Kontaktdrähten 32. Um letztere gegeneinander zu isolieren, wird jedem Kontaktdraht 32 ein Silikonschlauch übergestülpt, so daß jeweils nur noch ein endständiges Stück Kontaktdraht 32 unisoliert bleibt. Sollen mehrere Elektroden-Fasern 14 die gleiche elektrische oder elektrochemische Funktion übernehmen, verbindet man die entsprechenden, als Streifen ausgeformten Kontaktdrähte 32 mit einem Lötpunkt oder verdrillt sie mittels einer Zange miteinander.The sensor head 12 opposite ends are treated to a length of 2 mm to 5 cm, but in most cases on a 1 cm long piece of hydrofluoric acid, around the four electrode fibers 14 from her carrier 11 to free. The exposed fibers 14 be on a microplate 30 Fixed at excellent locations with a resin-based adhesive or a two-component adhesive. Then you attach the contact wires 32 with said adhesives at other designated points on the microplate 30 and covers all adhesive dots with a solder layer of tin. This creates a permanently conductive and firm connection between electrode fibers 14 micro board 30 and contact wires 32 , To isolate the latter against each other, each contact wire 32 slipped over a silicone tube, so that in each case only a terminal piece of contact wire 32 remains uninsulated. Shall have multiple electrode fibers 14 the same electrical or electrochemical function Take over, connecting the corresponding, shaped as a strip of contact wires 32 with a solder point or twisted together with a pair of pliers.

Die Verbindung aus Multifaser-Mikroelektrode 10, Mikroplatine 30 und verschiedenen Kontaktdrähten 32 stellt eine einfache Form eines Mikrosensors 1 dar. Man umgibt die Mikroplatine 30 vollflächig mit einem der genannten Klebstoffe, der sich auch auf angrenzende Teile der Kontaktdrähte 32 und die freigelegten Elektroden-Fasern 14 verteilt. Das so gebildete Kontaktierungsende 20 läßt man vollständig aushärten, beschichtet die angrenzende Multifaser-Elektrode 10 mit Klebstoff und klebt alles zusammen an bzw. in der Kanüle 16 fest. Die Multifaser-Mikroelektrode 10 füllt das Kanüleninnere vollständig aus, während das Kontaktierungsende 20 entweder endseitig auf der Kanüle 16 klebt oder in ihrem Inneren festliegt. Manchmal ist es auch zweckmäßig, das noch nicht ausgehärtete Kontaktierungsende 20 samt mit Kleber versehener Multifaser-Mikroelektrode 10 sofort auf oder in der Kanüle 16 zu plazieren, wo es nach erfolgter Trocknung ortsfest fixiert ist.The connection of multifiber microelectrode 10 , Microplate 30 and different contact wires 32 represents a simple form of a microsensor 1 dar. It surrounds the micro-board 30 Full surface with one of the mentioned adhesives, which is also on adjacent parts of the contact wires 32 and the exposed electrode fibers 14 distributed. The contacting end thus formed 20 allowed to fully cure, coated the adjacent multi-fiber electrode 10 with glue and glue everything together on or in the cannula 16 firmly. The multifiber microelectrode 10 completely fills the cannula interior, while the contacting end 20 either end to the cannula 16 sticks or is stuck inside. Sometimes it is also appropriate, not yet cured Kontaktierungsende 20 complete with adhesive provided multifiber microelectrode 10 immediately on or in the cannula 16 to place where it is fixed in place after drying.

Um den Aufbau des Mikrosensors 1 noch solider zu gestalten, bestreicht man die mit eingeklebtem Mikrosensor 1 versehene Kanüle 16 mit einem der benannten Klebstoffe und befestigt sie in der Kapillare 18. Diese ist oder wird an einem Ende invers konisch ausgezogen. In den so aufgespannten ausreichend großen trichterförmigen Hohlraum läßt sich die Mikroplatine 30 samt Kontaktdrähten 32 einsetzen und beispielsweise durch Eingießen von Epoxidharz fixieren.To the construction of the microsensor 1 To make it even more solid, one brushes the with micro-sensor glued 1 provided cannula 16 with one of the named adhesives and attaches them in the capillary 18 , This is or is pulled out at one end inversely conical. In the so spanned sufficiently large funnel-shaped cavity can be the micro-board 30 including contact wires 32 insert and fix for example by pouring epoxy resin.

In einer nicht gezeichneten Ausführungsform des Mikrosensors 1 wird die Multifaser-Elektrode 10 samt Kontaktierungsende 20 nur in der Kanüle 16 verschiebefest fixiert und ist in der als Führung dienenden Kapillare 18 längsverschieblich gelagert. Bei einer noch anderen ebenfalls nicht gezeichneten, jedoch sehr platzsparenden Variante ist die Multifaser-Mikroelektrode 10 sogar innerhalb der Kanüle 16 frei beweglich und wird auf der einen Kanülenseite durch das Kontaktierungsende 20 und auf der anderen Seite durch eine ringförmige Verdickung am Herausfallen aus der Kanüle 16 gehindert.In a not shown embodiment of the microsensor 1 becomes the multifiber electrode 10 including contacting end 20 only in the cannula 16 fixed against displacement and is in the serving as a guide capillary 18 mounted longitudinally displaceable. In yet another variant, also not shown, but very space-saving variant is the multi-fiber microelectrode 10 even inside the cannula 16 freely movable and is on the cannula side by the contacting end 20 and on the other side by an annular thickening from falling out of the cannula 16 prevented.

Eine der Elektroden-Fasern 14 muß als Referenzelektrode 50 ausgeführt werden, damit bei einem Meßvorgang stabile Potentiale erhalten werden. Deshalb wird zumindest eine der Fasern 14 zunächst elektrochemisch mit Silber beschichtet und die Oberfläche der Silberschicht 70 danach chemisch in Silberchlorid umgewandelt.One of the electrode fibers 14 must as a reference electrode 50 be executed so that stable potentials are obtained in a measurement process. Therefore, at least one of the fibers 14 initially electrochemically coated with silver and the surface of the silver layer 70 then chemically converted to silver chloride.

Zur Silberbeschichtung taucht man die Multifaser-Mikroelektrode 10 in eine wässrige Lösung von 1 mmol/l bis 100 mmol/l Silbernitrat (AgNO3), die einen dreifachen molaren Überschuß an Ammoniak (NH3) enthält. Am punktförmigen Bereich der Faser 14 scheidet man nun bei einer Stromdichte zwischen 0,2 und 10 mA/cm2 galvanostatisch reduktiv Silber ab. Hierfür wird die Faser 14 mit einem Arbeitselektroden-Anschluß des Potentiostaten verbunden. Weiterhin besteht die Beschichtungsanordnung aus einer externen Referenzelektrode, nämlich einem reinen Silberdraht und aus einer externen Gegenelektrode in Gestalt eines Platinblechs. Der galvanostatische Beschichtungsvorgang dauert zwischen 100 und 500 Sekunden, je nach Stärke der aufzubringenden Silberschicht, die im Mittel 3 μm dick ist.The silver coating is dipped in the multifiber microelectrode 10 in an aqueous solution of 1 mmol / l to 100 mmol / l silver nitrate (AgNO 3 ) containing a three-fold molar excess of ammonia (NH 3 ). At the punctiform area of the fiber 14 now is deposited at a current density between 0.2 and 10 mA / cm 2 galvanostatically reductively from silver. For this the fiber becomes 14 connected to a working electrode terminal of the potentiostat. Furthermore, the coating arrangement consists of an external reference electrode, namely a pure silver wire and an external counter electrode in the form of a platinum sheet. The galvanostatic coating process takes between 100 and 500 seconds, depending on the thickness of the applied silver layer, which is on average 3 microns thick.

Der Mikrosensor 1 wird dann vom Arbeitselektroden-Anschluß entfernt und in eine 1 bis 5 molare salpetersaure Lösung gestellt. Diese enthält zwischen 0,1 und 4 mol/l Kaliumchlorid (KCl). Je nach gewählter Konzentration und Anzahl der zu beschichtenden punktförmigen Bereiche muß 1 bis 10 min abgewartet werden, bis sich durch die oxidierend wirkende Salpetersäure (HNO3) eine etwa 1,5 μm starke Silberchlorid-Schicht 70 auf jedem versilberten punktförmigen Bereich gebildet hat.The microsensor 1 is then removed from the working electrode port and placed in a 1 to 5 molar nitric acid solution. This contains between 0.1 and 4 mol / l potassium chloride (KCl). Depending on the selected concentration and number of punctiform areas to be coated, it is necessary to wait for 1 to 10 minutes until the oxidizing nitric acid (HNO 3 ) forms an approximately 1.5 μm thick silver chloride layer 70 formed on each silvered dot-shaped area.

Die so erhaltene Ag/AgCl – Elektrode weist gegenüber einer gesättigten Kalomel-Elektrode (SCE) ein zeitlich stabiles Potential von –38 mV bis –42 mV auf. Damit hat man eine Ag/AgCl-Referenzelektrode 50 geschaffen, die in die Multifaser-Mikroelektrode 10 integriert ist. Bei Messungen unter konstanter Chloridkonzentration, beispielsweise im menschlichen Organismus oder in Zellkulturen, erhält man mit dieser Elektrode 50 eine stabile Referenzelektrode zweiter Art.The Ag / AgCl electrode thus obtained has a time-stable potential of -38 mV to -42 mV compared to a saturated calomel electrode (SCE). This gives you an Ag / AgCl reference electrode 50 created in the multifiber microelectrode 10 is integrated. With measurements under constant chloride concentration, for example in the human organism or in cell cultures, one obtains with this electrode 50 a stable reference electrode of the second kind.

Um eine Arbeitselektrode 60 auszubilden, muß wenigstens einer der punktförmigen Bereiche der Elektroden-Faser(n) 14 am Sensorkopf 12 teilchenselektiv beschichtet sein. Für eine elektrisch leitfähige Polycarbazolschicht 80 wird die Multifaser-Mikroelektrode 10 mit ihrer Referenzelektrode 50 unter Argon in eine eletrochemische Zelle überführt. Diese enthält als Lösemittel destilliertes und getrocknetes Acetonitril. Darin ist eines der oben angegebenen-Leitsalze mit einer Konzentration von 0,1 mol/l gelöst. Weiterhin enthält die Lösung als Monomer Carbazol in einer Konzentration von 1 mmol/l bis 10 mmol/l und einen äquimolaren Zusatz einer der oben genannten stickstoffhaltigen Basen. Alle zu beschichtenden Fasern 14 werden über den Arbeitselektroden-Anschluß mit dem hochempfindlichen Potentiostaten verbunden. Als Referenzelektrode verwendet man die in der Multifaser-Mikroelektrode 10 integrierte Ag/AgCl-Referenzelektrode 50 und als Gegenelektrode kontaktiert man einen Platindraht mit dem Potentiostaten. Mit dieser Dreielektroden-Anordnung wird nun am punktförmigen Bereich jeder elektrisch verbundenen Arbeitselektrode 60 zyklovoltammetrisch eine fest haftende Polycarbazolschicht 80 erzeugt. Man durchfährt hierzu in 4 bis 20 Zyklen und vorzugsweise 6 bis 10 Zyklen einen gegenüber der Referenzelektrode 50 gemessenen Potentialbereich zwischen 0 V und 1,5 V mit einer konstanten Potentialänderungsgeschwindigkeit. Diese liegt in einem Bereich von 2 mV/s bis 100 mV/s und bevorzugt bei 20 bis 60 mV/s.To a working electrode 60 at least one of the punctiform regions of the electrode fiber (s) must form 14 at the sensor head 12 be particle selectively coated. For an electrically conductive polycarbazole layer 80 becomes the multifiber microelectrode 10 with its reference electrode 50 transferred under argon into an electrochemical cell. This contains distilled and dried acetonitrile as solvent. Therein one of the abovementioned conductive salts is dissolved at a concentration of 0.1 mol / l. Furthermore, the solution contains as the monomer carbazole in a concentration of 1 mmol / l to 10 mmol / l and an equimolar addition of one of the abovementioned nitrogenous bases. All fibers to be coated 14 are connected to the high sensitivity potentiostat via the working electrode terminal. The reference electrode used in the multi-fiber microelectrode 10 integrated Ag / AgCl reference electrode 50 and as a counter electrode contacted a platinum wire with the potentiostat. With this three-electrode arrangement is now at the point-like area of each electrically connected working electrode 60 cyclic voltammetric a firmly adhering polycarbazole layer 80 generated. This is done in 4 to 20 cycles and preferably 6 to 10 cycles one opposite to the reference electrode 50 measured potential range between 0 V and 1.5 V with a constant potential change rate. This is in a range from 2 mV / s to 100 mV / s and preferably at 20 to 60 mV / s.

Zur Qualitätskontrolle wird das entstandene Polymer zumindest zyklovoltammetrisch in einer monomerfreien Zelle – die nur Lösemittel und Leitsalz enthält – anhand seiner Be- und Entladungskurve mit drei Zyklen charakterisiert. Bei anodischen Potentialen kommt es zu einer p-Dotierung und Anionen des Leitsalzes wandern in die Polymerschicht 80. Bei kathodischen Potentialen wandern Leitsalz-Kationen in die n-dotierte spezifische Schicht 80. Durch Anlegen dieser unterschiedlichen Potentiale ermittelt man ein maximal mögliches Potentialfenster, in dem die elektroaktive spezifische Schicht 80 reversibel be- und entladbar ist ohne zerstört zu werden. Der fertige Mikrosensor 1 wird dann der Zelle entnommen, mit Lösemittel gespült und an der Luft getrocknet. Dabei nimmt die spezifische Schicht 80 ihren beladenen Zustand an.For quality control, the resulting polymer is at least cyclic voltammetric in a monomer-free cell - which contains only solvent and conductive salt - characterized by its charge and discharge curve with three cycles. At anodic potentials, a p-doping occurs and anions of the conducting salt migrate into the polymer layer 80 , At cathodic potentials, lead salt cations migrate into the n-doped specific layer 80 , By applying these different potentials, a maximum possible potential window is determined in which the electroactive specific layer 80 reversibly loading and unloading without being destroyed. The finished microsensor 1 is then removed from the cell, rinsed with solvent and dried in air. It takes the specific layer 80 their laden condition.

Soll eine Arbeitselektrode 60 mit einer Polythiophen-Schicht 80 überzogen werden, wird eine sterisch gehinderte Base nicht benötigt. Ansonsten ist wie bei der Beschichtung mit Polycarbazol zu verfahren, wobei als Monomer ein Thiophen oder eines seiner höheren Homologen mit zwei bis fünf Thiopheneinheiten verwendet wird. Auch mit funktionellen Gruppen oder Substituenten versehene monomere Derivate sowie deren Di- oder Trimere lassen sich einsetzen. Die Dotierung erfolgt nach der für Polycarbazol beschriebenen Vorgehensweise.Should a working electrode 60 with a polythiophene layer 80 are coated, a sterically hindered base is not needed. Otherwise, as with the coating with polycarbazole to proceed, using as the monomer, a thiophene or one of its higher homologues with two to five thiophene units. Also provided with functional groups or substituents monomeric derivatives and their di- or trimers can be used. The doping is carried out according to the procedure described for polycarbazole.

Zum Nachweis aromatischer neuronaler Botenstoffe wie Dopamin und Serotonin kann an einem Mikrosensor 1 auf wenigstens einer Elektroden-Faser 14 anstelle oder zusammen mit wenigstens einer der genannten Polymerschichten 80 eine Polypyrrol-Schicht 80 abgeschieden werden. Hierzu löst man Pyrrol anstelle von oder zusammen mit Carbazol und/oder einem anderen Monomer in einer Acetonitril-Lösung, die eines der oben genannten Leitsalze und eine der genannten sterisch gehinderten Stickstoffbasen enthält. Die einzuhaltenden Konzentrationen sind mit denen der oben beschriebenen Carbazol-Lösung identisch. Mikrosensor 1 und Potentiostat werden in der bereits beschriebenen Weise an Elektroden angeschlossen. Jedoch erfolgt eine Beschichtung mit Polypyrrol galvanostatisch, wobei an wenigstens eine anodisch kontaktierte Elektroden-Faser 14 für eine Zeit von 30 s bis 2 min ein konstanter Strom zwischen 50 nA und 200 nA angelegt wird. Die so erhaltene Polymerschicht 80 muß anschließend bei einem konstanten Potential nochmals anodisch überoxidiert werden.The detection of aromatic neuronal messengers such as dopamine and serotonin can be performed on a microsensor 1 on at least one electrode fiber 14 instead of or together with at least one of said polymer layers 80 a polypyrrole layer 80 be deposited. To this end, pyrrole is dissolved instead of or together with carbazole and / or another monomer in an acetonitrile solution containing one of the abovementioned conductive salts and one of the sterically hindered nitrogen bases mentioned. The concentrations to be maintained are identical to those of the carbazole solution described above. microsensor 1 and potentiostat are connected to electrodes in the manner already described. However, a coating with polypyrrole takes place galvanostatically, with at least one anodically contacted electrode fiber 14 a constant current between 50 nA and 200 nA is applied for a time of 30 s to 2 min. The polymer layer thus obtained 80 must then be oxidized anodically again at a constant potential.

Neben diesen elektrochemischen Abscheideverfahren läßt sich eine spezifische Schicht 80 eines elektroaktiven Polymers auf einem punktförmigen Bereich einer Elektroden-Faser 14 auch chemisch oder physikochemisch abscheiden. Geeignete Methoden hierzu sind das Verdampfen und die Kondensation oder die Sublimation unter reduziertem Druck oder die gepulste Laserablation.In addition to these electrochemical deposition process, a specific layer can be 80 an electroactive polymer on a point area of an electrode fiber 14 also deposited chemically or physicochemically. Suitable methods for this are evaporation and condensation or sublimation under reduced pressure or pulsed laser ablation.

Mit einem Mikrosensor 1, der zur besseren Abschirmung von Störsignalen oder zum Schutz bei mechanischer Beanspruchung nach Möglichkeit kanülen- oder kapillarummantelt ist, lassen sich Neurotransmitter in Lösung und in vivo qualitativ und quantitativ bestimmen.With a microsensor 1 which, if possible, is cannulated or capillary sheathed for better shielding of interfering signals or for protection under mechanical stress, neurotransmitters can be qualitatively and quantitatively determined in solution and in vivo.

Für einen normalen Tetroden-Meßbetrieb besteht seine Gegenelektrode 40 aus zwei verbundenen, unbelegten Elektroden-Fasern 14, seine Referenzelektrode 50 aus einer einzigen in beschriebener Weise modifizierten Faser 14 und seine polymeraromatisch belegte Arbeitselektrode 60 ist ebenfalls einzelfasrig.For a normal tetrode measurement operation, there is its counter electrode 40 from two connected, unoccupied electrode fibers 14 , its reference electrode 50 from a single fiber modified in the manner described 14 and its polymer aromatic occupied working electrode 60 is also single-lipped.

Zunächst zeichnet man für jeden zu bestimmenden Neurotransmitter eine Eichgerade auf. Hierzu taucht man den an einen Potentiostaten angeschlossenen Mikrosensor 1 in eine phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS), die einen pH-Wert von 7,4 besitzt und 0,9 % w/v Natriumchlorid (NaCl) enthält. Außerdem befindet sich in dieser physiologischen Lösung eine vorgebbar kleine Menge des zu untersuchenden neuronalen Botenstoffes, beispielsweise Dopamin oder Serotonin. Man durchfährt einen ZV-Zyklus von etwa –300 mV bis +700 mV mit einer konstanten Scanrate, die zwischen 0,2 V/s und 10 V/s liegt und erhöht dann die Dopamin-Konzentration in definierbaren Schritten. Nach jeder Konzentrationsänderung wird ein Zyklovoltammogramm aufgenommen und die auf diese Weise erhaltenen Meßkurven graphisch übereinandergelegt. 4 und 5 zeigen mit einem Polythiophen-Mikrosensor 1 erhaltene Ergebnisse für Dopamin bei einer Scanrate von 1 V/s.First, draw a calibration line for each neurotransmitter to be determined. To do this, immerse the microsensor connected to a potentiostat 1 in phosphate buffered saline (PBS), which has a pH of 7.4 and contains 0.9% w / v sodium chloride (NaCl). In addition, in this physiological solution a specifiable small amount of the neuronal messenger to be examined, for example dopamine or serotonin. A ZV cycle of about -300 mV to +700 mV is carried out with a constant scan rate of between 0.2 V / s and 10 V / s and then increases the dopamine concentration in definable steps. After each concentration change, a cyclic voltammogram is recorded and the measured curves obtained in this way are superimposed graphically. 4 and 5 show with a polythiophene microsensor 1 obtained results for dopamine at a scan rate of 1 V / s.

Dopamin und Serotonin werden bei bestimmten für den jeweiligen Neurotransmitter spezifischen Potentialwerten oder Potentiallagen oxidiert oder reduziert. So entnimmt man 5, daß Signale für die Reduktion von Dopamin bei –20 mV besonders ausgeprägt ist. Trägt man die an dieser Stelle gemessenen Ströme gegen die eingesetzte Menge an Dopamin auf, erhält man die in 6 gezeigte Eichgerade. Diese läßt sich in einem Konzentrantionsbereich von 20 μmol/l bis 700 μmol/l zur quantitativen Bestimmung einer unbekannten Neurotransmitter-Menge in einem flüssigen Medium verwenden.Dopamine and serotonin are oxidized or reduced at specific potentials or potential levels specific to the particular neurotransmitter. So take out 5 in that signals for the reduction of dopamine at -20 mV are particularly pronounced. Applying the currents measured at this point to the amount of dopamine used gives the in 6 calibration line shown. This can be used in a concentration range of 20 .mu.mol / l to 700 .mu.mol / l for the quantitative determination of an unknown amount of neurotransmitters in a liquid medium.

Wie sich aus 7 ergibt, wird der größte Teil von Serotonin bei +450 mV oxidiert, wobei jedoch für diese Verbindung bei Anwesenheit von Dopamin ein kathodisches Reduktionssignal nicht zu beobachten ist. Mit dem erfindungsgemäßen Mikrosensor 1 lassen sich demnach mindestens die beiden Neurotransmitter Dopamin und Serotonin quantitativ nebeneinander nachweisen, denn deren spezifische Signale elektrochemischer Aktivität, sprich deren Potentiallagen sind voneinander beabstandet und können deshalb unabhänig voneinander ausgewertet werden. Liegen Dopamin und Serotonin in einer zu untersuchenden Probe nebeneinander vor, so läßt sich erstgenannter Neurotransmitter bis hinab zu einer Konzentration von 20 μmol/l nachweisen und für die zweitgenannte Verbindung liegt die Detektionsgrenze bei 10 μmol/l.As it turned out 7 the majority of serotonin is oxidized at +450 mV, but with for this compound in the presence of dopamine, a cathodic reduction signal is not observed. With the microsensor according to the invention 1 Accordingly, at least the two neurotransmitters dopamine and serotonin can be quantified side by side, since their specific signals of electrochemical activity, ie their potential layers, are spaced apart from one another and can therefore be evaluated independently of one another. If dopamine and serotonin coexist in a sample to be examined, the first-mentioned neurotransmitter can be detected down to a concentration of 20 .mu.mol / l and for the second-mentioned compound, the detection limit is 10 .mu.mol / l.

Befinden sich Dopamin, Serotonin und Noradrenalin (deren Strukturformeln in 8 dargestellt sind) in äquimolaren Mengen von 71 μmol/l in einer Meßlösung, so lassen sich nur die für Dopamin und Serotonin typischen zyklovoltammetrischen Kurven erhalten. Noradrenalin beeinflußt also bei diesen Konzentrations- und Meßbedingungen das Redoxverhalten der beiden anderen Neurotransmitter nicht.There are dopamine, serotonin and norepinephrine (their structural formulas in 8th are shown) in equimolar amounts of 71 .mu.mol / l in a measurement solution, so only the typical for dopamine and serotonin zyklovoltammetrischen curves can be obtained. Thus, norepinephrine does not influence the redox behavior of the other two neurotransmitters under these concentration and measurement conditions.

Mit dem Mikrosensor 1 bestimmt man auch Kinetiken von Neurotrasmittern. Hierzu verfolgt man bei einem konstanten Potential, bei dem selektiv nur ein bestimmter Wirkstoff an der Sensoroberfläche umgesetzt wird, den sich zeitlich ändernden Strom. Somit erhält man ein Bild von der zeitlichen Konzentrantionsänderung eines Neurotransmitters.With the microsensor 1 one also determines kinetics of neurotransmitters. For this one pursues at a constant potential, in which selectively only a certain active substance is converted at the sensor surface, the temporally changing current. This gives a picture of the temporal change in the concentration of a neurotransmitter.

Mit dem erfindungsgemäßen Mikrosensor 1 ist eine in vivo Bestimmung neuronaler Botenstoffe in extrakorporalen Zell- und Gewebekulturen aber auch im Gehirn möglich. Insbesondere lassen sich u.a. Serotonin und Dopamin in Echtzeit qualitativ und quantitativ erfassen. Ebenso ist es möglich, deren durch neurophysiologische Prozesse oder durch zugeführte Medikamente ausgelöste Mengenänderungen in einem bestimmten interzellulären Raumbereich zu detektieren, was für das tiefere Verständnis neuropathologischer Erkrankungen, wie etwa der Altersdemenz und der parkinsonschen Krankheit sehr wichtig ist.With the microsensor according to the invention 1 is an in vivo determination of neuronal messengers in extracorporeal cell and tissue cultures but also in the brain possible. In particular, serotonin and dopamine can be detected qualitatively and quantitatively in real time. It is also possible to detect their changes in quantity due to neurophysiological processes or medications in a certain intercellular space region, which is very important for a deeper understanding of neuropathological diseases, such as senile dementia and Parkinson's disease.

Mit dem Mikrosensor 1 kann man überdies neurochemische Vorgänge im Zellinneren und in Zellzwischenräumen, beispielsweise an synaptisch oder elektrosynaptisch verbundenden Nervenfasern außerhalb und innerhalb des Organismus studieren und neuronale Ereignisse elektrisch beeinflussen.With the microsensor 1 Moreover, it is possible to study neurochemical processes in the cell interior and in cell interstices, for example on synaptically or electro-synaptically connecting nerve fibers outside and within the organism, and to influence neuronal events electrically.

Bei Untersuchungen am Gehirn bohrt man in einen leblosen oder lokal betäubten Schädel ein Loch von etwa 1 cm Durchmesser und positioniert ihn ortsfest in einem Stereotaxierahmen. Dieser Rahmen besitzt einen Ring mit Halbbogenaufbau, an dem Instrumente für Eingriffe in das Gehirninnere, beispielsweise ein 64-Kanal-Multielelktroden-Ableitsystem fixiert sind. Durch die geöffnete Schädeldecke und die Hirnhaut (Dura) wird ein Mandrin (= als Führung dienendes Futter mit innengeführtem Dorn) ins Gehirninnere eingeschoben, indem man Zellgewebe und Blutgefäße vorsichtig verdrängt, bis eine Zielregion, beispielsweise der Thalamus erreicht ist. Nun wird der Dorn aus der Führung des Mandrin herausgezogen und der erfindungsgemäße Mikrosensor 1 eingeführt.In examinations of the brain, a hole approximately 1 cm in diameter is drilled into a lifeless or locally anesthetized skull and positioned in a stereotactic frame. This frame has a semi-arcing ring with fixed instruments for interventions inside the brain, such as a 64-channel multi-electrode delivery system. Through the opened skullcap and the meninges (dura) is a stylet (= serving as a guide lining with inwardly guided mandrel) inserted into the brain interior, by gently displacing cell tissue and blood vessels until a target region, such as the thalamus is reached. Now the mandrel is pulled out of the guide of the stylet and the microsensor according to the invention 1 introduced.

Um Art und Menge wenigstens eines neuronalen Botenstoffes in kultivierten Zellkulturen sowie am lebenden oder leblosen Organismus zu bestimmen, bewegt man den an einen hochempfindlichen Potentiostaten angeschlossenen Mikrosensor 1 bis auf etwa zwei Mikrometer oder weniger an ein zu untersuchendes Zellgewebe heran. Er überdeckt dort einen Flächenbereich von etwa 7 μm2 bis 520 μm2. Es werden zwischen einem und fünf der bereits beschriebenen Strom/Spannungs-Zyklen (ZV-Zyklen) durchlaufen und der Mikrosensor 1 dann schrittweise verschoben. Für jeden Flächenbereich entnimmt man dem zugehörigen Zyklovoltammogramm (ZV) Strom- und Spannungswerte in der bereits beschriebenen Weise und vergleicht sie mit den aufgenommenen Eichgeraden, um wenigstens einen Neurotransmitter qualitativ und quantitativ zu bestimmen.In order to determine the nature and amount of at least one neuronal messenger in cultured cell cultures as well as living or inanimate organisms, one moves the microsensor connected to a high sensitivity potentiostat 1 up to about two micrometers or less of a cell tissue to be examined. There it covers an area of about 7 μm 2 to 520 μm 2 . Between one and five of the already described current / voltage cycles (ZV cycles) are run through and the microsensor 1 then gradually shifted. For each surface area, current and voltage values are taken from the associated cyclic voltammogram (ZV) in the manner already described and compared with the recorded calibration lines in order to qualitatively and quantitatively determine at least one neurotransmitter.

Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.The The invention is not limited to one of the above-described embodiments limited, but in more diverse Way changeable.

Elektrochemische Beschichtungen der Elektroden-Fasern 14 mit leitfähigen Polymeren können neben Acetonitril auch in anderen oxidationsunempfindlichen, aprotischen Lösemitteln, wie Dimethylsulfoxid (DMSO), Dimetyhlformamid (DMF), Dioxan, Tetrahydrofuran (THF), sowie alizyklischen oder aliphatischen Aethern und in sehr oxidationsträgen, zyklischen Ketonen durchgeführt werden. Dabei lassen sich polymeraromatische Leiter nicht nur durch anodische Oxidation aromatischer Ausgangsverbindungen sondern auch durch deren kathodische Reduktion herstellen. Unter Ausgangsverbindung sind alle heterozyklischen, aromatischen Monomere zu verstehen.Electrochemical coatings of the electrode fibers 14 With conductive polymers, in addition to acetonitrile, it is also possible to carry out other oxidation-resistant, aprotic solvents, such as dimethylsulfoxide (DMSO), dimethyletheramide (DMF), dioxane, tetrahydrofuran (THF), alicyclic or aliphatic ethers and very oxidation-resistant, cyclic ketones. In this case, polymer aromatic conductors can be prepared not only by anodic oxidation of aromatic starting compounds but also by their cathodic reduction. By starting compound are meant all heterocyclic aromatic monomers.

Neben aromatischen, der Oxidation zugänglichen Neurotransmittern und Ascorbinsäure (Vitamin C) läßt sich auch Stickstoffoxid (NO) mit dem Mikrosensor 1 bestimmen.In addition to aromatic, the oxidation accessible neurotransmitters and ascorbic acid (vitamin C) can also be nitric oxide (NO) with the microsensor 1 determine.

Man erkennt, daß ein Mikrosensor (1) eine zumindest teilweise sich verjüngende Form besitzt. Er besteht wenigstens aus einem 20 μm bis 200 μm dicken Träger (11), in den zwei oder mehr Elektroden-Fasern (14) formschlüssig eingebettet sind. Sie sind aus einem Metall oder einer Metallegierung aufgebaut, haben Durchmesser von 4 μm bis 18 μm und durchspannen den Träger (11) in seiner Längsausdehnung vollständig. Meßseitig ragen sie aus ihm heraus und bilden punktförmige Bereiche. Einige von ihnen sind mit einer Schicht (70) und/oder mit einer spezifischen Schicht (80) versehen, die aus einem elektroaktiven Polymer besteht, beispielsweise Polycarbazol, Polythiophen oder Polypyrrol. Punktförmige Bereiche und das meßseitige Ende des Trägers (11) bilden den Sensorkopf (12), der flächig plan oder kegelförmig spitz ausgebildet ist. Gegen Zerstörung läßt sich der Mikrosensor (1) durch eine Kanüle (16) bzw. eine Kapillare (18) schützen. Die Schichten) (70) und die spezifische(n) Schichten) (80) des aus mindestens einer Multifaser-Mikroelektrode (10) bestehenden Mikrosensors (1) werden elektrochemisch, u.a. mittels der Zyklovoltammetrie aus elektrisch leitenden Lösungen von Monomeren bzw. Salzen hergestellt und verleihen dem Mikrosensor (1) teilchenselektive Eigenschaften. Diese nutzt man, um gezielt Stoffe, beispielsweise Neurotransmitter und deren Konzentrationen in Lösung oder in Gewebekompartimenten zu bestimmen.It can be seen that a microsensor ( 1 ) has an at least partially tapered shape. It consists at least of a 20 μm to 200 μm thick carrier ( 11 ), in the two or more electrode fibers ( 14 ) are embedded in a form-fitting manner. They are made of a metal or a metal alloy, have diameters of 4 microns to 18 microns and span the carrier ( 11 ) in its longitudinal direction stretching completely. At the measuring side they protrude out of it and form punctiform areas. Some of them are with a layer ( 70 ) and / or with a specific layer ( 80 ), which consists of an electroactive polymer, for example polycarbazole, polythiophene or polypyrrole. Point-shaped areas and the measuring end of the support ( 11 ) form the sensor head ( 12 ), which is planar or tapered flat. Against destruction, the microsensor ( 1 ) through a cannula ( 16 ) or a capillary ( 18 ) protect. The layers) ( 70 ) and the specific layers () 80 ) of at least one multifiber microelectrode ( 10 ) existing microsensor ( 1 ) are produced electrochemically, inter alia by means of cyclic voltammetry from electrically conductive solutions of monomers or salts and give the microsensor ( 1 ) particle-selective properties. These are used to target substances, such as neurotransmitters and their concentrations in solution or in tissue compartments.

Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.All from the claims, Description and drawing of the features and advantages, including constructive details, spatial Arrangements and method steps, both individually also be essential to the invention in the most diverse combinations.

11
Mikrosensormicrosensor
1010
Multifaser-MikroelektrodeMulti-fiber microelectrode
1111
Trägercarrier
1212
Sensorkopfsensor head
1414
Elektroden-Faser(n)Electrode filament (s)
1515
Tetrodetetrode
1616
Kanülecannula
1818
Kapillarecapillary
2020
Kontaktierungsendecontacting end
3030
Mikroplatinemicro board
3232
Kontaktdrähtecontact wires
4040
Gegenelektrodecounter electrode
5050
Referenzelektrodereference electrode
6060
Arbeitselektrodeworking electrode
7070
Schichtlayer
8080
spezifische Schichtspecific layer

Claims (40)

Mikrosensor zur qualitativen und quantitativen Bestimmung wenigstens eines Inhaltsstoffes in einem flüssigen Medium bestehend aus einer Multifaser-Mikroelektrode (10) mit wenigstens zwei Elektroden-Fasern (14), von denen wenigstens eine als Gegenelektrode (40) und/oder als Referenzelektrode (50) ausgeführt ist und mit einem Träger (11), der ein alle Elektroden-Fasern (14) gleichzeitig umschließender einstückiger, gegenüber dem flüssigen Medium indifferenter elektrischer Isolator ist, in dem die Elektroden-Fasern (14) voneinander isoliert eingebettet sind, wobei jede von ihnen mit dem Träger (11) stoffschlüssig direkt verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrosensor (1) eine zumindest teilweise konische Form besitzt und wenigstens eine der Fasern (14) eine Arbeitselektrode (60) ist, die meßseitig mit einer spezifischen Schicht (80) aus einem biologisch verträglichen, elektroaktiven Polymer versehen ist.Microsensor for the qualitative and quantitative determination of at least one ingredient in a liquid medium consisting of a multifiber microelectrode ( 10 ) with at least two electrode fibers ( 14 ), of which at least one as a counter electrode ( 40 ) and / or as a reference electrode ( 50 ) and with a support ( 11 ), which contains all the electrode fibers ( 14 ) at the same time enclosing one-piece, compared to the liquid medium indifferenter electrical insulator, in which the electrode fibers ( 14 ) are isolated from each other, each of them connected to the carrier ( 11 ) is materially directly connected, characterized in that the microsensor ( 1 ) has an at least partially conical shape and at least one of the fibers ( 14 ) a working electrode ( 60 ) which on the measurement side has a specific layer ( 80 ) is provided from a biocompatible, electroactive polymer. Mikrosensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaser-Mikroelektrode (10) mit einer Mikroplatine (30) verbunden ist, an die Kontaktdrähte (32) aus einem Edelmetall angelötet sind.Microsensor according to claim 1, characterized in that the multifiber microelectrode ( 10 ) with a microplate ( 30 ) is connected to the contact wires ( 32 ) are soldered from a precious metal. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (11) ein runder oder ovaler Quarzglasmantel ist.Microsensor according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the support ( 11 ) is a round or oval quartz glass jacket. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden-Fasern (14) aus einem edlen Metall, beispielsweise aus Platin und/oder einer Platin/Wolfram-Legierung gefertigt sind und einen Durchmesser von 4 bis 18 μm und in einer bevorzugten Ausgestaltung von 10 bis 12 μm besitzen.Microsensor according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the electrode fibers ( 14 ) are made of a noble metal, such as platinum and / or a platinum / tungsten alloy and have a diameter of 4 to 18 microns and in a preferred embodiment of 10 to 12 microns. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Elektroden-Faser (14) mit einer Schicht (70) belegt ist und daß unterschiedliche Elektroden-Fasern (14) mit unterschiedlichen Schichten (70) und/oder mit unterschiedlichen spezifischen Schichten (80) versehen sind.Microsensor according to one of Claims 1 to 4, characterized in that at least one electrode fiber ( 14 ) with a layer ( 70 ) and that different electrode fibers ( 14 ) with different layers ( 70 ) and / or with different specific layers ( 80 ) are provided. Mikrosensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schicht (70) und/oder die spezifische Schicht (80) nur auf einem Teil der Elektroden-Faser (14) befindet, der nicht an den Träger (11) angrenzt.Microsensor according to claim 5, characterized in that the layer ( 70 ) and / or the specific layer ( 80 ) only on a part of the electrode fiber ( 14 ), which is not attached to the carrier ( 11 ) adjoins. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden-Fasern (14) an einer Seite, die in Richtung eines Kontaktierungsendes (20) zeigt, von dem sie umgebenden Träger (11) freigelegt und an die Mikroplatine (30) angelötet sind.Microsensor according to one of Claims 2 to 6, characterized in that the electrode fibers ( 14 ) on one side, which in the direction of a contacting end ( 20 ), from the surrounding carrier ( 11 ) and to the microplate ( 30 ) are soldered. Mikrosensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegte Seite der Elektroden-Fasern (14), die Mikroplatine (30) und Enden der Kontaktdrähte (32) in einer Klebstoffmatrix eingebettet sind und zusammen das Kontaktierungsende (20) bilden.Microsensor according to claim 7, characterized in that the exposed side of the electrode fibers ( 14 ), the microplate ( 30 ) and ends of the contact wires ( 32 ) are embedded in an adhesive matrix and together the contacting end ( 20 ) form. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß er n Elektodenfasern (14) aufweist, wobei n einen ganzzahligen Wert von 2 bis 50, vorzugsweise von 3 bis 13 und am bevorzugtesten von 4 bis 6 annimmt und die einzelnen Fasern (14) beispielsweise äquidistant zueinander angeordnet sind.Microsensor according to one of Claims 1 to 8, characterized in that it comprises n electrode fibers ( 14 ), where n is an integer value of 2 to 50, preferably 3 to 13 and be preferably from 4 to 6 and the individual fibers ( 14 ) are arranged, for example, equidistant from each other. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrisch angeordnete Elektroden-Faser (14) von n Elektroden-Fasern (14) vorzugsweise konzentrisch umgeben ist, wobei n einen ganzzahligen Wert von 1 bis 49, vorzugsweise von 2 bis 12 und am bevorzugtesten von 3 bis 6 annimmt.Microsensor according to one of Claims 1 to 9, characterized in that a centrally arranged electrode fiber ( 14 ) of n electrode fibers ( 14 ) is preferably concentrically surrounded, wherein n assumes an integer value of 1 to 49, preferably from 2 to 12 and most preferably from 3 to 6. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden-Fasern (14) so geschaltet sind, daß sie voneinander unabhängig elektrisch ansprechbare Mikro-Scheibenelektroden mit elektrischer Abschirmung bilden.Microsensor according to one of Claims 1 to 10, characterized in that the electrode fibers ( 14 ) are connected so that they form independently electrically responsive micro-disc electrodes with electrical shielding. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaser--Mikroelektrode (10) einen Durchmesser von kleiner oder gleich 250 μm besitzt.Microsensor according to one of Claims 1 to 11, characterized in that the multifiber microelectrode ( 10 ) has a diameter of less than or equal to 250 microns. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaser-Mikroelektrode (10) an einem Ende, das dem Kontaktierungsende (20) gegenüberliegt, einen Sensorkopf (12) besitzt, der eine kreisrunde oder ovale, bzw. zumindest teilweise konisch verjüngte, glatt polierte Oberfläche aufweist.Microsensor according to one of Claims 7 to 12, characterized in that the multifiber microelectrode ( 10 ) at one end, the end of contacting ( 20 ), a sensor head ( 12 ), which has a circular or oval, or at least partially conically tapered, smooth polished surface. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaser-Mikroelektrode (10) eine Tetrode (15) ist, bei der drei Elektroden-Fasern (14) eine vierte, zentral im Träger (11) angeordnete Elektroden-Faser (14) konzentrisch umgeben.Microsensor according to one of Claims 1 to 13, characterized in that the multifiber microelectrode ( 10 ) a tetrode ( 15 ), in which three electrode fibers ( 14 ) a fourth, centrally in the carrier ( 11 ) arranged electrode fiber ( 14 ) surrounded concentrically. Mikrosensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Tetrode (15) eine kreisrunde oder ovale Faser mit einem Durchmesser von 50 bis 110 μm, in bevorzugter Ausführung von 70 bis 90 μm ist und dabei eine Länge von 5 bis 15 cm und vorzugsweise von 10 bis 12 cm aufweist.Microsensor according to Claim 14, characterized in that the tetrode ( 15 ) is a circular or oval fiber with a diameter of 50 to 110 microns, in a preferred embodiment of 70 to 90 microns and thereby has a length of 5 to 15 cm, and preferably from 10 to 12 cm. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaser-Mikroelektrode (10) in eine Kanüle (16) eingeklebt ist, beispielsweise mittels eines Klebers auf Epoxid- oder Acrylharz-Basis.Microsensor according to one of Claims 1 to 15, characterized in that the multifiber microelectrode ( 10 ) into a cannula ( 16 ) is glued, for example by means of an epoxy or acrylic resin-based adhesive. Mikrosensor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanüle (16) aus einem Glasmaterial oder aus Edelstahl besteht und einen Außendurchmesser von 250 μm bis 350 μm und vorzugsweise von 280 μm bis 305 μm besitzt.Microsensor according to claim 16, characterized in that the cannula ( 16 ) consists of a glass material or of stainless steel and has an outer diameter of 250 .mu.m to 350 .mu.m and preferably from 280 .mu.m to 305 .mu.m. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaser-Mikroelektrode (10) und die Kanüle (16) am Kontaktierungsende (20) fixiert sind, beispielsweise durch eine Klebeverbindung.Microsensor according to one of Claims 16 or 17, characterized in that the multifiber microelectrode ( 10 ) and the cannula ( 16 ) at the contacting end ( 20 ) are fixed, for example by an adhesive bond. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanüle (16) in einer Kapillare (18) befestigt, beispielsweise mit Acryl- oder Epoxidharz in ihr eingeklebt ist.Microsensor according to one of Claims 16 to 18, characterized in that the cannula ( 16 ) in a capillary ( 18 ), for example, with acrylic or epoxy resin is glued in her. Mikrosensor nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (18) aus Glas und/oder aus einem biegeelastischen Kunststoff besteht.Microsensor according to claim 19, characterized in that the capillary ( 18 ) consists of glass and / or of a flexible plastic. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 2 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Elektroden-Fasern (14) über einen Kontaktdraht (32) als Gegenelektrode (40) zusammengeschaltet sind.Microsensor according to one of Claims 2 to 20, characterized in that two of the electrode fibers ( 14 ) via a contact wire ( 32 ) as counterelectrode ( 40 ) are interconnected. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrisch und eine konzentrisch angeordnete Elektroden-Faser (14) zusammengeschaltet die Gegenelektrode (40) bilden.Microsensor according to one of Claims 1 to 21, characterized in that a centric and a concentrically arranged electrode fiber ( 14 ) interconnected the counter electrode ( 40 ) form. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 5 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (70) auf der Referenzelektrode (50) vorhanden ist und aus abgeschiedenem Silber besteht, welches an seiner Oberfläche chemisch zu Silberchlorid umgesetzt ist.Microsensor according to one of Claims 5 to 22, characterized in that the layer ( 70 ) on the reference electrode ( 50 ) is present and consists of deposited silver, which is chemically converted to silver chloride on its surface. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Schicht (80) für wenigstens einen Inhaltsstoff selektiv ist und aus einem elektrisch leitfähigen Polymer besteht.Microsensor according to one of Claims 1 to 23, characterized in that the specific layer ( 80 ) is selective for at least one ingredient and consists of an electrically conductive polymer. Mikrosensor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Polymer aus miteinander konjugiert verbundenen, heterozyklischen Aromaten besteht.Microsensor according to Claim 24, characterized that this conductive Polymer conjugated to each other, heterocyclic Aromatics exists. Mikrosensor nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Polymer ein Polycarbazol und/oder ein Polythiophen ist.Microsensor according to claim 24 or 25, characterized that this conductive Polymer is a polycarbazole and / or a polythiophene. Mikrosensor nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Polymer ein Polypyrrol ist.Microsensor according to claim 24 or 25, characterized that this conductive Polymer is a polypyrrole. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (80) dotierbar oder dotiert ist, beispielsweise mit Verbindungen, die auf sie einen sterischen und/oder ladungsverändernden Einfluß haben.Microsensor according to one of Claims 1 to 27, characterized in that the layer ( 80 ) is dopable or doped, for example, with compounds which have a steric and / or charge-altering influence on them. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (80) mit speziellen Ionen dotiert ist, beispielsweise mit Metall- oder Halogenid-Ionen oder mit Ionen aus quartären Ammoniumsalzen, Borhalogeniden, Phosphorhalogeniden oder Perchloraten.Microsensor according to one of Claims 1 to 28, characterized in that the layer ( 80 ) is doped with special ions, for example with metal or halide ions or with ions of quaternary ammonium salts, boron halides, phosphorohalo or perchlorates. Mikrosensor nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitselektrode (60) in unbeschichteter Form eine aufgerauhte, beispielsweise mittels Schwefelsäure geätzte Oberfläche besitzt.Microsensor according to one of Claims 1 to 29, characterized in that the working electrode ( 60 ) in uncoated form has a roughened, for example by means of sulfuric acid etched surface. Verfahren zur Herstellung eines Mikrosensors (1) für die Bestimmung wenigstens eines Inhaltsstoffes in einem flüssigen Medium, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, a. daß wenigstens zwei Edelmetalldrähte in eine Quarzröhre gegeben und diese in der Hitze unter Zugspannung nach Taylor verformt wird, b. daß die verformte Quarzröhre an einer Seite entfernt wird, so daß die Metalldrähte als Elektroden-Fasern (14) freigelegt werden, c. daß ein den freigelegten Elektroden-Fasern (14) gegenüberliegender meßseitiger Bereich der Multifaser-Mikroelektrode (10) zu einem Sensorkopf (12) flächig glatt poliert wird, d. und daß zumindest eine der Elektroden-Fasern (14) am Sensorkopf (12) mit einer elektroaktiven Schicht (70) und/oder mit einer elektroaktiven spezifischen Schicht (80) versehen wird.Method for producing a microsensor ( 1 ) for the determination of at least one ingredient in a liquid medium, in particular according to one of claims 1 to 30, characterized in that a. that at least two noble metal wires placed in a quartz tube and this is deformed in the heat under tension according to Taylor, b. that the deformed quartz tube is removed on one side, so that the metal wires are used as electrode fibers ( 14 ), c. that one of the exposed electrode fibers ( 14 ) opposite measuring area of the multi-fiber microelectrode ( 10 ) to a sensor head ( 12 ) smooth surface is polished, d. and that at least one of the electrode fibers ( 14 ) on the sensor head ( 12 ) with an electroactive layer ( 70 ) and / or with an electroactive specific layer ( 80 ). Verfahren nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf (12) so poliert wird, daß er eine konische Form aufweist oder einen Teilkegel ohne Kegelspitze bildet.Method according to claim 31 or 32, characterized in that the sensor head ( 12 ) is polished so that it has a conical shape or forms a partial cone without apex. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß als elektroaktive Schicht (80) ein leitfähiges Polymer elektrochemisch oder chemisch abgeschieden wird.Process according to claim 31, characterized in that as electroactive layer ( 80 ) a conductive polymer is deposited electrochemically or chemically. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaser-Mikroelektrode (10) an den freigelegten Elektroden-Fasern (14) mit einer Mikroplatine (30) verbunden wird.Method according to one of Claims 31 to 33, characterized in that the multifiber microelectrode ( 10 ) on the exposed electrode fibers ( 14 ) with a microplate ( 30 ) is connected. Verfahren zur Bestimmung wenigstens eines Inhaltsstoffes in einem flüssigen Medium mit einem Mikrosensor (1) mit Sensorkopf (12), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, a. daß der Mikrosensor (1) an einen hochempfindlichen Potentiostaten angeschlossen wird, b. daß er mit dem Sensorkopf (12) voran in das flüssige Medium, beispielsweise innerhalb eines Gewebekompartiments eingeführt wird und c. daß mittels zyklischer Voltammetrie Strom- Spannungskurven aufgenommen werden.Method for determining at least one ingredient in a liquid medium with a microsensor ( 1 ) with sensor head ( 12 ), in particular according to one of claims 1 to 34, characterized in that a. that the microsensor ( 1 ) is connected to a high sensitive potentiostat, b. that he uses the sensor head ( 12 ) is introduced into the liquid medium, for example within a tissue compartment, and c. that current-voltage curves are recorded by means of cyclic voltammetry. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß man aus wenigstens einer der Strom- Spannungskurven für wenigstens einen Meßpeak einen zugehörigen Spannungswert abliest und diesen anhand von Vergleichswerten einem Inhaltsstoff zuordnet.Process according to claim 35, characterized in that that he from at least one of the current-voltage curves for at least a measuring peak an associated one Read voltage value and this one basis by comparison values Ingredient assigns. Verfahren nach einem der Ansprüche 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, daß man aus wenigstens einer der Strom-Spannungskurven für einen Meßpeak einen zugehörigen Stromwert abliest und diesem anhand einer für einen Inhaltsstoff charakteristischen Strom/Mengen-Eichgeraden eine entsprechende Menge zuordnet.Method according to one of claims 35 or 36, characterized that he from at least one of the current-voltage curves for a measuring peak one associated Read current value and this on the basis of an ingredient characteristic Current / quantity calibration line allocates a corresponding amount. Verfahren zur analytischen Bestimmung wenigstens eines in einem Organismus, beispielsweise innerhalb des Gehirns vorhandenen Inhaltsstoffes mit einem Mikrosensor (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, a. daß in einen Schädel ein kreisrundes Loch gebohrt wird, durch das ein aus Futter und Dorn bestehender Mandrin bis in eine Zielregion des Gehirns eingeführt wird, b. daß der Dorn herausgezogen und der erfindungsgemäße Mikrosensor (1) eingeschoben und bis an die Zielregion herangeführt wird, c. daß mittels zyklischer Voltammetrie Strom- Spannungskurven aufgenommen werden, d. daß man auf einem Bildschirm oder an einem Meßgerät die erhaltenen Kurven übereinanderlegt, Spannungswerte abliest und durch Zuordnung zu Eichwerten einen Inhaltsstoff identifiziert e. und daß Stromwerte abgelesen werden, die man auf eine für den Inhaltsstoff spezifische Eichgerade abträgt und dadurch den Inhaltsstoff mengenmäßig bestimmt.Method for the analytical determination of at least one ingredient present in an organism, for example within the brain, using a microsensor ( 1 ), in particular according to one of claims 1 to 37, characterized in that a. that a circular hole is drilled in a skull, through which a mandrin consisting of food and thorn is introduced into a target region of the brain, b. that the mandrel is pulled out and the microsensor according to the invention ( 1 ) and brought to the target region, c. that current-voltage curves are recorded by means of cyclic voltammetry, d. that one superimposes the obtained curves on a screen or on a measuring device, reads voltage values and identifies an ingredient by assignment to calibration values e. and reading current values which are subtracted from a calibration line specific to the ingredient thereby quantitatively determining the ingredient. Verwendung des Mikrosensors (1) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 38 zur qualitativen und quantitativen Detektion von Neurotransmittern und/oder Antioxidantien in Lösungen und an oder in biologischem Material.Use of the microsensor ( 1 ) in particular according to one of claims 1 to 38 for the qualitative and quantitative detection of neurotransmitters and / or antioxidants in solutions and on or in biological material. Verwendung des Mikrosensors (1) insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 39 zur Verschiebung von Gleichgewichten zwischen oxidierten und reduzierten Formen eines Neurotransmitters oder eines Hormons innerhalb von Zellgewebeverbänden und interzellulären Zwischenräumen.Use of the microsensor ( 1 ), in particular according to one of claims 1 to 39, for shifting equilibria between oxidized and reduced forms of a neurotransmitter or a hormone within cell tissue assemblies and intercellular spaces.
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