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 PDFInfo
- Publication number
- DE102004060742A1 DE102004060742A1 DE200410060742 DE102004060742A DE102004060742A1 DE 102004060742 A1 DE102004060742 A1 DE 102004060742A1 DE 200410060742 DE200410060742 DE 200410060742 DE 102004060742 A DE102004060742 A DE 102004060742A DE 102004060742 A1 DE102004060742 A1 DE 102004060742A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrode
- microsensor
- fibers
- layer
- microsensor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/28—Electrolytic cell components
- G01N27/30—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells
Abstract
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.
- 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:
Unter
Multifaser-Mikroelektrode
Ein
in
Die
Tetrode
Ein
Großteil
der Tetrode
Diese
Fasern
Man
kann jede der Fasern
Von
den vier Elektroden-Fasern
Die
am Sensorkopf
Die
Gegenelektrode
Die
Referenzelektrode
Um
gezielt elektrochemische Signale bestimmter Ionen oder Moleküle sowie
gewisser Teilchenfamilien im zu untersuchenden Medium heraus zu
filtern, besitzt jede Arbeitselektrode
Ein
an dieser Schicht
Die
Schicht
Elektropolymerisation
bedeutet, die spezifische Polymerschicht
Um
die Qualität
der Arbeitselektrode
Man
unterscheidet zwischen einer n-Dotierung und einer p-Dotierung.
Letztere entsteht, wenn eine vollständig abgeschiedene Polymerschicht
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
Beim
Umsatz von neuronalen Botenstoffen oder anderen zyklischen Analyten
an einer polycarbazolbeschichteten Arbeitselektrode
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
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
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
Bei
einer zyklovoltammetrischen Messung legt man an die Arbeitselektrode
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
Die
Elektroden-Fasern
Die
freigelegten Elektroden-Fasern
Der
Mikrosensor
Die
Mikroplatine
Zur
Schaffung des erfindungsgemäßen Mikrosensors
In
einer nicht gezeichneten Ausführungsform poliert
man das spitze Ende des Quarzträgers
In
einer noch anderen in
Das
dem Sensorkopf
Die
Verbindung aus Multifaser-Mikroelektrode
Um
den Aufbau des Mikrosensors
In
einer nicht gezeichneten Ausführungsform des
Mikrosensors
Eine
der Elektroden-Fasern
Zur
Silberbeschichtung taucht man die Multifaser-Mikroelektrode
Der
Mikrosensor
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
Um
eine Arbeitselektrode
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
Soll
eine Arbeitselektrode
Zum
Nachweis aromatischer neuronaler Botenstoffe wie Dopamin und Serotonin
kann an einem Mikrosensor
Neben
diesen elektrochemischen Abscheideverfahren läßt sich eine spezifische Schicht
Mit
einem Mikrosensor
Für einen
normalen Tetroden-Meßbetrieb besteht
seine Gegenelektrode
Zunächst zeichnet
man für
jeden zu bestimmenden Neurotransmitter eine Eichgerade auf. Hierzu
taucht man den an einen Potentiostaten angeschlossenen Mikrosensor
Dopamin
und Serotonin werden bei bestimmten für den jeweiligen Neurotransmitter
spezifischen Potentialwerten oder Potentiallagen oxidiert oder reduziert.
So entnimmt man
Wie
sich aus
Befinden
sich Dopamin, Serotonin und Noradrenalin (deren Strukturformeln
in
Mit
dem Mikrosensor
Mit
dem erfindungsgemäßen Mikrosensor
Mit
dem Mikrosensor
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
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
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
Neben
aromatischen, der Oxidation zugänglichen
Neurotransmittern und Ascorbinsäure
(Vitamin C) läßt sich
auch Stickstoffoxid (NO) mit dem Mikrosensor
Man
erkennt, daß ein
Mikrosensor (
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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410060742 DE102004060742A1 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE200410060742 DE102004060742A1 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | 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 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102004060742A1 true DE102004060742A1 (en) | 2006-07-06 |
Family
ID=36590337
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE200410060742 Withdrawn DE102004060742A1 (en) | 2004-12-15 | 2004-12-15 | 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 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102004060742A1 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009051901A2 (en) * | 2007-08-30 | 2009-04-23 | Pepex Biomedical, Llc | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US8506740B2 (en) | 2008-11-14 | 2013-08-13 | Pepex Biomedical, Llc | Manufacturing electrochemical sensor module |
US8702932B2 (en) | 2007-08-30 | 2014-04-22 | Pepex Biomedical, Inc. | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US8951377B2 (en) | 2008-11-14 | 2015-02-10 | Pepex Biomedical, Inc. | Manufacturing electrochemical sensor module |
US9445755B2 (en) | 2008-11-14 | 2016-09-20 | Pepex Biomedical, Llc | Electrochemical sensor module |
US9504162B2 (en) | 2011-05-20 | 2016-11-22 | Pepex Biomedical, Inc. | Manufacturing electrochemical sensor modules |
WO2018093680A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | University Of Virginia Patent Foundation | Electrochemical device for identifying electroactive analyte and related methods thereof |
DE102019001256B3 (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-13 | Thomas Recording Gmbh | Nerve bridge with quartz glass insulated platinum-tungsten microelectrode fibers (heptodes) and capillaries |
US11045124B2 (en) | 2014-06-04 | 2021-06-29 | Pepex Biomedical, Inc. | Electrochemical sensors and methods for making electrochemical sensors using advanced printing technology |
US11224367B2 (en) | 2012-12-03 | 2022-01-18 | Pepex Biomedical, Inc. | Sensor module and method of using a sensor module |
-
2004
- 2004-12-15 DE DE200410060742 patent/DE102004060742A1/en not_active Withdrawn
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11016052B2 (en) | 2007-08-30 | 2021-05-25 | Pepex Biomedical Inc. | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
WO2009051901A3 (en) * | 2007-08-30 | 2009-06-04 | Pepex Biomedical Llc | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US8702932B2 (en) | 2007-08-30 | 2014-04-22 | Pepex Biomedical, Inc. | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US9044178B2 (en) | 2007-08-30 | 2015-06-02 | Pepex Biomedical, Llc | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US9459228B2 (en) | 2007-08-30 | 2016-10-04 | Pepex Biomedical, Inc. | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
WO2009051901A2 (en) * | 2007-08-30 | 2009-04-23 | Pepex Biomedical, Llc | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US9746440B2 (en) | 2007-08-30 | 2017-08-29 | Pepex Biomedical, Llc | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US11150212B2 (en) | 2007-08-30 | 2021-10-19 | Pepex Biomedical, Inc. | Electrochemical sensor and method for manufacturing |
US8506740B2 (en) | 2008-11-14 | 2013-08-13 | Pepex Biomedical, Llc | Manufacturing electrochemical sensor module |
US8951377B2 (en) | 2008-11-14 | 2015-02-10 | Pepex Biomedical, Inc. | Manufacturing electrochemical sensor module |
US9445755B2 (en) | 2008-11-14 | 2016-09-20 | Pepex Biomedical, Llc | Electrochemical sensor module |
US10278632B2 (en) | 2008-11-14 | 2019-05-07 | Pepex Biomedical, LLC. | Electrochemical sensor module |
US9504162B2 (en) | 2011-05-20 | 2016-11-22 | Pepex Biomedical, Inc. | Manufacturing electrochemical sensor modules |
US11224367B2 (en) | 2012-12-03 | 2022-01-18 | Pepex Biomedical, Inc. | Sensor module and method of using a sensor module |
US11045124B2 (en) | 2014-06-04 | 2021-06-29 | Pepex Biomedical, Inc. | Electrochemical sensors and methods for making electrochemical sensors using advanced printing technology |
WO2018093680A1 (en) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | University Of Virginia Patent Foundation | Electrochemical device for identifying electroactive analyte and related methods thereof |
US11371958B2 (en) | 2016-11-15 | 2022-06-28 | University Of Virginia Patent Foundation | Electrochemical device for identifying electroactive analyte and related methods thereof |
DE102019001256B3 (en) * | 2019-02-21 | 2020-08-13 | Thomas Recording Gmbh | Nerve bridge with quartz glass insulated platinum-tungsten microelectrode fibers (heptodes) and capillaries |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2533686B1 (en) | Polymer film bioelectrodes and methods of making and using the same | |
Harris et al. | Conducting polymer coated neural recording electrodes | |
EP0064970B1 (en) | Mecidal probe | |
DE102005003911B4 (en) | Method for measuring the concentration or concentration change of a redox-active substance and associated device | |
US10768139B2 (en) | Electrochemical probe | |
US20110125050A1 (en) | Multiple-Electrode and Metal-Coated Probes | |
Nicholson et al. | Use of ion-selective microelectrodes and voltammetric microsensors to study brain cell microenvironment | |
EP3423826B1 (en) | Method for calibrating biomass sensors operating with impedance spectroscopy and use of a suspension for carrying out such a method | |
DE102004060742A1 (en) | 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 | |
Cho et al. | Timed electrodeposition of PEDOT: Nafion onto carbon fiber-microelectrodes enhances dopamine detection in zebrafish retina | |
DE102004011648A1 (en) | Test element analysis system with hard-coated contact surfaces | |
Harris et al. | Optical and electrochemical methods for determining the effective area and charge density of conducting polymer modified electrodes for neural stimulation | |
US8702927B2 (en) | Multiple-electrode and metal-coated probes | |
Zhang et al. | Amperometric monitoring of vesicular dopamine release using a gold nanocone electrode | |
Atta et al. | Electrochemistry and detection of dopamine at a poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) electrode modified with ferrocene and cobaltocene | |
EP3761854A1 (en) | Multimodal needle | |
DE4232729C2 (en) | Micro reference electrode for generating a constant reference or reference potential | |
Budai | Electrochemical responses of carbon fiber microelectrodes to dopamine in vitro and in vivo | |
Musa et al. | In vitro and in vivo electrochemical characterization of a microfabricated neural probe | |
Sulaiman et al. | Non-invasive monitoring of temperature stress in Arabidopsis thaliana roots, using ion amperometry | |
AT392848B (en) | ELECTROCHEMICAL SENSOR | |
DE102018004653B3 (en) | Electrochemical sensor with a common electrolyte volume for working and reference electrode | |
Russell | Pedot: Perchlorate Coatings for the Enchancement of Biogenic Amine Detection at Platinum | |
Ziebro | In vivo PPy (DBS) sensors to quantify excitability of cells via sodium fluctuations in extracellular solution | |
Qin et al. | Fabrication of bio-microelectrodes for deep-brain stimulation using microfabrication and electroplating process |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OR8 | Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8105 | Search report available | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE OLBRICHT, BUCHHOLD, KEULERTZ PA, DE |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130702 |