DE2009938B2 - Elektrodenanordnung für Ionenkonzentrationsmessungen und Herstellungsverfahren hierfür - Google Patents

Description

chen also die ionenempfindliche Gienzfläche einer Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Her-Glaselektrode oder anderweitigen Meßelektrode in stellung des zweiteiligen Überzugs; nach einer zweckdirekten Kontakt mit dem Blut gelangt, besteht in der mäßigen Ausgestaltung kann diese in der Weise erBeeinträchtigung der für die Messung charakteristi- folgen, daß man eine Lösung eines Zellulosederivats sehen Eigenschaften der Elektrode selbst durch die 5 herstellt, daß man auf dem Bereich der ionenempfindzuvor erwähnten Zersetzungsprodukte des Blutes. In liehen Grenzfläche und den angrenzenden Bereichen diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß eine des rohrförmigen Teils einen Überzug aus dieser Lö-Glaselektrode, wenn sie sich in der erwähnten Weise sung durch Eintauchen in die Lösung herstellt und mit Zersetzungsprodukten des Blutes überzieht, nicht daß man diesen Überzug im Bereich der ionenempmehr in der richtigen Weise auf die Ionen, die sie io findlichen Grenzfläche zur Rekonstitution der Zellumessen soll, anspricht; nach einer kurzen Zeitdauer lose aus der Lösung behandelt, wird die Elektrode unempfindlich für Änderungen Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erder Konzentration der zu messenden lonenart. Dies findung an Hand der Zeichnung erläutert, hatte zur Folge, daß in der Vergangenheit genaue po- Die Figur zeigt in vergrößerter Teillängsschnitttentioinetrische Messungen in vivo nur über eine ver- 15 ansicht das Ende eines Katheters, welches mit einer hältnismüßig kurze Zeitdauer, in der Größenordnung gemäß der Erfindung ausgebildeten lonenmeßelekvon einigen wenigen Minuten, durchführbar waren. trode \ersehen ist.

Aus der deutschen Auslegeschrift i 228 CHO ist be- Im einzelnen ist die Ioner meßelektrodenanordnung

reits eine Vorrichtung bekannt zum Messen des pH- als Ganzes mit 10' bezeichnet: sie weist eine in einem

Wertes \on Substanzen des lebenden Körpers, in den 20 Katheterrohr 14' angeordnete Glaselektrode 12' auf.

wahrend des Vorgangs eine hohle Einstecknadel ein- Ein für diesen Zweck geeigneter Katheter ist bei-

gelührt wird, mit einer am Ende geschlossenen und spielsweise aus einem Polyestergewebe gefertigt. DL-

einer leitenden Flüssigkeit gefüllten Glaselektrode als Elektrode 12' weist ein Glasrohr Ii auf, das an sei-

Meßelektrode und einer Bezugselektrode. Die in der nem unteren (d. h. äußeren) Ende durch einen ionen-

Einsteeknadcl frei liegenden Teile der Meßelektrode 25 empfindlichen Glaskolben 18' \ erschlossen ist. In

und der Bezugselektrode sind mit einem Stoff, z. B. dem Rohr 16' befindet sich eine innere Halbzelle 20'.

Chlorsilane. überzogen, der als Antikoagulat für Pro- die in bekannter Weise mit einer geeigneten Lösung

teine wirkt. Nachteilig ist hier jedoch, daß nui Teile 22' in Berührung steht. Das Glasrohr 16' i-4 in einem

der Einstecknadel von dem Überzug bedeckt sind. Metallrohr 24' eingeschlossen. Sowohl das Rohr 16'

Ferner sind aus »The Review of Scientific Instru- 30 als auch das Rohr 24' erstrecken sich in den Kathc-

ments«. Vol. 30, Nr. 2. 1959, S 108 und 109. Elek- ter 14' hinein.

trodenanordnungen für polarographische SauerstofT- Ein überzug 26' aus rekonstituiert^ Zellulose messungen in Blutgefäßen lebender Körper bekannt überdeckt nur den ionenempfindlichen Kolben 18' mit einer Plattenelektrode am Ende eines Katheters. der Glaselektrode 12'. Der übnge Teil des Überzugs bei denen die unmittelbar angrenzenden Bereiche des 35 30, welcher das Metallrohr 24' und das untere (d. h. rohrförmigen Teils, nicht aber des Katheters mit einer äußere) Ende des Katheters 14' überdeckt, bestellt Membran aus Polytetraftuoräthylen überzogen sind. aus einem Zellulosederivat wie beispielsweise ZeIIu-Die Membran ist ionenund'irchlässig, aber sauerstoff- loseacetat oder Zelluloscnitrat. Diese Zelluloseester durchlässig und schützt daneben die Meßelektrode. sind außerordentlich fest und besitzen gute Haft-Zur Messung der Icnenkonzer'.ration ist eine solche 40 eigenschaften; sie haften daher gut an der Polymer-Membran natürlich nicht ve.v·. endbar. Oberfläche des Katheters 14' wie auch an dem Me-

Durch die Erfindung soll eine für in vivo-Analysen tallrohr 24'. Dies steht im Gegensatz zu rekonstituier-

an Korperflüssigkeiten geeignete Ionenmeßelektrode ter Zellulose, die stark wasserabsorbierend ist und da-

geschaffen werden, bei welcher ein in mechanisch geo- her an Poly.ner-Werkstoffen überhaupt nicht gut haftet,

metrischer Hinsicht kontinuierlicher einheitlicher 45 Die Herstellung der Überzüge 26' und 30 auf der

Überzug über die gesamt·* Elektrode und über das in der Figur dargestellten Elektrodenanordnung kann

angrenzende Ende des Katheterrohres hin erzielt in der folgenden Weise vor üich gehen. Zunächst wird

wird, der sowohl auf der Elektrode als auf dem Ka- ein Zellulosederivat, wie beispielsweise Zelluloseao

theter fest haftet und ohne daß hierbei die Gefahr tat oder Zellulosenitrat, in einem geeigneten Lö-

einer Ablösung des Überzugs von dem das Kunst- so sungsmitt^l aufgelöst. Für Zelluloseacetat eignet sich

stoff-Katheterrohr überdeckenden Teil her besteht. Azeton als Lösungsmittel, für Zellulosenitrat ein Al-

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorge- kohol-Ather-Gemisch. Selbstverständlich können

sehen, daß bei einer Elektrodenanordnung der ein- auch andere Zellulosederivate verwendet werden, falls

gangs genannten Art der Überzug im Bereich der sie in Lösungsmitteln löslich sind. Auch hier hängt

ionenempfindlichen Grenzfläche aus rekonstruierter 60 die dem Lösungsmittel zugesetzte Menge ZuIIulose

Zellulose besteht und daß auf den an die ionenemp- wiederum von der für den Überzug auf dem ionen-

findliche Grenzfläche angrenzenden Bereichen des empfindlichen Kolben 18' gewünschten Dicke ab. Die

rohrförmigen Teils ein zweiter Überzug aus einem Herstellung des Überzugs auf der Elektrodenanord-

Zellulosederivat vorgesehen ist, der fugenlos konti- nung erfclgt in der Weise, daß man den Katheter 14'

nuierlich an den ersten Überzug aus, rekonstituierter 55 in die Lösung des Zellulosederivats eintaucht. Und

Zellulose anschließt. zwar soll die Anordnung so weit in die Lösung ein-

Es bleibt also die schlechte Haftfestigkeit rekonsti- getaucht werden, daß sich der aus der Lösung be-

tuierter Zellulose auf dem Kunststoffkatheterrohr stehende Überzug bis über die Stirnseite des Kathe-

ohne nachteilige Auswirkungen, da erfindungsgemäß ters erstreckt, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Sodann

der das Katheterrohr bildende Teil des Überzuges aus 65 wird die Elektrodenanordnung aus der Lösung her-

einem Zellulosederivat statt aus rekonstituierter ZeI- ausgenommen und in eine zweite Lösung eingebracht,

lulose besteht, das eine gute Haftfestigkeit an Poly- welche sich zur hydrolytischen Verseifung des ZeI-

merkunststoffmaterial besitzt. lulosenitrat- oder Zelluloseacetat-Films auf den

ionenempfindlichen Kolben 18' eignet. Hierzu darf nur der Kolben 1.8' und nicht das mit dem Überzug versehene Metallrohr24' sowie das angrenzende Ende des Katheters 14' in die zweite Lösung eingetaucht werden. Falls das für den Überzug 26' verwendete Zellulosederivat Zelluloseacetat ist, so kann die zweite Losung ein A'kohol-Ammoniak-Gcmisch sein, beispielsweise ein Gemisch aus 50°/o Alkohol und 50 %> konzentriertem Ammoniumhydroxyd. Falls als Zellulosederivat Zellulosenitrat verwendet wurde, kann als zweite Lösung eine Ammoniumbisulfitlösung Anwendung finden. Durch diesen zweiten Behandlungsschritt wird auf dem ionenempfindlichen Kolben 18' die ursprüngliche Zellulose rekonstituiert, während der das Metallrohr 24' und den Polymer-Katheter 14' bedeckende Zeiluloseesterfilm 30 unverändert bleibt. Überzüge aus rekonstituierter Zellulose, die in dieser Weise auf Elektroden des in der Figur veranschaulichten Typs aufgebracht wurden, wobei der verwendete Zelluloseester Zelluloseacetat war, haben bis zu zehn medizinische Anwendungen ohne Beschädigung des Zellulosefilms auf dem ionenempfindlichen Kolben oder des Zelluloseesterfilms auf dem Metallrohr und dem Katheter überstanden. Außerdem wurden Elektroden dieses Typs mit Erfolg für kontinuierliche Blut-pH-Messungen in Hunden über insgesamt 50 Stunden verwendet, ohne daß die Überzüge auf der Elektrodenanordnung erneuert zu werden brauchten.

Daraus ist ersichtlich, daß mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren in Verbindung mit der in der Figui· gezeigten Elektrodenanordnung ein das untere Ende der Anordnung überdeckender kontinuierlicher Film herstellbar ist, wobei der die ionenempfindliche Grenzfläche 18' bedeckende Teil des Films aus rekonstituierter Zellulose besteht und der übrige Teil

ίο des Films ein Zelluloseester ist und hohe Lebensdauer und sehr gute Hafteigenschaften besitzt.

Die Erfindung wurde vorstehend speziell mit Bezug auf das Überziehen von ionenempfindlichen Glaskolben beschrieben; die vorteilhaften Eigenschaften der

is Erfindung eignen sich jedoch auch zur Anwendung bei anderen Arten ionenempfindlicher Grenzflächen, beispielsweise Silber-Silberchlorid-Grenzflächen oder Silberchloridgrenzflächen, wie sie zur Messung der Chloridionenkonzentration von Lösungen verwendet werden und bei denen die gleichen Probleme wie eingangs für die ionenempfindlichen Glas-Grenzflächen erläutert, auftreten.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, die jedoch in

as mannigfacher Weise abgewandelt werden können, ohne daß hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 Die Erfindung betrifft allgemein eine Elektroden-Patentansprüche: anordnung für lonenkonzentrationsmessungen, mit einer ionenempfindlichen Grenzfläche am Ende eines

1. Elektrodenanordnung für Ionenkonzentra- rohrförmigen Teils und mit einem Antikoagulationstionsmessungen, mit einer ionenempfindlichen 5 Überzug, insbesondere für die vivo-Ionenkonzentra- Grenzfläche am Ende eines rohrförmigen Teils tionsmessungen von Körperflüssigkeiten, sowie ein und mit einem Antikoagulations-Überzug, insbe- Verfahren zu- Herstellung dieses Zelluloseüberzugs, sondere für die vivo-Ionenkonzentrationsmessun- In der letzten Zeit sind unter der Bezeichnung in gen von Körperflüssigkeiten, dadurch ge- vivo-Ionenkonzentrationsmessungen von Kdrperflüs- kennzeicb.net, daß der Überzug (26') im Be- xo sigkeiten Messungen gebräuchlich geworden, bei welreich der ionenempfindlichen Grenzfläche (W) chen die Ionenkonzentrationsmessungen direkt an aus rekonstituierter Zellulose besteht Und daß auf den Körperflüssigkeiten im normalen Kreislauf inner- den an die ionenempfindliche Grenzfläche an- halb ihres Gefäßsystems vorgenommen wurden, beigrenzenden Bereichen (24', 14') des rohrförmigen spielsweise am Blut, Lymphflüssigkeit oder anderen Teils (100 ein zweiter Überzug (30) aus einem 15 Gewebeflüssigkeiten. Bei dieser Art Messungen wird Zellulo>ederivat vorgesehen ist, der fugenlos- die Ionenmeßelektrode. typischerweise eine pH-Gla«- konlinuicii.il an tion ersten Überzug (26') aus elektrode, in direkten Kontakt mit der Körperflussi<:- rekonstituierter Zellulose anschließt. keit. beispielsweise mit dem in einer Arterie strömen-

2. Elektrodenanordnung naen Anspruch 1, da- den Blut, gebracht. Dies erfolgt häufig in der Weisj durch gekennzeichnet, daß das für den /weiten 20 daß man die Glaselektrode am Ende eines Katheter-Überzug (30) verwendete Zellulosederivat aus der anordnet und der Katheter in die Arterie der Unter-Gruppe Zellulosenitrat und Zelluloseacetat cc- suchungsperson eingeführt wird. Außerdem muß wählt ist. " auch ein Bezur.kontakt mit der Untersuehungsper

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 son hergestellt werden, beispielsweise in Form ein,: oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß ein Ab- 25 direkten Kontaktierung der betreffenden Körperflüsschnitt (14') des rohrförmigen Teils (10') in dem sigkeit durch eine elektrochemische Bezugselektrode von dem z·. eiten Überzug (30) überdeckten Be- wie beispielsweise eine Standard-Kalomel-Bezut^- reich aus einem Polymer-Kur.. *stofimatcria! be- ^!cktrode, oder durch Kontaktierung der Haut der steht. Untersuchungsperson mit einer derartigen Elektrode.

4. Elektrodenanordnung n~ch einem oder meh- 30 Bei dieser Durchführung potentiometrischer Mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, da- sungen an Kürperflüssigkei'en und insbesondere am durch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Teil Blut in vivo, bei der also die Ionenmeßelektrode in einen Katheter (14') aus einem Polymer-Kunst- direkten Kontakt mit dem Blut gebracht wird, wie stoffmaterial aufweist. etwa bei Verwendung einer Katheter-pH-Elektrode.

5. Elektrodenanordnung nach einem oder meh- 35 ergeben sich zwei grundsäti,i<:he Probleme. Eines reren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch dieser Probleme besieht in der Auswirkung der Obergekennzeichnet, daß die ionenempfindliclie Grenz- fläche der Glaselektrode auf das Blut selbst. Blut ist fläche (18') aus ionenempfindlichem Glas besteht. ein komplexes kolloidales Gemisch aus einer wäß-

6. Verfahren zur Herstellung der beiden kon- rigen Lösung von Ionen, wie beispielsweise Kalium-, tinuierlich zusammenhängenden Überzüge aus re- 40 Natrium- und Calcium-Ionen, kleinen Molekülen, konstituierter Zellulose im Bereich der ionen- wie beispielsweise Harnstoff rnd Glukose, großen empfindlichen Grenzfläche bzw. aus einem Zellu- Molekülen. Ionen vom Proteintyp und roten Zellen, losederivat auf den angrenzenden Bereichen des welche Hämoglobin tragen. Wenn diese Substanzen rohrförmigen Teils, nach den Ansprüchen 1 bis 5, in Berührung mit der Oberfläcne eines ionenempdadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung 45 findlichen Kolbens einer Glaselektrode gelangen, si eines Zellulosederivats herstellt, daß man auf dem treten verschiedene Vorgänge auf. Der eine wird ?ls Bereich der ionenempfindlichen Grenzfläche (18') Denaturierung von Protein bezeichnet und bedeutet, und den angrenzenden Bereichen (24', 14') des daß die Proteinmoleküle im Blut so verändert werrohrförmigen Teils (10') einen Überzug aus die- den, daß sie sich absetzen und einer. Überzug auf den ser Lösung durch Eintauchen in die Losung her- 50 ionenempfindlichen Glaskolben der Meßelektrode HiI-stellt und daß man diesen Überzug im Bereich den. Ein zweiter Vorgang, zu dem es hierbei kommt, (26') der ionenempfindlichen Grenzfläche (18') wird als Hämoly:,e bezeichnet und bedeutet, daß die zur Rekonstitution der Zellulose aus der Lösur.g ck's Hämoglobin tragenden roten Zellen im Blut reibehandelt, ßen und daher zerstört werden. Das Vorhandensein

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch ge- 55 einer Fremdsubstanz wie etwa des ionenempfindkennzeichnet, daß ein Zellulosederivat aus der liehen Kolbens einer Glaselektrode, im Blutstrom hat Gruppe Zellulosenitrat und Zelluloseacetat ver- daher eine Schädigung des Bluts selbst zur Folge. Mit wendet wird und daß die Lösung mit einem Lö- dem zuvor erwähnten Problem der Denaturierung ist sungsmittel für das betreffende Zelluloseacetat die zusätzliche Gefahr verbunden, daß der Blulüberhergestellt wird. 60 zug auf dem ionenempfindlichen Kolben im Blut-

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge- strom einen Knoten hinreichender Größe bilden kennzeichnet, daß die Rekonstitution der Zellu- kann, daß er sich von der Elektrode losreißt und in lose in dem die ionenempfindliche Grenzfläche den Blutkreislauf des Patienten gelangt. Die Gefah-(18') überdeckenden Bereich (26') durch hydro- ren durch derartige Gerinsel im Blutkreislauf eines lytische Verseifung des Zellulosederivat-Über- 65 Lebewesens sind wohl bekannt und können in manzugs (26') in diesem Bereich erfolgt. chen Fällen für die Untersuchungsperson tödlich sein.

Das zweite Hauptproblem bei der Durchführung von potentiometrischen Messungen in vivo, bei wel-