BR112015030252B1

BR112015030252B1 - Unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás, sistema de monitoramento de paciente e/ou ventilação de um paciente, e, método de condicionamento de um sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás

Info

Publication number: BR112015030252B1
Application number: BR112015030252-1A
Authority: BR
Inventors: Josephus Arnoldus Henricus Maria Kahlman; Nicolaas Lambert; Hans Willem Van Kesteren
Original assignee: Koninklijke Philips N.V.
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2022-04-26
Also published as: JP6499164B2; RU2695258C2; US20160081605A1; BR112015030252A2; RU2015156247A3; CN105392425B; US10238321B2; RU2015156247A; JP2016523607A; WO2014195451A1; EP3003150A1; CN105392425A

Abstract

UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DE UMA CONCENTRAÇÃO DE UM GÁS, SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PACIENTE E/OU VENTILAÇÃO DE UM PACIENTE, E, MÉTODO DE CONDICIONAMENTO DE UM SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DE UMA CONCENTRAÇÃO DE UM GÁS A presente invenção se refere a uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás, que compreende: ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada; e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da pelo menos uma camada sensora adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora; sendo que a dita unidade de sensor óptico químico é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons; e que a unidade de sensor óptico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração de gás. A presente invenção também se (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás, que compreende ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da pelo menos uma camada sensora adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora, sendo que a dita unidade de sensor óptico químico é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons e que a unidade de sensor óptico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração de gás. A presente invenção também se refere a um sistema que compreende dito um sensor óptico químico, bem como um método de condicionamento de uma unidade de sensor óptico químico para medir uma concentração de um gás e um sensor condicionado obtido pelo mesmo.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Pacientes com doença neuromuscular, doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC) e hipoventilação por obesidade frequentemente sofrem de insuficiência respiratória crônica. Os ditos pacientes precisam de tratamento regular para sua insuficiência respiratória em casa. Os pacientes hipoxêmicos são tratados por terapia com oxigênio (principalmente sem suporte ventilatório), enquanto o tratamento por ventilação invasiva (VI) e ventilação não- invasiva (VNI) com ar ambiente ajuda a trazer o alto teor do gás dióxido de carbono (CO2) no sangue dos pacientes hipercápnicos de volta para um nível aceitável. A eficácia da ventilação é verificada através da medição da linha de base e as tendências nos níveis de oxigênio e dióxido de carbono durante a VNI noturna.

[003] As medições de gás no sangue arterial formam o padrão de referência. Antes de iniciar o tratamento com ventilação em casa, os pacientes ficam no hospital para otimizar as configurações do ventilador e monitorar os valores de gás no sangue arterial. Dependendo da gravidade e estabilidade da doença, os pacientes têm que retornar com mais ou menos regularidade ao hospital para verificações. Um enfermeiro também pode visitar o paciente em casa para verificar o ventilador e instalar o equipamento que permite o monitoramento não-invasivo das pressões parciais do gás no sangue. Em casa, os níveis de gás no sangue são monitorados tipicamente durante a noite e os dados são armazenados em conjunto com o ventilador e dados respiratórios para análise posterior no hospital.

[004] O estado da técnica em monitoramento da oxigenação de sangue não-invasivo é feito mediante a medição da saturação do oxigênio arterial, que se refere à pressão parcial de oxigênio através da curva de dissociação do oxigênio. A oximetria de pulso (SpO2) é um método óptico de monitoramento não-invasivo da saturação do oxigênio arterial em um paciente e se tornou uma das tecnologias mais comumente usadas na prática clínica. A oximetria de pulso é uma tecnologia de custo razoavelmente baixo e fácil de usar. É o método preferido de monitoramento da oxigenação do sangue em casa.

[005] O estado da técnica em monitoramento não-invasivo da pressão parcial do CO2 é por meio de capnografia ou por monitoramento transcutâneo de CO2 (PtcCO2). Para pacientes entubados com um pulmão saudável, o valor de CO2 expirado (etCO2) obtido por capnografia oferece uma boa indicação do valor de CO2 arterial. Entretanto, no caso de ventilação não-invasiva, em que vazamentos de ar entre a máscara e a face estão normalmente presentes e os pacientes têm doenças respiratórias graves, a capnografia frequentemente não é um método confiável. Na maioria dos hospitais, é usada uma combinação de capnografia para tendência de monitoramento e análise de uma amostra de sangue arterial para obter um valor preciso ocasional.

[006] O monitoramento de CO2 transcutâneo não é perturbado por vazamentos de ar e doenças respiratórias, mas requer pessoal treinado para obter valores confiáveis e mostra alguma inexatidão devido à variação nas propriedades da pele entre adultos. O monitoramento do gás CO2 no sangue feito em casa é menos frequentemente usado que a oximetria apesar da alta relevância para os pacientes que recebem ventilação.

[007] Sensores transcutâneos de CO2 atuais são todos baseados em um conceito de 40 anos de (i) um aquecedor termostaticamente controlado para aumentar a perfusão sanguínea e a permeabilidade ao gás da pele; (ii) uma camada de fluidos entre a pele e a membrana do sensor; (iii) uma membrana permeável aos gases que cobrem o sensor; (iv) uma solução de eletrólito entre a membrana e o sensor; (v) um sensor que compreende um sensor de pH eletroquímico e um eletrodo de referência e (v) um algoritmo para compensar os efeitos da temperatura e do metabolismo da pele.

[008] O documento EP 1 965 198 A1 descreve um dispositivo para determinar CO2 em amostras gasosas ou líquidas que compreende uma matriz polimérica e um indicador integrado à matriz polimérica, sendo que o indicador compreende um corante sensível ao pH e um complexo de cátion de metal, sendo que um ânion do corante sensível ao pH e o cátion de metal formam um sal que é solúvel na matriz polimérica.

[009] Um exemplo adicional de um sensor óptico químico de uma técnica anterior para aplicação transcutânea é representado na Figura 1, sendo que duas camadas de materiais permeáveis a gases do “tipo borracha de silicone” são depositadas sobre um material carreador com transparência óptica. A primeira camada, a camada sensora, compreende uma mistura de dois corantes luminescentes em um agente de transferência de fase lipofílica dentro de um polímero hidrofóbico, a saber, um corante de referência que tem uma vida útil luminescente longa e um corante indicador sensível ao pH que tem uma vida útil luminescente curta. Uma segunda camada de membrana compreende partículas de um material reflexivo de luz (TiO2) e impede o transporte de íons de e para a camada sensora. O gás CO2 tipicamente se difunde através da dita membrana para a primeira camada (sensora) e altera o pH, que, por sua vez, modifica a luminescência do corante indicador. Usando-se uma técnica de referência de vida útil dupla, que mede eficazmente a resposta do tempo da excitação da luz modulada, a porcentagem de gás CO2 pode ser calculada.

[010] O agente de transferência da fase lipofílica também serve de material de tampão químico para fornecer água para a produção de ácido carbônico. Entretanto, o desequilíbrio osmótico no local da aplicação do sensor, por exemplo, em uma zona de contato com um meio de contato, pode iniciar perturbações moleculares, como transporte de água no sensor e fora do sensor, que podem levar a alterações indesejadas do sensor, exigindo, assim, uma calibração ou recalibração do sensor.

[011] Como consequência, existe uma necessidade pelo desenvolvimento de um sensor óptico químico aprimorado para aplicações transcutâneas, no qual não ocorrem alterações na sensibilidade devido a irregularidades moleculares.

OBJETIVOS E SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[012] A presente invenção aborda essas necessidades e fornece meios e métodos para medir eficazmente a concentração de gás, em particular de CO2 em um ambiente osmoticamente desequilibrado, como a pele. O objetivo acima é, em particular, realizado por uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás que compreende ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada, e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da pelo menos uma camada sensora adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora, sendo que a dita unidade de sensor óptico químico é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons, e sendo que a unidade de sensor óptico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração de gás. Os inventores fornecem a surpreendente solução de que o uso de um meio de contato que compreende uma camada de barreira, a qual é permeável a gases e impermeável à água e íons, reduz ou diminui eficazmente as perturbações moleculares, como transporte de água ou íons dentro ou fora da unidade de sensor óptico químico e um meio de contato, de modo que nenhuma alteração na sensibilidade durante a medição de gás, por exemplo, durante a medição de CO2, ocorra. Dessa forma, quando a unidade de sensor óptico químico, de acordo com a presente invenção, é fixada à pele de uma pessoa através de um meio de contato que é disposto entre a ao menos uma camada permeável a gases e a pele, os gases presentes na pele, por exemplo, O2 ou CO2, atravessam a camada permeável a gases para a camada sensora, desde que a pressão parcial do gás na pele seja maior que a pressão parcial do gás na unidade de sensor óptico químico. Devido à presença da camada de barreira, que pode compreender líquidos hidrofóbicos, um ambiente osmoticamente inerte pode ser fornecido, o qual permite a detecção eficaz da concentração de O2 ou CO2, sem a necessidade de qualquer etapa de calibração adicional e sem que se tema uma falsificação ou invalidez progressiva dos valores medidos devido a uma influência do influxo de água na camada sensora.

[013] Em uma modalidade preferencial da presente invenção, o meio de contato é biocompatível e opcionalmente também termicamente condutivo.

[014] Em uma modalidade preferencial adicional da presente invenção, a camada de barreira, conforme mencionado acima, compreende um composto hidrofóbico.

[015] Em uma outra modalidade preferencial, o dito composto hidrofóbico é um líquido hidrofóbico.

[016] Em ainda outra modalidade preferencial da presente invenção, o dito composto hidrofóbico ou líquido hidrofóbico é um hidrocarboneto, flúor ou silício contendo óleo, um organossilicone ou uma borracha macia ou gel.

[017] Em uma modalidade particularmente preferencial da presente invenção, o dito líquido hidrofóbico é um óleo comestível, ou uma cera comestível de baixo ponto de fusão, de preferência manteiga de cacau, um derivado de óleo cru, como um óleo de parafina ou cera de parafina mole, um óleo de silicone ou cera de silicone ou um óleo de perfluoro.

[018] Em ainda outra modalidade preferencial, a dita ao menos uma camada permeável a gases e/ou a dita ao menos uma camada sensora compreende uma borracha de silicone.

[019] Em uma modalidade preferencial adicional da presente invenção, a dita camada de barreira está presente na dita unidade de sensor óptico químico em uma espessura tal que a resposta óptica seja estável quando o sensor óptico químico estiver em contato com o dito meio de contato que tem uma concentração de gás constante.

[020] Em uma outra modalidade preferencial da presente invenção, a dita camada sensora compreende material luminescente e a dita camada permeável a gases é adaptada para impedir que a luz atravesse a camada permeável a gases.

[021] É particularmente preferencial que o sensor óptico químico seja uma unidade de sensor transcutâneo para medir a concentração de gás no sangue, de preferência, as concentrações dos gases O2 e/ou CO2, com mais preferência de CO2.

[022] Em ainda outra modalidade preferencial da presente invenção, a unidade de sensor óptico químico, conforme mencionado anteriormente neste documento, compreende adicionalmente: ao menos uma fonte de luz adaptada para irradiar a camada sensora e opcionalmente uma estrutura de guia de luz conectada à fonte de luz e ao menos um dispositivo de detecção adaptado para detectar a resposta óptica da camada sensora e opcionalmente uma estrutura de guia de luz conectada ao dispositivo de detecção, sendo que ao menos uma dentre a fonte de luz, a estrutura de guia e/ou o dispositivo de detecção são conectados de preferência de forma removível à unidade de sensor óptico químico.

[023] Em um outro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema de monitoramento do paciente e/ou ventilação de um paciente, que compreende uma unidade de sensor óptico químico, conforme anteriormente definido neste documento, um dispositivo de ventilação e/ou um dispositivo de monitoramento.

[024] Em um outro aspecto, a presente invenção se refere a um método de condicionamento de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás que compreende ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da pelo menos uma camada sensora adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora, sendo que a dita unidade de sensor óptico químico é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons e que a unidade de sensor óptico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração do gás, sendo que o método compreende colocar a dita unidade de sensor óptico químico em contato com um meio de contato que compreende uma camada de barreira a qual é permeável a gases e impermeável a água e íons. Em uma modalidade preferencial, o dito meio de contato é um meio de contato, conforme anteriormente definido neste documento.

[025] Em ainda um outro aspecto, a presente invenção se refere a uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás obtida pelo método de condicionamento, conforme anteriormente definido neste documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[026] A Figura 1 mostra os princípios de um sensor óptico químico para aplicação transcutânea. A figura mostra um sensor óptico químico que compreende uma camada de suporte com um carreador óptico transparente, uma camada sensora que compreende uma membrana de silicone, um corante de referência e um corante indicador, que é transparente ao gás e sensível a pH, assim como uma camada que compreende TiO2 em uma membrana de silicone, que é transparente ao gás e reflexiva à luz. O sensor óptico químico, pode ser, por exemplo, excitado a 470 nm (LED azul-verde), e a luminescência pode ser detectada a partir de corantes indicadores e de referência na faixa de 500 a 700 nm (vermelho). O corante de referência tem uma resposta lenta e os luminóforos podem, por exemplo, ser embalados em esferas para protegê-los do O2. O corante indicador tem uma resposta rápida e é primariamente sensível a H+ (pH), o que leva a uma redução na amplitude e a uma coloração amarela sob a iluminação da luz branca devido ao pH reduzido causado pelo aumento no CO2. A frequência da modulação na intensidade da luz de iluminação é escolhida de modo que um deslocamento de fase de cerca de 45° seja obtido.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[027] A presente invenção se refere a uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás.

[028] Ainda que a presente invenção será descrita em relação a modalidades específicas, essa descrição não deve ser interpretada em sentido limitador.

[029] Antes de descrever em detalhes as modalidades exemplificadoras da presente invenção, definições importantes para o entendimento da presente invenção são fornecidas.

[030] Como usado neste relatório descritivo e nas reivindicações em anexo, as formas singulares de “um” e “uma” também incluem seus respectivos plurais, a menos que o contexto determine claramente o contrário.

[031] No contexto da presente invenção, os termos “cerca de” e “aproximadamente” denotam um intervalo de exatidão que um versado na técnica entenderá para, ainda assim, assegurar o efeito técnico da característica em questão. O termo tipicamente indica um desvio do valor numérico indicado de ±20 %, de preferência ±15 %, com mais preferência ±10 %, e com mais preferência ainda ±5 %.

[032] Deve-se considerar que o termo “que compreende” não é limitador. Para os propósitos da presente invenção, o termo “que consiste de” é considerado uma modalidade preferencial do termo “que compreende”. Se deste ponto em diante um grupo for definido para compreender ao menos um certo número de modalidades, isso significa que também compreende um grupo que de preferência consiste apenas dessas modalidades.

[033] Além disso, os termos “primeiro”, “segundo”, “terceiro” ou “(a)”, “(b)”, “(c)”, “(d)” etc. e similares na descrição e nas reivindicações, são usados para distinguir entre elementos similares, e não necessariamente para descrever uma ordem sequencial ou cronológica. Deve-se entender que os termos assim usados são intercambiáveis sob circunstâncias adequadas, e que as modalidades da invenção descritas neste documento têm a capacidade de operação em outras sequências, diferentes das descritas ou ilustradas neste documento.

[034] Caso os termos “primeiro”, “segundo”, “terceiro” ou “(a)”, “(b)”, “(c)”, “(d)”, “i”, “ii” etc. se refiram a etapas de um método ou uso ou teste, não há coerência de tempo ou intervalo de tempo entre as etapas, isto é, as etapas devem ser executadas simultaneamente ou deve haver intervalos de tempo de segundos, minutos, horas, dias, semanas, meses ou mesmo anos entre tais etapas, a menos que indicado de outro modo na aplicação, conforme estabelecido acima ou abaixo, na presente invenção.

[035] Deve-se considerar que esta invenção não é limitada por metodologias, protocolos, reagentes específicos etc. aqui descritos, já que eles podem variar. Deve-se também considerar que a terminologia usada na presente invenção tem o propósito de descrever modalidades específicas apenas, e não é destinada a limitar o escopo da presente invenção que será limitado apenas pelas reivindicações em anexo. Exceto quando definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados na presente invenção têm o mesmo significado que é comumente compreendido pelo versado na técnica.

[036] Conforme foi estabelecido acima, a presente invenção se refere a um aspecto de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás, que compreende ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da pelo menos uma camada sensora adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora, sendo que a dita unidade de sensor óptico químico é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons e que a unidade de sensor óptico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração de gás.

[037] O termo “concentração de um gás” se refere à quantidade de gás que chega ao sensor óptico químico devido à difusão de zonas ou setores a serem medidos. Um “gás” pode ser qualquer material gasoso. É preferencial que o gás seja produzido biologicamente ou biologicamente ativo ou seja gás relevante. Exemplos de tais gases são O2, CO2, CO, N2, NH3, NO, H2S. É preferencial que o gás cuja concentração deve ser medida seja O2 e/ou CO2. É particularmente preferencial que o gás cuja concentração deve ser medida seja CO2.

[038] O termo “camada sensora”, como usado aqui, refere-se a uma camada que pode ser irradiada ou excitada e que pode subsequentemente gerar uma luz de um comprimento de onda diferente devido à excitação de um material opticamente reativo, por exemplo, luminescência, como fluorescência, como resposta óptica, sendo que a intensidade da luz gerada depende da concentração de moléculas de gás presentes ou dissolvidas na camada sensora. A medição da resposta óptica, por exemplo, luminescência, como fluorescência, de uma certa intensidade e comprimento de onda, permite calcular a concentração de gás na camada sensora, por exemplo, que é difundida ou se difundiu para a camada sensora a partir das camadas mais profundas, como a pele. Essa medição pode, ainda, permitir um cálculo da concentração desse gás no setor a ser medido, por exemplo, no setor da pele no qual o sensor óptico químico é colocado.

[039] A camada sensora pode ser composta de material de carga que é transitável por moléculas de gás. Um exemplo desse material de carga é material de borracha de silicone. Em uma modalidade preferencial, a camada sensora pode, assim, compreender borracha de silicone ou essencialmente consistir em material de borracha de silicone. A camada sensora pode compreender adicionalmente compostos como água ou tampões químicos. A camada sensora pode consequentemente ser tamponada em um pH específico ou compreender uma certa quantidade de prótons e/ou íons de hidróxido, por exemplo, que tem um certo pH. O pH que pode ser alterado devido à difusão de gases, em particular, CO2 para a camada sensora. De preferência, o CO2 pode se difundir para a camada sensora e a alterar o pH na dita camada sensora por interação com a água, aumentando, assim, a concentração de prótons e alterando, assim, o pH.

[040] O termo “irradiado com uma radiação predeterminada”, como usado aqui, significa que a camada sensora pode ser irradiada ou excitada com radiação de um comprimento de onda adequado, em particular, um comprimento de onda que é capaz de gerar uma resposta óptica da camada sensora. Por exemplo, a irradiação pode ser executada com luz visível, luz infravermelha e/ou luz ultravioleta. Exemplos preferenciais de uma radiação predeterminada são luz do espectro visível verde-azul, por exemplo, um comprimento de onda de cerca de 400 a 500 nm, por exemplo, 440 nm, 450 nm, 460 nm, 470 nm, 480 nm, 490 nm etc. A radiação, isto é, o comprimento de onda da luz assim como sua intensidade, pode em geral ser feito dependente de ou ser adaptado ao material opticamente reativo na camada sensora. Como material opticamente reativo adequado, comprimentos de onda de excitação correspondentes podem ser usados.

[041] Dentro do contexto da unidade de sensor óptico químico, a camada sensora é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração do gás.

[042] Em uma modalidade preferencial, a camada sensora compreende, como material opticamente reativo, um material luminescente. O “material luminescente” pode compreender um ou mais de um corante. O corante pode ser sensível ao gás a ser medido, por exemplo, ao CO2. A sensibilidade pode ser indireta, por exemplo, ser fornecida através de uma sensibilidade ao pH, que, por sua vez, é influenciada por gás, por exemplo, CO2, que se difunde pela camada sensora. Alternativamente, o próprio gás pode ter uma influência direta sobre a sensibilidade do corante. Em uma modalidade particularmente preferencial, o material luminescente compreende dois corantes. Por exemplo, o material luminescente pode compreender um corante sensível a gás, que funciona como corante indicador, e um corante insensível a gás que funciona como corante de referência. Em outras modalidades, os dois corantes, como mencionado acima, podem ter diferentes tempos de decaimento. Por exemplo, o corante sensível a gás pode ter um tempo de decaimento de luminescência rápido, enquanto o corante insensível a gás pode ter um tempo de decaimento de luminescência lento. Exemplos de corantes de referência adequados que são inertes a um gás e que mostram um tempo de decaimento longo incluem: (1) complexos de metais de transição com rutênio (II), rênio (I) ou ósmio e irídio como ligantes centrais de átomo e diimina; (2) porfirinas fosforescentes com platina, paládio, lutécio ou estanho como átomo central; (3) complexos fosforescentes de terrosos raros, por exemplo, európio, disprósio ou térbio (4) e cristais fosforescentes, como rubi, Cr-YAG, alexandrita ou óxidos fosforescentes mistos, como fluorogermanato de magnésio. Exemplos de corantes indicadores adequados que são sensíveis a um gás e que mostram um período de decaimento pequeno incluem ácido 8-hidroxipireno-1,3,6-trissulfônico, sal trissódico (HPTS), fluoresceína, rodamina B, éster B-octadecil de rodamina, laranja de hexadecil-acridina, hidroximetil cumarina, rodamina, éster B-octadecil de rodamina B, naftofluoresceína, sulfo rodamina 101, eosina, tionina e azul do Nilo. Em outras modalidades específicas, a presente invenção se refere a combinações de corantes de referência e corantes indicadores, incluindo todas as combinações dos corantes indicadores e corantes de referência exemplificados indicados acima. Exemplos preferenciais de combinações de corantes de referência e corantes indicadores a serem usados em uma unidade de sensor óptico químico de acordo com a invenção incluem (corante de referência/corante indicador): Tris-4, 7-difenil-1, 10-fenantrolina de rutênio (II) / HPTS; tris-4, 7-difenil-1,10-fenantrolina de rutênio (II) / fluoresceína; tris-4, 7 -difenil-1,10-fenantrolina de rutênio (II) / rodamina B; tris-4, 7-difenil -1,10-fenantrolina de rutênio (II) / éster octadecil de rodamina B; tris-4,7 - difenil-1,10-fenantrolina de rutênio (II) / laranja de hexadecila-acridina; tris-teonil-trifluorometil acetonato de európio (III)/ hidroximetil cumarina; tetrafenil porfirina de platina (II) / rodamina B-octadecil éster; tetrafenil porfirina de platina (II) / rodamina B; tetrafenil porfirina de platina (II) / naftofluoresceína; tetrafenil porfirina de platina (II) / sulforrodamina 101; octaetil porfirina de platina (II) / eosina; octaetil porfirina de platina (II) / tionina; octaetil cetoporfirina de platina II) / azul do Nilo; CR (III)-YAG / azul do Nilo e Cr (III)-YAG / naftofluoresceína.

[043] Com base em uma combinação de dois corantes na camada sensora, uma medição de acordo com o princípio de Dual Lifetime Referencing (Referência de Vida Útil Dupla), por exemplo, como derivável de US 66 02 716 B1 ou de Kocincova, New pH Sensitive Sensor Materials; Luminescent Fiber-Optic Dual Sensors for Non-Invasive and Simultaneous Measurement of pH and pO2 (Dissolved Oxygen) in Biological Systems, 2007, tese de doutorado, Universidade de Regensburg, pode ser implementada. Em particular, com base nos diferentes tempos de decaimento do indicador e do corante de referência, a intensidade da excitação pode ser modulada a uma frequência fixa e o ângulo de fase do sinal luminescente, que é independente das amplitudes, pode ser detectado e traduzido em uma intensidade relativa do corante sensível a gás (corante indicador) a partir da qual a concentração de gás pode ser subsequentemente determinada.

[044] Consequentemente, a camada sensora pode ser ao menos transitável por moléculas de gás, como O2 e/ou CO2, que podem chegar de uma camada mais profunda, como a camada permeável a gases. Tipicamente, a camada sensora pode também ser permeável a moléculas de água, que podem se difundir para dentro ou fora das camadas mais profundas, isto é, camadas abaixo da camada sensora de acordo com a pressão osmótica na região correspondente do sensor óptico químico, de acordo com a presente invenção.

[045] Em determinadas modalidades específicas, a camada sensora pode compreender material luminescente que é capaz de medir a concentração de diferentes gases, ou que é capaz de medir a concentração de mais de um gás simultaneamente, por exemplo, a concentração de dois gases ao mesmo tempo. Por exemplo, a camada sensora compreende dois tipos de material luminescente adaptados à medição de um gás diferente, respectivamente. De preferência, uma subcamada, uma região ou um tipo de material a ser adaptado para detectar oxigênio e uma segunda subcamada, região ou tipo de material são adaptados para detectar CO2. Detalhes adicionais de sensores multiparâmetros e possibilidades adicionais de implementá-los seriam conhecidos do versado na técnica ou podem ser derivados de fontes literárias adequadas, como o documento WO 02/056023 ou Schâferling, The Art of Fluorescence Imaging with Chemical Sensors, 2012, Angewandte Chemie International Edition, 51(15), 3532-3554.

[046] A camada sensora pode ser fornecida como camada única. Em modalidades alternativas, mais de uma camada sensora pode ser fornecida. Tal segunda camada sensora ou adicional pode ter as mesmas propriedades ou propriedades diferentes da primeira camada sensora. Por exemplo, a segunda camada sensora ou adicional pode compreender material luminescente adicional, por exemplo, diferentes corantes, ou pode ser fornecida em um ambiente químico diferente, como um tampão diferente, ou que tenha um pH diferente de uma primeira camada sensora. Em modalidades adicionais, uma segunda camada sensora ou adicional pode ser adaptada para medir um gás diferente de uma primeira camada sensora, por exemplo, O2 em vez de CO2, que pode ser medido em uma primeira camada sensora.

[047] A unidade de sensor óptico químico pode, ainda, ser adaptada para medir uma resposta óptica de ao menos uma camada sensora. É importante observar que a resposta óptica recebida deve depender da concentração de gás a ser medido. Essa adaptação pode compreender o fornecimento de métodos ou dispositivos de detecção adequados para receber, detectar e/ou analisar uma ou mais respostas ópticas procedentes da camada sensora. A detecção pode ser feita ou implementada de acordo com quaisquer métodos de detecção adequados ou com base nos dispositivos de detecção adequados, ou compreender componentes adequados que permitem executar as etapas ou subetapas de detecção.

[048] O termo “camada permeável a gases”, como usado aqui, refere-se a uma estrutura que é transitável por moléculas de gás. Tipicamente, a camada permeável a gases é fornecida como uma estrutura de membrana que é adaptada para fazer transitar gás para a camada sensora sobreposta. Em modalidades específicas, a camada permeável a gases é transitável por moléculas de gás, como O2 e/ou CO2. Tipicamente, a camada permeável a gases pode também ser permeável a moléculas de água, que podem se difundir para dentro ou fora das camadas acima ou abaixo da camada permeável a gases, por exemplo, de acordo com a pressão osmótica na região correspondente do sensor óptico químico, de acordo com a presente invenção. Esse processo de difusão ou transporte de moléculas de água pode, por exemplo, ser realizado com água na fase de gás.

[049] A membrana da camada permeável a gases pode ser composta de gás adequado e material permeável a água. Por exemplo, a membrana pode ser uma membrana de silicone ou pode compreender silicone. Alternativamente, a membrana pode ser composta de ou compreender materiais, como politetrafluoroetileno (PTFE, teflon) ou derivados. Em modalidades alternativas adicionais, a membrana pode ser composta de ou compreender uma malha de metal, polímeros hidrofóbicos porosos, por exemplo, à base de polipropileno e etileno, óxidos de sílica hidrofóbica porosa, como aerogel, ou materiais de perfluoro, como nafion. Materiais adequados adicionais seriam bem conhecidos do versado na técnica e também são considerados no contexto da presente invenção.

[050] A camada permeável a gases pode ser adicionalmente composta de material de carga que é transitável por moléculas de gás. Um exemplo desse material de carga é material de borracha de silicone. Em uma modalidade preferencial, a camada permeável a gases pode, assim, compreender borracha de silicone ou essencialmente consistir em material de borracha de silicone.

[051] Em outras modalidades preferenciais da presente invenção, a camada permeável a gases pode adicionalmente ser adaptada a impedir que a luz passe pela camada permeável a gases. O termo “impedir que a luz passe pela camada permeável a gases” se destina a significar, em particular, que a camada permeável a gases deve ser adaptada para refletir ou dispersar a luz transmitida através de ao menos uma camada sensora, e/ou para bloquear possíveis interferências de luz fora da faixa sensora concebida. A reflexão ou dispersão da luz através da camada permeável a gases pode ser obtida, usando-se qualquer material reflexivo de luz adequado, como metais, por exemplo, alumínio, ou óxidos metálicos. É particularmente preferencial o uso de composições de titânio, por exemplo, composições que compreendem TiO2. Em modalidades específicas, a reflexão ou dispersão de luz podem ser completas, isto é, para todos os comprimentos de onda, ou podem ser específicas para certos comprimentos de onda ou faixa de comprimentos de onda. Por exemplo, a luz de um certo comprimento de onda ou faixa de comprimentos de onda, em particular, do comprimento de onda de excitação do material luminescente na camada sensora, pode ser refletida ou dispersada, enquanto a luz de um comprimento de onda diferente, que não é excitatório para o material luminescente na camada sensora, pode não ser refletida. Em outras modalidades, a reflexão ou dispersão de luz pode ser dependente de parâmetros específicos, por exemplo, temperatura, pH, presença de moléculas de gás, presença de compostos polares etc. na camada permeável a gases. Adicionalmente, a camada permeável a gases pode bloquear possível interferência de moléculas fluorescentes, por exemplo, fora da faixa de sensor pretendida. Em uma modalidade preferencial, o bloqueio da interferência das moléculas fluorescentes pode ser um bloqueio de fluorescência fora de uma faixa de cerca de 400 nm a 700 nm. Essa atividade de bloqueio pode ser obtida, fornecendo-se materiais de absorção de luz que atuem fora da faixa sensora concebida.

[052] A camada permeável a gases pode ser fornecida como camada única. Em modalidades alternativas, mais de uma camada permeável a gases pode ser fornecida. Tal segunda camada permeável a gases ou adicional pode ter as mesmas propriedades ou propriedades diferentes da primeira camada permeável a gases. Por exemplo, a segunda camada permeável a gases ou adicional pode ter a propriedade de refletir luz de um comprimento de onda diferente. Em modalidades adicionais, a segunda camada permeável a gases ou adicional pode ter a propriedade de ser permeável a moléculas diferentes da primeira camada permeável a gases. Por exemplo, diferentes gases, ou diferentes compostos, podem atravessar a primeira e a segunda, ou subsequentes, camadas permeáveis a gases. Em modalidades adicionais específicas da invenção, o sensor óptico químico pode compreender adicionalmente ao menos uma camada óptica transparente adjacente a ao menos uma camada sensora. A camada óptica transparente pode estar, de preferência, sobre a camada sensora, que, por sua vez, fica no topo da camada permeável a gases, conforme definido acima. A camada transparente pode cobrir, consequentemente, a camada sensora e protegê-la do contato direto com a atmosfera circundante. Dessa forma, a ao menos uma camada sensora pode ser envolvida pela camada permeável a gases de um lado e pela camada óptica transparente do outro lado. O termo “camada óptica transparente”, como usado aqui, refere-se a um substrato carreador que é ao menos parcialmente transparente para radiação. Em algumas modalidades, a camada opticamente transparente pode ser transparente para todo o espectro adequado de ondas eletromagnéticas, por exemplo, luz infravermelha, luz visível e luz ultravioleta. Em outras modalidades, a camada opticamente transparente pode ser transparente para comprimentos de onda específicos ou faixas de comprimento de onda apenas. A camada óptica transparente pode, por exemplo, ser transparente para a radiação predeterminada, conforme descrito acima, ou para os comprimentos de onda de excitação ou faixas de comprimento de onda dos materiais luminescentes na camada sensora, enquanto que a luz de um comprimento de onda diferente que não é excitatória para o material luminescente na camada sensora pode não passar. Além disso, a camada óptica transparente pode ser transparente para a luz da resposta óptica gerada na camada sensora. Essa luz pode ser fornecida em um comprimento de onda específico ou faixa de comprimentos de onda que pode especificamente ser atravessada pela camada óptica transparente, enquanto que a luz de diferentes comprimentos de onda específicos pode passar. Em uma modalidade específica, a camada óptica transparente pode ser transparente apenas para comprimentos de onda de excitação ou faixas de comprimentos de onda para o material luminescente na camada sensora, e para os comprimentos de onda ou faixas de comprimentos de onda gerados como resposta óptica pelo dito material luminescente na camada sensora. A camada óptica transparente pode ser composta de qualquer material transparente adequado conhecido do versado na técnica. A camada óptica transparente pode, por exemplo, ser composta de material transparente, como vidro, policarbonato, PET, borracha de silicone ou PMMA (Plexiglass).

[053] Em outras modalidades, a camada óptica transparente pode ser não permeável a gases, por exemplo, O2 e/ou CO2.

[054] Em um aspecto central, a presente invenção apresenta uma unidade de sensor óptico químico, conforme definido aqui, que é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele. O termo “meio de contato”, como usado aqui, refere-se a um meio que pode ser fornecido na interface entre a unidade de sensor óptico químico e a camada superficial sobre a qual a medição de gás deve ser executada, isto é, a pele. De preferência, o meio de contato é interposto ao menos entre a camada permeável a gases, conforme anteriormente definido neste documento, e a camada superficial sobre a qual a medição de gás deve ser executada, isto é, a pele de um corpo humano ou animal. O meio de contato pode ser um gel, ou líquido, que tipicamente permite a transferência de moléculas de gás da camada mais profunda, por exemplo, a pele, para a unidade de sensor óptico químico de acordo com a presente invenção. Dessa forma, em uma modalidade particularmente preferencial, o meio de contato é pelo menos permeável a gases. A permeabilidade a gases pode ser uma permeabilidade geral a qualquer material gasoso. Alternativamente, o meio de contato pode ter permeabilidade específica para certas moléculas de gás, por exemplo, a O2, CO2, CO, N2 ou NH3. Particularmente preferencial é a permeabilidade a O2 e/ou CO2. Particularmente preferencial é a permeabilidade a CO2. Em modalidades específicas, o meio de contato pode ser seletivamente permeável para certos gases e impermeável a outros gases. É preferencial que o meio de contato seja seletivamente permeável a pelo menos O2 e/ou CO2. Particularmente preferencial é uma permeabilidade seletiva a CO2.

[055] Além disso, o meio de contato pode permitir que seja mantido o teor de água ou o teor de umidade da camada superficial sobre a qual a medição de gás deve ser executada de forma estável, ou que seja controlado o teor de água ou teor de umidade da camada superficial sobre a qual a medição de gás deve ser executada, por exemplo, a pele de um corpo humano ou animal. Vantajosamente, o meio de contato pode compreender uma camada de barreira que é permeável a gases e que é, ao mesmo tempo, impermeável a água líquida e íons. O meio de contato pode proporcionar consequentemente essa camada de barreira, que pode ser colocada entre a pele e o sensor óptico químico e pode, então, evitar o transporte de água líquida da pele ou do próprio meio de contato para o sensor óptico químico ou do dito sensor para o meio de contato ou a pele. Tipicamente, a camada de barreira pode não compreender água líquida ou qualquer solução aquosa.

[056] A camada de barreira pode ser fornecida como uma estrutura de camada única ou como estrutura multicamada. No caso de uma estrutura multicamada 2, 3, 4, 5, 6 ou mais camadas podem estar presentes, que podem ser idênticas ou diferentes, por exemplo, em relação aos seus constituintes químicos, sua espessura, sua permeabilidade a gases ou sua permeabilidade a água. Por exemplo, caso 2 ou 3 camadas sejam usadas, é considerado que ao menos uma dentre essas camadas seja impermeável a água e íons. Adicionalmente, a camada pode ter uma permeabilidade reduzida a água e íons ou pode ser fornecida por motivos estruturais e, consequentemente, ser permeável a água e íons. O meio de contato é, em modalidades adicionais, caracterizado como biocompatível. O termo “biocompatível”, como usado aqui, significa que o meio de contato não causa uma reação tóxica, imunológica e/ou alérgica à área superficial da pele do corpo humano ou animal à qual é aplicada ou ao corpo da pessoa ao qual é aplicado, ou qualquer outra reação biologicamente ou medicinal deletéria ou prejudicial, por exemplo, que não é carcinogênico.

[057] Além disso, o meio de contato pode ser termicamente condutivo. A condutividade térmica pode ser usada para mitigar as alterações térmicas da unidade de sensor óptico químico, isto é, para minimizar um diferencial de temperatura entre o sensor óptico químico e a área da pele subjacente ao meio de contato. Assim, uma temperatura constante na unidade de sensor óptico químico pode ser obtida, o que permite, dessa forma, uma medição exata da concentração de um gás.

[058] Em uma modalidade, a presente invenção fornece uma unidade de sensor óptico químico, conforme definido aqui, que é fornecida junto com um meio de contato que compreende a dita camada de barreira, conforme anteriormente definido neste documento, acima ou abaixo. Esse fornecimento pode ser, por exemplo, uma embalagem, armazenamento, manutenção, suspensão do sensor óptico químico juntamente com outros meios de contato.

[059] Em uma modalidade particularmente preferencial, o meio de contato e/ou o fluido de condicionamento compreendem ao menos um composto hidrofóbico. Um “composto hidrofóbico”, como usado aqui, significa qualquer composto que repele água ou soluções aquosas, que compreende água e entidades dissolvidas, como íons. O composto hidrofóbico pode ser qualquer composto hidrofóbico conhecido do versado na técnica, incluindo derivados de óleo cru, alcanos, óleos, gorduras, materiais à base de silício, materiais à base de flúor, como fluorocarboneto etc.

[060] Em uma outra modalidade preferencial, o dito composto hidrofóbico é um líquido hidrofóbico. Esse líquido hidrofóbico pode ser, por exemplo, um óleo. Exemplos preferenciais de óleos são óleos quem contêm hidrocarbonetos, óleos que contêm silício ou óleos que contêm flúor, por exemplo, óleos de fluorocarboneto.

[061] É particularmente preferencial o uso de óleos ou ceras comestíveis. Exemplos de óleos comestíveis considerados pela presente invenção são óleo de caroço de algodão, óleo de linhaça, óleo de camelina, óleo de milho, óleo de colza, óleo de semente de papoula, óleo de amendoim, óleo de soja, óleo de avelã, óleo de nozes, óleo de amêndoa, óleo de argan, óleo de oliva, óleo de cártamo, óleo de girassol, óleo de gergelim, óleo/cera de coco, manteiga, manteiga de cacau, lardo ou óleo de mostarda. É preferencial também o uso de ceras e óleos não comestíveis, de óleo cru ou animais. Um exemplo desse composto é lanolina. É também considerado o uso de gorduras ou ceras de baixo ponto de fusão. É preferencial o uso de ceras comestíveis de baixo ponto de fusão. Exemplos dessas ceras incluem manteiga ou manteiga de cacau. É particularmente preferencial o uso de óleo de girassol.

[062] Em outras modalidades, o composto hidrofóbico no meio de contato é um diorganossilicone. Exemplos de compostos de organossilicone adequados contêm grupos, como silanóis, silóxidos ou éteres de silila. É adicionalmente considerado o uso de siloxanos, em particular, siloxanos não-voláteis. Também dentro do escopo da presente invenção, inclui-se o uso de siloxanos voláteis. Caso esses siloxanos voláteis sejam usados, o tempo de uso pode ser limitado de acordo com a taxa de evaporação do composto. Em outras modalidades, uma mistura de siloxanos voláteis e não-voláteis pode ser usada. Siloxanos adequados podem ser um metil-fenil siloxano ou um dimetilssiloxano. Exemplos adicionais de siloxanos adequados incluem hexametil ciclotrissiloxano, octametil ciclotetrassiloxano, octametil trissiloxano, decametil ciclopentassiloxano, decametil tetrassiloxano, dodecametil ciclo-hexassiloxano. É também considerado o uso de silicones projetados para cosméticos, por exemplo, silicones Belsil produzidos pela Wacker. O uso de quaisquer outros siloxanos ou silicones adequados, que seriam bem conhecidos do versado na técnica, é também considerado no contexto da presente invenção.

[063] Em outras modalidades, o composto hidrofóbico é um óleo de siloxano, por exemplo, um diorganopolissiloxano. Um exemplo preferencial de óleo siloxano é polidimetilssiloxano, polimetil-fenil siloxano ou qualquer derivado dos mesmos. Em modalidades específicas, um polidimetilssiloxano não-volátil pode ser usado em combinação com um siloxano volátil, de preferência, compreendido dentro da combinação de ao menos um dentre os seguintes compostos: hexametil ciclotrissiloxano, octametil ciclotetrassiloxano, octametil trissiloxano, decametil tetrassiloxano, dodecametil ciclo-hexassiloxano.

[064] Em outras modalidades preferenciais, o composto hidrofóbico é uma borracha de silicone macia ou um gel. O termo “borracha de silicone macia ou um gel”, como usado aqui, refere-se a um polímero de silicone elastomérico que compreende silício, carbono, hidrogênio e oxigênio e um valor Shore A (valor de dureza) menor que 40. Borrachas de silicone podem ser produzidas de acordo com qualquer método adequado conhecido do versado na técnica. Em uma outra modalidade preferencial, o composto hidrofóbico é um óleo de perfluoroalcano. Exemplos de óleos de perfluoroalcanos incluem brometo de perfluoro octila, perfluorodecalina, perfluoro tributilamina, perfluoro t-butil-hexano e FC-75.

[065] Adicionalmente, o composto hidrofóbico pode ser uma borracha de perfluoro macia, como FFKM. Considera-se, também, o uso de Teflon, isto é, FEP.

[066] Considera-se, adicionalmente, a possibilidade de usar qualquer combinação dos compostos ou categorias de compostos acima mencionados ou a presença de qualquer combinação desses compostos, conforme anteriormente descritos neste documento, com referência ao meio de contato.

[067] É particularmente preferencial o uso de óleos de perfluoro, sozinhos ou em combinação com qualquer dentre os outros compostos ou categorias de compostos mencionados. É também preferencial o uso de óleos de silicone, óleo cru, parafinas e óleos comestíveis, sozinhos ou em combinação com qualquer dentre os outros compostos ou categorias de compostos mencionados.

[068] O meio de contato, conforme definido aqui, fornece, assim, vantajosamente, a funcionalidade de um meio equilibrado entre a unidade de sensor óptico químico e a superfície subjacente, por exemplo, superfície da pele, o que facilita a troca gasosa e evita perturbações moleculares químicas ou osmóticas na unidade de sensor óptico químico. Fornecendo-se um composto hidrofóbico como camada de barreira no meio de contato, o ambiente osmótico dentro e fora da unidade de sensor óptico químico (ao menos em relação à superfície a ser analisada, isto é, abaixo da unidade de sensor óptico químico) não é perturbado. É consequentemente possível detectar a concentração de gás na pele sem comprometer a sensibilidade do método, devido ao transporte de água na unidade de sensor ou fora do sensor. Isso ajuda vantajosamente a evitar as etapas de calibração ou recalibração durante o uso da unidade de sensor óptico químico.

[069] O primeiro composto hidrofóbico mencionado acima pode ser fornecido em qualquer concentração adequada no meio de contato. Por exemplo, um óleo comestível, como óleo de oliva ou qualquer outro dos óleos mencionados, borrachas ou compostos hidrofóbicos podem ser fornecidos na quantidade de 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% por volume de meio de contato.

[070] Em uma outra modalidade preferencial, a camada de barreira pode ser fornecida em qualquer espessura adequada. Por exemplo, a camada pode ter uma espessura de cerca de 3 a 15 nm, por exemplo, de cerca de 5 nm. É preferencial que a camada de barreira seja uma camada fina com uma espessura em um limite inferior.

[071] Em uma modalidade específica, a camada de barreira pode estar presente no dito meio de contato em uma espessura, de modo que a resposta óptica da unidade de sensor óptico químico, quando em contato com o dito meio de contato, seja estável quando a dita unidade de sensor óptico químico for usada na pele. A camada de barreira compreende um composto hidrofóbico, conforme definido aqui, e assim fornece vantajosamente a funcionalidade de um meio de equilíbrio entre a unidade de sensor óptico químico, o meio de contato e a superfície subjacente, por exemplo, superfície da pele, o que facilita a troca gasosa e evita perturbações químicas ou osmóticas devido a perturbações moleculares, como o movimento da água para fora da unidade de sensor óptico químico e/ou dentro ou fora da camada superficial a ser analisada, isto é, a superfície da pele. É consequentemente possível se detectar a concentração de gás na pele sem comprometer a sensibilidade do método devido a perturbações moleculares na unidade de sensor óptico químico. Como resultado, a resposta óptica detectável é recebida de uma maneira estável, que não se altera devido às perturbações moleculares, como transporte de água etc. A estabilidade da resposta pode, por exemplo, ser testada com um dispositivo, conforme descrito aqui. Em modalidades adicionais, a estabilidade pode ser testada, obtendo-se amostra de um lote e por teste in vitro. Esse teste pode, por exemplo, compreender a exposição do sensor a uma concentração de CO2 fixa induzida em um meio de contato, por exemplo, conforme descrito aqui.

[072] Em uma outra modalidade, o sensor óptico químico da presente invenção compreende ou inclui um meio de contato, conforme anteriormente definido neste documento, ou consiste de uma combinação de elementos do sensor óptico químico mencionado anteriormente neste documento, por exemplo, ao menos uma camada sensora e ao menos uma camada permeável a gases, e um meio de contato, conforme anteriormente definido neste documento.

[073] O sensor óptico químico, de acordo com a presente invenção, é adequado para medição transcutânea. A unidade de sensor óptico químico, em modalidades específicas, pode também ser usada para diferentes propósitos de medição, por exemplo, no contexto de processos de produção microbiológica ou biotecnológica. De preferência, a unidade de sensor óptico químico é uma unidade de sensor transcutâneo. O termo “unidade de sensor transcutâneo”, como usado aqui, significa que o sensor deve ser aplicado ou pode ser aplicado sobre a pele. Consequentemente, o sensor é capaz de medir as concentrações de gás no sangue de um indivíduo através da pele do indivíduo, sendo que o gás no sangue pode se difundir através da pele para dentro da unidade de sensor óptico químico que passa por um meio de contato, conforme anteriormente definido neste documento. O termo “gás no sangue”, como usado aqui, refere-se a materiais gasosos presentes no sangue e capazes de sair do corpo, os quais podem ser medidos, por exemplo, pela pele. A medição é tal que uma reflexão quimicamente exata do teor do gás no sangue é obtida. As concentrações preferenciais de gás no sangue a serem medidas são as concentrações de O2 ou CO2. É particularmente preferencial a medição da concentração de CO2.

[074] Em uma outra modalidade da presente invenção, a unidade de sensor óptico químico, conforme anteriormente definida neste documento, pode compreender componentes adicionais ou ser combinada com componentes adicionais.

[075] Por exemplo, o sensor óptico químico pode ser combinado com ou compreender ao menos uma fonte de luz que é adaptada para irradiar a camada sensora, conforme anteriormente definido neste documento. A fonte de luz pode proporcionar radiação em um comprimento de onda predeterminado, de preferência, luz em um comprimento de onda de excitação ou faixa de comprimentos de onda adaptados ao corante ou corantes presentes na camada sensora. A fonte de luz pode ter qualquer forma adequada, fornecer qualquer intensidade adequada e fornecer qualquer comprimento de onda adequado. A fonte de luz pode ser, de preferência, um diodo emissor de luz (LED).

[076] Em uma modalidade opcional adicional, a fonte de luz pode adicionalmente ser combinada a uma estrutura de guia de luz. A estrutura de guia de luz pode ser disposta, por exemplo, sobre a camada sensora/camada óptica transparente do sensor óptico químico e pode ser conectada a uma fonte de luz externa à unidade de sensor óptico químico, por exemplo, conforme definido acima. A luz de uma fonte de luz externa pode ser introduzida na estrutura de guia de luz, que é adaptada para direcionar a dita luz em direção a pelo menos uma camada sensora. A estrutura de guia de luz pode compreender qualquer material de guia de luz adequado. De preferência, as fibras ópticas podem ser usadas como material de guia de luz, que pode ser fornecido sob a forma de estruturas de guia de luz. Fibras ópticas podem, consequentemente, ser fornecidas como fibras únicas ou feixes de fibra. Uma fonte de luz que é conectada a uma estrutura de guia de luz, pode, assim, ser usada para irradiar a camada sensora de uma unidade de sensor óptico químico de acordo com a presente invenção, ainda que esteja localizada externamente. Em modalidades adicionais, uma fonte de luz pode ser conectada a mais de uma unidade de sensor óptico químico através das estruturas de guia de luz que chegam às distintas unidades de sensor.

[077] O sensor óptico químico pode, ainda, ser combinado com um dispositivo de detecção. Esse dispositivo de detecção, por exemplo, um dispositivo fotossensível, pode ser capaz de detectar uma resposta óptica que vem da camada sensora e pode ser adaptado para gerar sinais, por exemplo, sinais elétricos, que correspondem à resposta óptica detectada. Os sinais podem, ainda, ser transmitidos para um aparelho externo para análise subsequente. O dispositivo de detecção pode ser adaptado à resposta óptica esperada da camada sensora, por exemplo, fornecida por um corante ou uma combinação de corantes, conforme anteriormente descrito neste documento.

[078] O dispositivo de detecção pode, ainda, ser combinado através de uma estrutura de guia de luz com a unidade de sensor óptico químico, conforme definido aqui. Em modalidades específicas, a mesma estrutura de guia de luz que fornece luz a partir da fonte de luz para a camada sensora pode ser usada para coletar a resposta óptica da camada sensora e para guiar a dita resposta óptica, por exemplo, luz fluorescente, através da mesma fibra ou de uma fibra óptica diferente para um dispositivo de detecção ou um aparelho externo à unidade de sensor óptico químico para análise. Usando-se estruturas de guia de luz, é, assim, possível conectar uma estrutura de guia de luz de entrada e/ou saída, que é/são acopladas à unidade de sensor óptico químico. Nessa modalidade, nenhuma unidade adicional precisa ser conectada à unidade de sensor óptico químico que acomoda a fonte de luz e o ao menos um dispositivo de detecção.

[079] Em modalidades específicas, a luz pode, assim, ser transferida para a camada sensora, e a luminescência, por exemplo, a luz fluorescente, pode ser coletada pela mesma superfície da camada sensora. Alternativamente, uma estrutura de guia de luz conectada, por exemplo, através de fibras ópticas a uma fonte de luz que pode ser externa à unidade de sensor óptico químico, pode ser usada para direcionar luz a partir de uma fonte de luz externa e ser transmitida através de ao menos uma fibra óptica em direção a ao menos uma camada sensora. Ao menos um dispositivo de detecção, por exemplo, um dispositivo fotossensível, pode então ser incluído para detectar uma resposta óptica e pode ser adaptado para gerar, por exemplo, sinais elétricos, que correspondem à resposta óptica detectada. Os ditos sinais podem ser transmitidos para um aparelho externo para análise. Alternativamente, a unidade de sensor óptico químico pode ser adaptada para executar a dita análise e para fornecer os resultados da análise a algum dispositivo externo.

[080] De preferência, a ao menos uma fonte de luz e o ao menos um dispositivo de detecção podem formar uma unidade. Essa unidade pode, em uma outra modalidade preferencial, ser conectada de modo removível à unidade de sensor óptico químico, por exemplo, por um gabinete ou estrutura. Consequentemente, certas partes da unidade de sensor óptico químico, por exemplo, a camada sensora, a camada permeável a gases ou um gabinete e/ou estrutura de suporte da unidade de sensor óptico químico podem ser descartáveis, enquanto que outras partes do sensor óptico, como a fonte de luz e o dispositivo de detecção, ou as estruturas de guia de luz, podem ser reusadas. Isso reduz custos, já que as partes caras, como fontes de luz e/ou dispositivos de detecção e/ou circuitos eletrônicos não precisam ser substituídos e podem ser reusados.

[081] Em uma modalidade específica, a unidade de sensor óptico químico pode ser composta de dois dispositivos e duas partes, uma parte descartável ou cartucho e uma parte não descartável ou reutilizável. Em particular, a parte descartável ou cartucho pode servir de dispositivo passivo e não incluir quaisquer circuitos eletrônicos caros. Assim, essa parte pode ser produzida com pouco esforço, reduzindo, assim, os custos, enquanto que a segunda parte não descartável pode incluir os circuitos eletrônicos ou elementos ópticos e pode ser reutilizada. Consequentemente, ela também pode ser usada com diferentes partes descartáveis, por exemplo, que permita medir a concentração de diferentes gases (por exemplo, O2 e CO2). Assim, uma flexibilidade aumentada da unidade de sensor óptico químico pode ser fornecida.

[082] Um outro exemplo de um componente adicional que pode ser combinado com o sensor óptico químico, conforme descrito acima, é ao menos um elemento aquecedor. Adicional ou alternativamente, o sensor óptico químico pode compreender ao menos um sensor de temperatura. Se, por exemplo, a unidade de sensor óptico químico for fixada à pele de uma pessoa, o elemento aquecedor pode ser adaptado para aumentar a perfusão sanguínea e a permeabilidade do gás da pele, o que aumenta assim a sensibilidade e a exatidão da unidade de sensor óptico químico, em particular, sua aplicação transcutânea. O elemento aquecedor pode ter qualquer forma adequada, por exemplo, poderia ser sob a forma de um diodo, ou pode compreender uma folha metálica fina para minimizar as distâncias ópticas e massa térmica. Alternativamente, o elemento aquecedor pode ser um aquecedor ou diodo de resistência, de modo que o elemento aquecedor também possa ser usado como um sensor de temperatura, isto é, o elemento aquecedor e o sensor de temperatura são formados pelo mesmo dispositivo. Isso pode reduzir vantajosamente o custo e o espaço necessários para a instalação de um aquecedor e sensor de temperatura. Em modalidades adicionais, o sensor de temperatura pode ser concebido como um elemento separado para detectar a temperatura da unidade de sensor óptico químico, por exemplo, para evitar lesões ou queimaduras na pele. Durante a operação, a temperatura do elemento aquecedor e do meio de contato e da camada sensora pode ser aumentada pelo elemento aquecedor para uma temperatura na faixa de 42°C a 45°C. Essa faixa de temperatura pode aumentar o fluxo de sangue capilar na pele e trazer os níveis de gás no sangue capilar para perto dos níveis de gás no sangue arterial. Durante o funcionamento, a temperatura do sensor pode, consequentemente, ser medida por ao menos um sensor de temperatura, conforme definido acima, incluído no elemento aquecedor e/ou elemento de contato e/ou por um sensor de temperatura fornecido separadamente. A temperatura pode ser controlada de modo a ter uma condição de medição bem definida e para impedir queimaduras na pele.

[083] Em modalidades específicas adicionais, os sensores de temperatura e/ou elementos aquecedores podem ser fornecidos como partes reutilizáveis não descartáveis da unidade de sensor óptico químico. Os sensores de temperatura e/ou elementos aquecedores podem consequentemente ser conectados de modo removível a outros elementos da unidade de sensor óptico químico, conforme anteriormente definido neste documento.

[084] Em um outro aspecto, a presente invenção se refere a um sistema relacionado a um sistema de monitoramento do paciente e/ou ventilação de um paciente, que compreende uma unidade de sensor óptico químico, conforme anteriormente definido neste documento, um dispositivo de ventilação e/ou um dispositivo de monitoramento.

[085] O dispositivo de monitoramento pode, por exemplo, incluir elementos optoeletrônicos para fornecer à unidade de sensor óptico químico luz através de fibras ópticas e para receber luz luminescente da camada sensora. O dispositivo de monitoramento pode compreender adicionalmente meios para determinar/calcular uma concentração de gás com base na resposta óptica recebida, por exemplo, intensidade de luz da luz luminescente gerada na camada sensora. O dispositivo de monitoramento pode compreender adicionalmente um controlador do aquecedor para controlar a temperatura do elemento aquecedor. O controlador do aquecedor pode ser adaptado para detectar a temperatura do elemento aquecedor, com o uso do sensor de temperatura incluído na unidade de sensor óptico químico, e para ajustar, por exemplo, um fluxo de corrente através de um aquecedor de resistência incluído no elemento aquecedor ou no elemento de contato com base na temperatura detectada. O dispositivo de monitoramento pode, adicionalmente, compreender meios de comunicação com o dispositivo de ventilação. O dito meio de comunicação pode incluir ao menos uma técnica de comunicação, por exemplo, com fio (cabo) sem fio (Bluetooth, infravermelho, RF) etc. Em uma modalidade preferencial, o dispositivo de monitoramento compreende meios para calcular/determinar a concentração de gás, em particular O2 e com mais preferência CO2, a partir da resposta óptica medida/detectada da camada sensora, por exemplo, da intensidade detectada ou tempo de queda da luz luminescente. O dispositivo de análise, por exemplo, o dispositivo de monitoramento, pode ser baseado na operação de um algoritmo que pode também ser adaptado para compensar, entre outros, os efeitos da temperatura para calcular/determinar a concentração de gás que pode ser usada.

[086] O dispositivo de ventilação pode incluir todas as funções associadas do dispositivo de ventilação típico para ventilação invasiva ou não-invasiva de um paciente com insuficiência respiratória. O dispositivo de ventilação pode, por exemplo, compreender meios de exibição e um dispositivo de armazenamento para exibir e armazenar informações/dados recebidos do dispositivo de monitoramento. Em particular, os meios de exibição do dispositivo de ventilação podem ser adaptados para exibir uma concentração de gás, por exemplo, O2 ou CO2, determinada pelo dispositivo de monitoramento e podem, ainda, armazenar informações sobre a concentração de gás durante um período de tempo predeterminado, por exemplo, para avaliação posterior de um médico ou para adaptação em circuito fechado das configurações de ventilação. Em uma outra modalidade, o dispositivo de ventilação pode ser controlado com base na concentração de gás medida/determinada.

[087] Em modalidades específicas, a unidade de sensor óptico químico pode ser funcionalmente acoplada a um dispositivo de monitoramento e/ou a um dispositivo de ventilação, conforme anteriormente definido neste documento, sendo que o dispositivo de monitoramento pode ser adaptado a ao menos um dentre a análise da resposta óptica da camada sensora, o controle do elemento aquecedor e/ou o sensor de temperatura ou a exibição das determinadas concentrações de gás etc. O dispositivo de monitoramento ou dispositivo de ventilação pode adicionalmente incluir meios para armazenar dados monitorados, por exemplo, como uma função de tempo. Esses dados podem ser disponibilizados em um tempo posterior para análise por um médico, por exemplo, por transferência a um sistema de computador do hospital ou um aparelho de diagnóstico de mão do médico.

[088] Em ainda um outro aspecto, a presente invenção se refere a um método de condicionamento de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea de uma concentração de um gás que compreende ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da pelo menos uma camada sensora adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora, sendo que a dita unidade de sensor óptico químico é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons e que a unidade de sensor óptico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração do gás,

[089] sendo que o método compreende colocar a dita unidade de sensor óptico químico em contato com um meio de contato que compreende uma camada de barreira a qual é permeável a gases e impermeável a água e íons. É preferencial que o meio de contato seja um meio de contato, conforme anteriormente definido neste documento, isto é, um meio de contato que compreende uma camada de barreira, como uma camada de barreira que compreende um composto hidrofóbico.

[090] O termo “entrar em contato”, como usado no contexto do método descrito acima, refere-se uma aplicação do dito meio de contato diretamente em uma unidade óptica química, por exemplo, colocando-a na unidade do sensor. Considera-se, também, o fornecimento do meio de contato sob a forma de um adesivo ou estrutura semelhante a adesivo que pode ser aderida ou grudada à unidade do sensor.

[091] Em um outro aspecto, a presente invenção se refere a uma unidade de sensor óptico químico obtida por um método de condicionamento da unidade de sensor óptico químico, conforme anteriormente definido neste documento. A unidade de sensor óptico químico consequentemente obtida pode ser considerada como condicionada e, assim, diretamente utilizável para medições transcutâneas sem calibração prévia. Essa unidade de sensor óptico químico pode, ainda, ser combinada com componentes adicionais, como uma fonte de luz ou um dispositivo de detecção, conforme anteriormente descritos neste documento, ou pode ser fornecida na forma de um sistema para monitoramento de paciente, conforme anteriormente definido neste documento. Em modalidades específicas adicionais, o sensor óptico químico pode ser fornecido como tal, ou ser fornecido com ou compreender um meio de contato, conforme anteriormente definido neste documento, ou o sensor óptico químico pode ser fornecido com um fluido de condicionamento, conforme anteriormente definido.

[092] O exemplo e figuras a seguir são fornecidos para propósitos de ilustração. Deve-se entender, dessa forma, que o exemplo e as figuras não devem ser interpretados como limitadores. O versado na técnica será claramente capaz de considerar modificações adicionais dos princípios aqui apresentados.

EXEMPLOS EXEMPLO 1 - EFEITO DO BROMETO DE PERFLUORO OCTILA ESTUDADO EM UMA SITUAÇÃO TRANSCUTÂNEA

[093] Em um experimento, o efeito do brometo de perfluoro octila em uma medição transcutânea é estudado. Uma sonda de sensor dedicada que compreende um ponto PreSens e uma sonda de radiômetro comercial TOSCA transcutâneo PtcCO2/SpO2 para referência são ambos colocados na axila de uma pessoa objeto de teste. Ambos os sensores são aquecidos a 45 °C e 3 ml de brometo de perfluoro octila são colocados entre o sensor e a pele. Antes da medição, o ponto PreSens é pré-condicionado em uma solução salina fisiológica (9 g/l NaCl).

[094] O brometo de perfluoro octila vai interromper a permeação de água da pele ao sensor, enquanto o comportamento da hidratação do brometo de perfluoro octila vai manter a água na pele. A resposta se estabiliza em um nível muito mais baixo, mas razoavelmente constante, de pCO2 cutâneo em comparação com o sensor de referência.

[095] A redução de sensibilidade real não é bem definida porque dependerá de, por exemplo, o volume de brometo de perfluoro octila entre a ponto do sensor e a pele.

Claims

1. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DE UMA CONCENTRAÇÃO DE UM GÁS, caracterizada por compreender: ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da ao menos uma camada sensora, adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora; sendo que a dita unidade de sensor óptico químico compreende um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons; e sendo que a unidade de sensor óptico químico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração do gás.

2. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo dito meio de contato ser biocompatível e opcionalmente também termicamente condutivo.

3. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pela dita camada de barreira compreender um composto hidrofóbico.

4. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo dito composto hidrofóbico ser um líquido hidrofóbico.

5. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizada pelo dito composto hidrofóbico ou líquido hidrofóbico ser um hidrocarboneto, flúor ou silício que contém óleo, um organossilicone ou uma borracha macia ou gel.

6. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo dito líquido hidrofóbico ser um óleo comestível, ou uma cera comestível de baixo ponto de fusão, de preferência manteiga de cacau, um derivado de óleo cru, como um óleo de parafina ou cera de parafina mole, um óleo de silicone, uma cera de silicone ou um óleo de perfluoro.

7. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e/ou a dita ao menos uma camada sensora compreender uma borracha de silicone.

8. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizada pela dita camada de barreira estar presente na dita unidade de sensor óptico químico em uma espessura tal que a resposta óptica seja estável quando o sensor óptico químico estiver em contato com o dito meio de contato que tem uma concentração de gás constante.

9. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pela dita camada sensora compreender material luminescente e pela dita camada permeável a gases ser adaptada para impedir que a luz atravesse a camada permeável a gases.

10. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo dito sensor óptico químico ser uma unidade de sensor transcutâneo para medir a concentração de gás no sangue, de preferência, as concentrações dos gases O2 e/ou CO2, com mais preferência de CO2.

11. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada por compreender adicionalmente: ao menos uma fonte de luz adaptada para irradiar a camada sensora e opcionalmente uma estrutura de guia de luz conectada à fonte de luz e ao menos um dispositivo de detecção adaptado para detectar a resposta óptica da camada sensora, e opcionalmente uma estrutura de guia de luz conectada ao dispositivo de detecção, sendo que ao menos uma dentre a fonte de luz, a estrutura de guia e/ou o dispositivo de detecção são conectados de preferência de forma removível à unidade de sensor óptico químico.

12. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PACIENTE E/OU VENTILAÇÃO DE UM PACIENTE, caracterizado por compreender uma unidade de sensor óptico químico, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, um dispositivo de ventilação e/ou um dispositivo de monitoramento.

13. MÉTODO DE CONDICIONAMENTO DE UM SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DE UMA CONCENTRAÇÃO DE UM GÁS, caracterizado por compreender: ao menos uma camada sensora adaptada para ser irradiada com uma radiação predeterminada; e ao menos uma camada permeável a gases adjacente a um lado da pelo menos uma camada sensora adaptada para passar gás, cuja concentração deverá ser medida através da camada permeável a gases em direção à camada sensora; sendo que a dita unidade de sensor óptico químico é adaptada para operar com um meio de contato entre a camada permeável a gases e a pele, sendo que o dito meio de contato compreende uma camada de barreira que é permeável a gases e impermeável a água e íons; e que a unidade de sensor óptico é adaptada para medir uma resposta óptica da pelo menos uma camada sensora, cuja resposta óptica depende da concentração de gás, sendo que o método compreende colocar a dita unidade de sensor óptico químico em contato com um meio de contato que compreende uma camada de barreira, a qual é permeável a gases e impermeável a água e íons primeiro, de preferência, com um meio de contato, conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 2 a 6.

14. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, caracterizada por ser condicionada para medição transcutânea de uma concentração de um gás obtida pelo método conforme definido na reivindicação 13.