BR112015030272B1

BR112015030272B1 - Unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da concentração de um gás, sensor óptico químico, sistema de monitoramento de pacientes e/ou de ventilação de um paciente e método de condicionamento de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da concentração de um gás

Info

Publication number: BR112015030272B1
Application number: BR112015030272-6A
Authority: BR
Inventors: Josephus Arnoldus Henricus Maria Kahlman; Hans Willem Van Kesteren; Nicolaas Lambert
Original assignee: Koninklijke Philips N.V
Priority date: 2013-06-06
Filing date: 2014-06-06
Publication date: 2022-06-14
Also published as: US10251587B2; EP3003151B1; JP2016523127A; WO2014195438A1; JP6881976B2; CN105555192A; BR112015030272A2; CN105555192B; EP3003151A1; US20160135723A1

Abstract

UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DA CONCENTRAÇÃO DE UM GÁS, SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PACIENTES E/OU DE VENTILAÇÃO DE UM PACIENTE E MÉTODO DE CONDICIONAMENTO DE UMA UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DA CONCENTRAÇÃO DE UM GÁS A presente invenção refere-se a uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da 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 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 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 um primeiro composto diferente de água; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; e sendo que a unidade de sensor (...).

Description

Campo da invenção

[001] A presente invenção refere-se a uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da 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 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 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 um primeiro composto diferente de água; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; e sendo que a unidade de sensor óptico químico é adaptada para medir uma resposta óptica da ao menos uma camada sensora cuja resposta óptica depende da concentração do gás. A presente invenção refere-se também a um sistema que compreende tal sensor óptico químico, bem como a 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 de um ventilador), 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 respiratório pode também visitar o paciente em casa para verificar o ventilador e para 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 está relacionada 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 exige pessoal treinado para obter valores confiáveis e mostra alguma inexatidão devido à variação das 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 Al 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] Mills e Hodgen, 2005, em “Advanced concepts in fluorescence sensing, Topics in Fluorescence Spetroscopy”, 9(9), páginas 119 a 162 revelam várias características de sistemas de sensores ópticos de dióxido de carbono úmido e sistemas de sensores ópticos de dióxido de carbono seco, em particular informações sobre corantes adequados e indicadores luminescentes.

[010] 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.

[011] 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 ou fora do sensor, que podem levar a alterações indesejadas da sensibilidade do sensor, exigindo, assim, uma calibração ou recalibração do sensor.

[012] 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

[013] 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, alcançado por meio de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da 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 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 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 um primeiro composto diferente de água; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; e sendo que a unidade de sensor óptico químico é adaptada para medir uma resposta óptica da ao menos uma camada sensora cuja resposta óptica depende da concentração do gás. Em particular, os inventores descobriram surpreendentemente que em um condicionamento de uma dita unidade de sensor óptico químico, antes da aplicação do sensor sobre a pele, com um composto orgânico, por exemplo, um poliidróxi alcano como propilenoglicol, as perturbações moleculares, como transporte de água fora da unidade de sensor óptico químico e entre a unidade de sensor óptico químico e um meio de contato, são tão reduzidas a ponto de não ocorrerem alterações na sensibilidade durante a medição de gás, por exemplo, durante a medição de CO2. Dessa forma, quando a unidade de sensor óptico químico de acordo com a presente invenção é presa 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 do composto orgânico, por exemplo, um poliidróxi alcano como propilenoglicol, na unidade de sensor óptico químico e no meio de contato, pode ser fornecido um ambiente osmoticamente equilibrado, 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.

[014] Em uma modalidade preferencial da presente invenção, a ao menos uma camada permeável a gases e/ou a dita ao menos uma camada sensora da unidade de sensor óptico químico compreendem o primeiro composto diferente de água.

[015] Em uma outra modalidade preferencial, o meio de contato é permeável a gases, biocompatível e capaz de penetrar, ao menos parcialmente, a dita unidade de sensor óptico químico. Em uma modalidade opcional, o meio de contato é, além disso, termicamente condutivo. Em ainda outra modalidade preferencial, o primeiro composto diferente de água é um composto orgânico como um carboidrato, um carboidrato reduzido, um polissacarídeo, um poliidróxi alcano, ou qualquer derivado dos mesmos. Em uma outra modalidade preferencial, o primeiro composto diferente de água é um álcool C2-C10, ou um derivado do mesmo.

[016] Em uma modalidade preferencial adicional da presente invenção, o primeiro composto diferente de água é propilenoglicol, xilitol, sorbitol ou glicerol, ou derivados dos mesmos.

[017] Em ainda outra modalidade preferencial da presente invenção, o dito meio de contato compreende adicionalmente (i) água e (ii) cloreto de sódio dissolvido.

[018] Em uma modalidade adicional da presente invenção, o dito sensor óptico químico é fornecido em um fluido de condicionamento que compreende o dito primeiro composto, conforme anteriormente definido neste documento. Em uma modalidade especificamente preferencial da presente invenção, o dito fluido de condicionamento é idêntico ao meio de contato anteriormente definido neste documento.

[019] Em uma 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.

[020] Em uma outra modalidade preferencial, o primeiro composto diferente de água está presente na dita unidade de sensor óptico químico em uma concentração tal que a resposta óptica é estável quando o sensor óptico químico está em contato com o dito meio de contato que tem uma concentração de gás constante.

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

[022] Em uma outra modalidade preferencial da presente invenção, a unidade de sensor óptico químico é uma unidade de sensor transcutâneo para medir a concentração de gás no sangue. É particularmente preferencial que a unidade de sensor óptico químico seja usada para medir as concentrações gás de O2 e/ou CO2 no sangue. Em uma modalidade mais preferencial, a unidade de sensor óptico químico é usada para medir a concentração de gás CO2 no sangue.

[023] Em uma outra modalidade, a unidade de sensor óptico químico, conforme anteriormente definido 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. Em uma modalidade preferencial, ao menos um(a) dentre a fonte de luz, a estrutura de guia de luz e/ou o dispositivo de detecção é conectado de modo removível à unidade de sensor óptico químico.

[024] Em um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um sistema de monitoramento de pacientes e/ou de 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.

[025] Em ainda um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de condicionamento de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da 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 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 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 um primeiro composto diferente de água; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; e sendo que a unidade de sensor óptico químico é adaptada para medir uma resposta óptica da ao 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 fluido de condicionamento, de preferência com um fluido de condicionamento que compreende um primeiro composto diferente de água, conforme anteriormente definido neste documento, ou com um meio de contato conforme anteriormente definido neste documento.

[026] Em uma modalidade preferencial, a dita etapa de contato é executada até o dito primeiro composto atingir um equilíbrio na dita camada permeável a gases e/ou na dita camada sensora.

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

Breve descrição dos desenhos

[028] 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.

[029] A Figura 2 mostra dados de uma medição in vitro a 10% de pCO2 em solução salina fisiológica (SSF) e a 37% de propilenoglicol de um ponto sensor que foi condicionado inicialmente na solução salina fisiológica (SSF).

[030] A Figura 3 mostra dados de uma medição transcutânea em gel de contato TOSCA Radiometer após o pré- condicionamento em uma solução salina fisiológica. A figura fornece dados de medição para o sensor PreSens e o instrumento de referência TOSCA Radiometer.

[031] A Figura 4 mostra dados de uma medição transcutânea após 6 dias de pré-condicionamento em 37% de propilenoglicol e solução salina fisiológica após recalibração. A figura fornece dados de medição para o sensor PreSens e o instrumento de referência TOSCA.

Descrição detalhada das modalidades

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

[033] Embora a presente invenção seja descrita em relação a modalidades específicas, essa descrição não deve ser interpretada em sentido limitador.

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

[035] 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.

[036] No contexto da presente invenção, os termos “cerca de” e “aproximadamente” denotam um intervalo de exatidão que o versado na técnica entenderá como certo de que o efeito técnico da característica em questão está assegurado. 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 %.

[037] Deve ser entendido que o termo “que compreende” não é limitador. Para os propósitos da presente invenção, o termo “que consiste em” é considerado uma modalidade preferencial do termo “que compreende”. Se deste ponto em diante do presente documento for definido que um grupo compreende ao menos um certo número de modalidades, isso significará que o grupo compreende também um grupo que, de preferência, consiste apenas nessas modalidades.

[038] 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 podem ser praticadas em outras sequências, diferentes das descritas ou ilustradas neste documento.

[039] 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 haverá 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.

[040] Deve ser entendido que esta invenção não é limitada por metodologias, protocolos, reagentes específicos, etc., aqui descritos, uma vez que os mesmos podem variar. Deve ser entendido também 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.

[041] Conforme estabelecido acima, a presente invenção refere-se a um aspecto de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da 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 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 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 um primeiro composto diferente de água; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; e sendo que a unidade de sensor óptico químico é adaptada para medir uma resposta óptica da ao menos uma camada sensora cuja resposta óptica depende da concentração do gás.

[042] O termo “concentração de um gás” refere-se à quantidade de gás que chega ao sensor óptico químico devido à difusão a partir 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 a ser medida seja gás O2 e/ou CO2. É particularmente preferencial que o gás cuja concentração a ser medida seja gás CO2.

[043] 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.

[044] A camada sensora pode ser composta de material de carga que é transitável por moléculas de gás. Um exemplo de tal material de carga é 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.

[045] 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 depender de ou ser adaptado ao material opticamente reativo na camada sensora. Para materiais específicos opticamente reativos, podem ser usados comprimentos de onda de excitação correspondentes adequados.

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

[047] 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 átomo central e ligantes de 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-octadecila, rodamina B, naftofluoresceína, sulfo rodamina 101, eosina, tionina e azul do Nilo. Em outras modalidades específicas, a presente invenção refere- se 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) / éster octadecil de rodamina B; 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.

[048] 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 da patente US n° 66 02 716 Bl, ou da tese de doutorado (PhD) 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, University of 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 independe 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.

[049] 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 para 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.

[050] A camada sensora pode, ainda, ser permeável para um primeiro composto diferente de moléculas de gás e água de acordo com a presente invenção, por exemplo, para moléculas maiores que uma molécula de água, por exemplo, com um tamanho de cerca de 1,5x, 2x, 3x, 4x, 5x, l0x ou 15x ou mais do tamanho de uma molécula de água. É preferencial que a camada sensora permita a absorção de tais compostos por difusão a partir de camadas vizinhas, por exemplo, a camada permeável a gases, ou indiretamente a partir de um meio de contato. É preferencial que o processo de difusão seja iniciado por um meio de contato que compreende um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, ou por um fluido de condicionamento que compreende um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção. Essa difusão para o interior da camada sensora pode ser uma difusão lenta devido à estrutura e/ou composição química da camada sensora, devido ao tamanho do composto, ou devido à situação de polaridade na camada sensora. A taxa de difusão e a quantidade de material difundido para o interior e através da camada sensora podem depender da concentração do primeiro composto utilizado, suas propriedades químicas, por exemplo, sua polaridade, bem como sua forma tridimensional.

[051] Em uma outra modalidade particularmente preferencial, a camada sensora pode compreender um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, por exemplo, uma molécula maior que uma molécula de água, por exemplo, com um tamanho de cerca de 1,5x, 2x, 3x, 4x, 5x, l0x ou 15x ou mais do tamanho de uma molécula de água. A camada sensora pode, por exemplo, compreender água e um primeiro composto de acordo com a presente invenção. O primeiro composto diferente de água pode ter chegado à camada sensora devido a processos de difusão a partir do meio de contato conforme definido aqui. Em uma modalidade específica, a presente invenção refere-se a um sensor óptico químico com uma camada sensora que compreende um primeiro composto diferente de água em uma concentração de cerca de 1000 a 10.000 mOsm/kg, por exemplo, uma concentração de cerca de 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500 ou 10.000 mOsm/kg.

[052] Em uma outra modalidade, a camada sensora pode compreender um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, que pode ser o resultado de um processo de condicionamento que inclui ao menos a etapa de colocar o dito sensor óptico químico que compreende a camada sensora em contato com um fluido de condicionamento que compreende o dito primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção. A etapa de contato pode ser feita por um tempo suficiente para permitir a difusão do dito primeiro composto do fluido de condicionamento para a camada sensora da unidade de sensor óptico químico. É preferencial que o primeiro composto diferente de água esteja presente, após a etapa de contato, em uma concentração na camada sensora tal que a resposta óptica da unidade de sensor óptico químico seja estável quando a dita unidade de sensor óptico químico for empregada sobre a pele, por exemplo, colocada em contato com um meio de contato conforme definido aqui, que, por sua vez, é colocado em contato com a pele, sendo que o dito meio de contato tem uma concentração constante.

[053] A chegada ao ponto final contemplado da etapa de difusão pode ser testada com o uso de qualquer teste molecular, químico ou físico adequado conhecido pelo versado na técnica. De preferência, o ponto final da difusão pode ser testado analisando-se se a resposta óptica da unidade de sensor óptico químico é estável quando a dita unidade de sensor óptico químico é empregada sobre a pele, em particular, quando o sensor óptico químico está em contato com um meio de contato conforme definido aqui.

[054] 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 pode ser adaptado para detectar oxigênio e uma segunda subcamada, região ou tipo de material é adaptado para detectar CO2. Detalhes adicionais sobre sensores multiparâmetros e outras possibilidades de implementá-los podem ser conhecidos pelo versado na técnica ou podem ser derivados de fontes literárias adequadas, como o documento WO 02/056023, ou a publicação “The Art of Fluorescence Imaging with Chemical Sensors”, 2012, de autoria de Schâferling, Angewandte Chemie International Edition, 51(15), páginas 3532 a 3554.

[055] A camada sensora pode ser fornecida como camada única. Em modalidades alternativas, mais de uma camada sensora pode ser fornecida. Essa segunda camada sensora ou camada adicional pode ter as mesmas propriedades ou propriedades diferentes da primeira camada sensora. Por exemplo, a segunda camada sensora ou camada 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 camada 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.

[056] 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.

[057] 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 pode ser atravessada por moléculas de gás, como O2 e/ou CO2. Tipicamente, a camada permeável a gases pode ser também permeável a moléculas de água, que podem se difundir para dentro ou para 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 feito com água na fase de gás.

[058] A camada permeável a gases pode, ainda, ser permeável para um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, por exemplo, para moléculas maiores que uma molécula de água, por exemplo, com um tamanho de cerca de 1,5x, 2x, 3x, 4x, 5x, l0x ou 15x ou mais do tamanho de uma molécula de água. A permeabilidade da camada permeável a gases para um primeiro composto diferente de água pode ser, de preferência, uma permeabilidade para o dito primeiro composto sendo dissolvido em um líquido, por exemplo, para o estado de um primeiro composto sendo dissolvido em uma solução aquosa. É preferencial que a camada permeável a gases permita a absorção de tais compostos por difusão a partir de camadas vizinhas, por exemplo, um meio de contato que está presente entre a camada permeável a gases e a pele. É preferencial que o processo de difusão seja iniciado por um meio de contato que compreende um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, ou por um fluido de condicionamento que compreende um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção. Essa difusão para o interior da camada permeável a gases pode ser uma difusão lenta devido à estrutura e/ou composição química da camada permeável a gases, devido ao tamanho do primeiro composto diferente de água, ou devido à situação de polaridade na camada permeável a gases. A taxa de difusão e a quantidade de material difundido para o interior e através da camada permeável a gases podem depender da concentração do primeiro composto diferente de água utilizado, suas propriedades químicas, por exemplo, sua polaridade, a viscosidade da mistura, bem como sua forma tridimensional.

[059] Em uma outra modalidade particularmente preferencial, a camada permeável a gases pode compreender um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, por exemplo, uma molécula maior que uma molécula de água, por exemplo, com um tamanho de cerca de 1,5x, 2x, 3x, 4x, 5x, l0x ou 15x ou mais do tamanho de uma molécula de água. A camada permeável a gases pode, por exemplo, compreender água e um primeiro composto de acordo com a presente invenção. O primeiro composto pode ter chegado à camada permeável a gases devido a processos de difusão a partir do meio de contato conforme definido aqui. Em uma modalidade específica, a presente invenção refere-se a um sensor óptico químico com uma camada permeável a gases que compreende um primeiro composto diferente de água em uma concentração de cerca de 1000 a 10.000 mOsm/kg, por exemplo, uma concentração de cerca de 1000, 1500, 2000, 2500, 3000, 3500, 4000, 4500, 5000, 5500, 6000, 6500, 7000, 7500, 8000, 8500, 9000, 9500 ou 10.000 mOsm/kg.

[060] Em uma outra modalidade, a camada permeável a gases pode compreender um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção que pode ser o resultado de um processo de condicionamento, que inclui ao menos a etapa de colocar o dito sensor óptico químico que compreende a camada permeável a gases em contato com um fluido de condicionamento que compreende o dito primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção. A etapa de contato pode ser feita por um tempo suficiente para permitir a difusão do dito primeiro composto diferente de água do fluido de condicionamento para a camada permeável a gases da unidade de sensor óptico químico. É preferencial que o primeiro composto diferente de água esteja presente, após a etapa de contato, em uma concentração na camada permeável a gases tal que a resposta óptica da unidade de sensor óptico químico seja estável quando a dita unidade de sensor óptico químico for empregada sobre a pele, por exemplo, colocada em contato com um meio de contato conforme definido aqui, que, por sua vez, é colocado em contato com a pele.

[061] A chegada ao ponto final contemplado da etapa de difusão pode ser testada com o uso de qualquer teste molecular, químico ou físico adequado conhecido pelo versado na técnica. De preferência, o ponto final da difusão pode ser testado analisando-se se a resposta óptica da unidade de sensor óptico químico é estável quando a dita unidade de sensor óptico químico é empregada sobre a pele, em particular, quando o sensor óptico químico está em contato com um meio de contato conforme definido aqui.

[062] A membrana da camada permeável a gases pode ser composta de gás adequado e material permeável à 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. Outros materiais adequados podem ser bem conhecidos pelo versado na técnica e também são contemplados no contexto da presente invenção.

[063] A camada permeável a gases pode ser adicionalmente composta de material de carga que é transitável por moléculas de gás. Um exemplo de tal material de carga é 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.

[064] Em outras modalidades preferenciais da presente invenção, a camada permeável a gases pode adicionalmente ser adaptada para 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 de detecção pretendida. 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 do material luminescente na camada sensora, pode não ser refletida. Em outras modalidades, a reflexão ou dispersão de luz pode depender 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 detecção 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 feita fornecendo-se materiais de absorção de luz que atuem fora da faixa de detecção contemplada.

[065] A camada permeável a gases pode, dessa forma, funcionar essencialmente como uma barreira à luz, como uma camada permeável para moléculas pequenas como de CO2, O2 ou H2O, e como uma barreira semiativa, isto é, fortemente retardadora de moléculas maiores, em particular um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, que pode ter uma baixa polaridade.

[066] A camada permeável a gases pode ser fornecida como camada única. Em modalidades alternativas, mais de uma camada permeável a gases pode ser fornecida. Essa segunda camada permeável a gases ou camada adicional pode ter as mesmas propriedades ou propriedades diferentes da primeira camada permeável a gases. Por exemplo, a segunda camada permeável a gases ou a camada adicional pode ter a propriedade de refletir luz de um comprimento de onda diferente. Em modalidades adicionais, a segunda camada permeável a gases ou camada 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.

[067] 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 apenas para comprimentos de onda específicos ou faixas de comprimento de onda. A camada óptica transparente pode, por exemplo, ser transparente para a radiação predeterminada, conforme descrito acima, ou para os comprimentos de onda ou faixas de comprimento de onda de excitação dos materiais luminescentes na camada sensora, enquanto que a luz de um comprimento de onda diferente que não é excitatória do 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 pelo 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).

[068] Em outras modalidades, a camada óptica transparente pode ser não permeável a gases, por exemplo, O2 e/ou CO2. Em outras modalidades, a camada óptica transparente pode ter ainda baixa permeabilidade à água e/ou um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção.

[069] 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 do corpo humano ou do corpo de um 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.

[070] 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 do corpo humano ou do corpo de um animal. Vantajosamente, o meio de contato pode compreender um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, ao qual a camada sensora e/ou a camada permeável a gases, conforme definido aqui, podem ser permeáveis. O meio de contato pode, consequentemente, fornecer o dito primeiro composto diferente de água em uma concentração suficientemente alta que permita uma difusão do dito primeiro composto para fora do meio de contato e para o interior de camadas adjacentes como a ao menos uma camada permeável a gases da unidade de sensor óptico químico, ou a ao menos uma camada sensora da unidade de sensor óptico químico.

[071] 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.

[072] Alternativa ou adicionalmente, o meio de contato pode, em outras modalidades, ser capaz de penetrar a unidade de sensor óptico químico. A “penetração” pode ser, de preferência, o fornecimento de elementos móveis no meio de contato, em particular do primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção. O dito primeiro composto pode, por exemplo, estar presente no meio de contato em uma quantidade ou em uma concentração juntamente com formas adequadas de carreadores que permitem uma difusão para fora do meio de contato e para o interior das camadas adjacentes da unidade de sensor óptico químico, por exemplo, a camada permeável a gases ou a camada sensora.

[073] 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, permitindo, dessa forma, uma medição exata da concentração de um gás.

[074] Em uma modalidade, a presente invenção fornece uma unidade de sensor óptico químico, conforme definido aqui, que é fornecida em um fluido de condicionamento. Essa provisão pode ser, por exemplo, embalar, armazenar, guardar, suspender o sensor óptico químico no fluido de condicionamento. Essa pode ser uma atividade de curto prazo, por exemplo, de 10 a 60 minutos, ou de 1 a 24 horas, ou uma atividade de longo prazo de 1 dia a vários meses ou anos, por exemplo, de 2 meses, 3 meses, 4 meses, 5 meses, 6 meses, 12 meses, 24 meses ou mais, ou qualquer período de tempo entre os intervalos indicados.

[075] O termo “fluido de condicionamento”, como usado aqui, refere-se a um líquido ou uma substância semelhante a gel, que mantém a unidade de sensor óptico químico em um estado que permite seu uso ou aplicação imediata sem a necessidade de calibração prévia. O fluido de condicionamento pode, por exemplo, permitir que o teor de água ou o teor de umidade das camadas superficiais nas quais a medição de gás será feita seja mantido estável. Em uma modalidade preferencial, o fluido de condicionamento pode compreender um primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção, ao qual uma camada sensora e/ou uma camada permeável a gases, conforme definido aqui, podem ser permeáveis. O fluido de condicionamento pode, consequentemente, fornecer o dito primeiro composto diferente de água em uma concentração suficientemente alta que permita uma difusão do dito primeiro composto para fora do fluido de condicionamento e para o interior de camadas adjacentes como a ao menos uma camada permeável a gases da unidade de sensor óptico químico, ou a ao menos uma camada sensora da unidade de sensor óptico químico. O fluido de condicionamento pode, ainda, ser biocompatível, isto é, pode ser não tóxico, não imunogênico e/ou não alérgeno. Em modalidades específicas, as reações tóxicas, imunológicas ou alérgicas causadas por ingredientes do fluido de condicionamento podem ser mitigadas ou bloqueadas pela presença de contra-atividades, por exemplo, agentes bloqueadores, antídotos, etc.

[076] Alternativa ou adicionalmente, o fluido de condicionamento pode, em outras modalidades, ser capaz de penetrar na unidade de sensor óptico químico. A “penetração” pode ser, de preferência, o fornecimento de elementos móveis no fluido de condicionamento, em particular do primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção. O dito primeiro composto pode, por exemplo, estar presente no fluido de condicionamento em uma quantidade ou em uma concentração juntamente com formas adequadas de carreadores que permitem uma difusão para fora do fluido de condicionamento e para o interior das camadas adjacentes da unidade de sensor óptico químico, por exemplo, a camada permeável a gases ou a camada sensora.

[077] Em uma modalidade específica da presente invenção, o fluido de condicionamento é similar ao meio de contato, por exemplo, compreendendo a maior parte dos componentes do meio de contato. Em outras modalidades preferenciais, o fluido de condicionamento é essencialmente idêntico ao meio de contato conforme definido aqui, ou é idêntico ao meio de contato conforme definido aqui. Consequentemente, um sensor óptico químico conforme definido aqui pode ser armazenado, guardado, embalado, etc., no meio de contato conforme definido aqui.

[078] Em uma modalidade particularmente preferencial, o meio de contato e/ou o fluido de condicionamento compreendem ao menos um primeiro composto diferente de água. Um “primeiro composto”, como usado aqui, refere-se a um composto que é principalmente capaz de se difundir ou se mover para fora do meio de contato e penetrar camadas adjacentes, por exemplo, da unidade de sensor óptico químico de acordo com a presente invenção. Tal composto não inclui água. É preferencial que o primeiro composto seja higroscópico, isto é, capaz de trazer e/ou manter água em seu ambiente, por exemplo, o meio de contato e/ou a(s) camada(s) adjacente(s) do sensor óptico químico. É adicionalmente preferencial que o primeiro composto tenha uma alta capacidade tamponante osmótica. Assim, uma influência sobre a pele e/ou sobre o sensor pode ser reduzida ou minimizada. Em modalidades específicas, o primeiro composto presente no meio de contato ou no fluido de condicionamento pode também ser capaz de penetrar camadas superficiais do corpo, isto é, a pele. Exemplos preferenciais de tais compostos incluem moléculas orgânicas. A presente invenção contempla ainda que tais compostos são moléculas polares em geral, em particular moléculas polares de tamanho pequeno, por exemplo, 1,5x, 2x, 3x, 4x, 5x, l0x ou 15x o tamanho de uma molécula de água. Exemplos incluem, por exemplo, cátions e ânions. Em modalidades preferenciais, o primeiro composto diferente de água é um poliidróxi alcano ou um álcool, por exemplo, um álcool derivado de alcanos de cadeias curtas ou alcenos. É preferencial que o primeiro composto diferente de água seja um álcool C2-C10, por exemplo, um álcool C2, um álcool C3, um álcool C4, um álcool C5, um álcool C6, um álcool C7, um álcool C8, um álcool C9 ou um álcool C10. Em modalidades alternativas, a invenção contempla também o emprego de moléculas de álcool maiores, por exemplo, alcoóis C10 a C15, ou alcoóis com mais de 15 átomos C. É adicionalmente contemplado o uso de derivados desses alcoóis.

[079] Exemplos adicionais de compostos que estão presentes no meio de contato ou no fluido de condicionamento incluem um polissacarídeo. Em outras modalidades específicas, o primeiro composto pode ser uma proteína, por exemplo, albumina. Em ainda outra modalidade preferencial da presente invenção, o primeiro composto é um carboidrato, por exemplo, glicose ou sacarose, um carboidrato reduzido ou um derivado do mesmo.

[080] É particularmente preferencial que o primeiro composto diferente de água presente no meio de contato ou no fluido de condicionamento seja sorbitol ou um derivado de sorbitol, glicerol ou um derivado de glicerol, xilitol ou um derivado de xilitol, glicol ou um derivado de glicol. O primeiro composto diferente de água mais preferencial é propilenoglicol. Em modalidades específicas, o primeiro composto diferente de água pode também ser etilenoglicol, que é conhecido por ser tóxico para seres humanos. O etilenoglicol pode, portanto, ser usado para aplicações em ambientes onde o mesmo não entra em contato com o corpo, ou onde sua concentração no meio de contato ou fluido de condicionamento pode ser reduzida de modo a mitigar ou eliminar o efeito tóxico.

[081] 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. Com o fornecimento de um primeiro composto diferente de água no meio de contato, que penetra a unidade de sensor óptico químico, ou que está presente na unidade de sensor óptico químico e/ou no setor de pele a ser analisado, por exemplo, em uma concentração essencialmente igual àquela no meio de contato, o ambiente osmótico dentro e fora da unidade de sensor óptico químico (ao menos com relação à superfície a ser analisada, isto é, abaixo da unidade de sensor óptico químico) torna-se equilibrado. 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. Isso ajuda vantajosamente a evitar as etapas de calibração ou recalibração durante o uso da unidade de sensor óptico químico.

[082] O primeiro composto diferente de água mencionado acima pode ser fornecido em qualquer concentração adequada no meio de contato ou no fluido de condicionamento. Por exemplo, propilenoglicol pode ser fornecido 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 ou de fluido de condicionamento.

[083] Em uma outra modalidade preferencial, o primeiro composto diferente de água de acordo com a presente invenção pode estar presente no sensor óptico químico, por exemplo, na camada sensora e/ou na camada permeável a gases, em uma concentração tal que a resposta óptica da unidade de sensor óptico químico seja estável quando a dita unidade de sensor óptico químico for empregada sobre a pele, por exemplo, colocada em contato com um meio de contato conforme definido aqui, que, por sua vez, é colocado em contato com a pele. Dessa forma, o primeiro composto diferente de água definido aqui 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 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.

[084] A invenção contempla adicionalmente a possibilidade de usar qualquer combinação dos compostos ou categorias de compostos supracitados. Consequentemente, um primeiro composto diferente de água conforme descrito acima pode ser combinado com um segundo ou um terceiro composto diferente do primeiro composto, que é selecionado dentre os compostos ou categorias de compostos mencionados acima.

[085] Em outras modalidades preferenciais, o meio de contato ou o fluido de condicionamento pode compreender um primeiro composto diferente de água e um elemento adicional ou segundo composto. O elemento adicional ou segundo composto pode ser água e NaCl nela dissolvido, isto é, íons de Na+ e Cl- de uma solução de NaCl. É preferencial que a solução de NaCl seja uma solução salina fisiológica. A concentração da solução de NaCl pode ser de qualquer valor adequado. Por exemplo, pode ser utilizada uma concentração de cerca de 9 g/l de NaCl.

[086] É particularmente preferencial usar uma combinação de propilenoglicol com uma solução de NaCl. A combinação pode compreender quaisquer proporções adequadas de propilenoglicol e NaCl em água. Por exemplo, cerca de 10% a 90% de propilenoglicol e NaCl em água podem ser usados. A quantidade de propilenoglicol na solução de NaCl em água pode ser, por exemplo, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 36%, 37%, 38%, 39%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%), 75%, 80%, 85% por volume, ou mais, ou qualquer valor entre os valores indicados. Particularmente preferencial é a combinação de 37% de propilenoglicol e 9 g/l de NaCl em água.

[087] Em uma outra modalidade, o sensor óptico químico da presente invenção compreende ou inclui um meio de contato ou um fluido de condicionamento, conforme anteriormente definido neste documento, ou consiste em uma combinação dos elementos do sensor óptico químico supracitado, 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.

[088] 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 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, sobre a 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.

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

[090] 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).

[091] 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 ao menos uma camada sensora. A estrutura de guia de luz pode compreender qualquer material de guia de luz adequado. De preferência, devem ser usadas fibras ópticas como material de guia de luz, que podem ser fornecidas sob a forma de estruturas de guia de luz. Fibras ópticas podem, adequadamente, 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.

[092] 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.

[093] 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 de 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.

[094] 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 emitida por uma fonte de luz externa e 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.

[095] 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.

[096] 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.

[097] 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 presa à pele de uma pessoa, o elemento aquecedor poderá ser adaptado para aumentar a perfusão sanguínea e a permeabilidade do gás da pele, aumentando 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 resistivo ou um diodo, 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 o funcionamento, 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 para ter uma condição de medição bem definida e para impedir queimaduras na pele.

[098] 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.

[099] Em um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um sistema relacionado a um sistema de monitoramento de pacientes e/ou de 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.

[0100] 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 a intensidade 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 decaimento 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.

[0101] O dispositivo de ventilação pode incluir todas as funções associadas de um típico dispositivo de ventilação 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.

[0102] 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 para executar ao menos uma dentre as funções de: análise da resposta óptica da camada sensora, controle do elemento aquecedor e/ou do sensor de temperatura, ou exibição das concentrações de gás determinadas, etc. O dispositivo de monitoramento ou o dispositivo de ventilação podem adicionalmente incluir meios para armazenar dados monitorados, por exemplo como função do tempo. Esses dados podem ser disponibilizados posteriormente para a análise feita por um médico, por exemplo via transferência para um sistema de computador do hospital ou um aparelho de diagnóstico portátil do médico.

[0103] Em ainda um outro aspecto, a presente invenção refere-se a um método de condicionamento de uma unidade de sensor óptico químico para medição transcutânea da 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 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 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 um primeiro composto diferente de água; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; e sendo que a unidade de sensor óptico químico é adaptada para medir uma resposta óptica da ao 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 fluido de condicionamento. O fluido de condicionamento a ser usado é o fluido de condicionamento anteriormente definido neste documento, isto é, um fluido de condicionamento que compreende um primeiro composto diferente de água de acordo com a invenção. Em modalidades específicas, o condicionamento é feito com o meio de contato anteriormente definido neste documento.

[0104] O termo “contato”, como usado no contexto do método descrito acima se refere ao processo de colocar um sensor óptico químico, de preferência a camada permeável a gases de um sensor óptico químico conforme definido aqui, em contato com um fluido de condicionamento, conforme definido acima, por exemplo, mergulhando-o em um banho, bolsa ou tubo contendo o dito fluido de condicionamento. Alternativamente, o contato pode ser também uma aplicação do dito fluido de condicionamento diretamente sobre a unidade de sensor óptico químico, por exemplo, por pipetagem do fluido sobre a camada relevante, por exemplo, a camada permeável a gases. Quaisquer outras maneiras ou técnicas adequadas de colocar a unidade de sensor óptico químico em contato com o fluido de condicionamento conhecidas pelo versado na técnica são também contempladas pela presente invenção.

[0105] A etapa de contato pode ser feita por um tempo suficiente para permitir que o primeiro composto diferente de água anteriormente definido neste documento, por exemplo, propilenoglicol, ou uma combinação de propilenoglicol e uma solução salina fisiológica, seja difundido para o interior de ao menos a camada permeável a gases da unidade de sensor óptico químico, isto é, penetre a unidade de sensor óptico químico.

[0106] Com mais preferência, o contato é feito até que os componentes do primeiro composto diferente de água anteriormente definido neste documento, por exemplo, propilenoglicol e/ou solução salina fisiológica, alcancem um equilíbrio. O termo “equilíbrio”, como usado aqui, significa que o primeiro composto diferente de água conforme definido aqui está presente na unidade de sensor óptico químico, em particular na camada adjacente à unidade de sensor óptico químico, como a camada permeável a gases e a camada sensora, e no meio de contato em concentrações essencialmente iguais, de modo que não ocorra basicamente nenhum movimento adicional do primeiro composto, ou de moléculas adicionais, como moléculas de água.

[0107] Em uma outra modalidade específica da invenção, um equilíbrio poderá ser considerado existente se o primeiro composto diferente de água estiver presente em tal concentração na camada sensora da unidade de sensor óptico químico que a relação entre a concentração de CO2 e a resposta óptica da unidade de sensor óptico químico seja estável quando a dita unidade de sensor óptico químico for empregada sobre a pele ou in vitro, em particular quando for empregada com o uso de um meio de contato, conforme definido aqui, sendo que o dito meio de contato tem uma concentração de gás constante. Consequentemente, o equilíbrio pode, ainda, ser entendido como sendo produzido quando a resposta do sensor se estabilizar quando exposto a uma concentração constante de CO2.

[0108] Em tal cenário, o fluido de condicionamento é, de preferência, idêntico ao meio de contato ou compreende o primeiro composto diferente de água, conforme anteriormente definido neste documento, na mesma quantidade ou concentração, opcionalmente também sob as mesmas condições de tampão, pH ou elementos estruturais locais que no meio de contato a ser usado.

[0109] A etapa de contato pode ser executada, por exemplo, por qualquer período de tempo adequado considerado necessário. Considerando-se os experimentos práticos, a invenção contempla uma condição ou tempo de contato de vários dias a várias semanas. Por exemplo, o contato pode ser feito por um período de tempo de 1 semana, 2 semanas, 3 semanas, 4 semanas, 5 semanas, ou um período mais longo ou qualquer intervalo de tempo entre os valores indicados. Um tempo de contato de cerca de 4 semanas é preferencial.

[0110] Em um outro aspecto, a presente invenção refere-se 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. Tal 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.

[0111] Os exemplos e figuras a seguir são fornecidos para propósitos de ilustração. Deve-se entender, portanto, que os exemplos e as figuras não devem ser interpretados como limitadores. O versado na técnica será claramente capaz de contemplar modificações adicionais dos princípios aqui apresentados.

Exemplos Exemplo 1 - Efeito de propilenoglicol estudado em uma situação in vitro

[0112] Em um primeiro experimento, estudou-se o efeito do propilenoglicol (PG) em uma situação in vitro. Antes da medição, um ponto sensor PreSens de CO2 foi primeiramente pré- condicionado em uma solução salina fisiológica (SSF) (9 g/l de NaCl). Após a transferência para uma solução de teste compreendendo SSF e 37% de PG, é feita a aplicação constante de 10% de CO2 e 90% de N2. A Figura 2 mostra a resposta observada.

[0113] No início do experimento a leitura do sensor começou em 11% de pCO2 e caiu na primeira hora para 7,5%. Esse efeito pode ser explicado por uma redução da sensibilidade do ponto sensor relacionada à saída de água do sensor causada pela pressão osmótica 20 vezes maior - devido ao PG - do fluido de teste. Após 100 minutos, o dito efeito reverteu e a leitura do sensor aumentou lentamente em direção ao nível inicial de 11%, indicando que a pressão osmótica entre o ponto sensor e o fluido de teste tornou-se equilibrada e que o teor de água no interior do sensor foi normalizado. Como a concentração de PG no fluido de teste se manteve constante (devido ao seu grande volume em comparação com o volume do ponto sensor), deduz-se que o PG foi transferido do fluido de teste para o sensor.

[0114] A situação final estável do experimento após alguns dias mostrou um leve aumento na sensibilidade, provavelmente causado por um pequeno excesso de água em comparação com a situação nominal (isotônica), ou por um efeito direto do PG sobre o corante indicador no ponto sensor (não mostrado na Figura 1).

[0115] Os dados experimentais indicam que o sensor PreSens de CO2 pode ser condicionado em uma solução que compreende propilenoglicol (PG).

Exemplo 2 - Efeito de propilenoglicol estudado em uma situação transcutânea

[0116] Em um segundo experimento, estudou-se o efeito do propilenoglicol (PG) em uma medição transcutânea. Uma sonda de sensor dedicada que compreende um ponto sensor PreSens e uma sonda comercial transcutânea PtcCO2/SpO2 TOSCA Radiometer de referência foram ambas colocadas na axila de uma pessoa objeto de teste. Ambos os sensores foram aquecidos a 45 °C e receberam gel de contato (~ 40% de PG) TOSCA Radiometer entre o sensor e a pele. Antes da medição, o ponto sensor PreSens foi pré-condicionado em uma solução salina fisiológica (SSF) (9 g/l de NaCl). A Figura 3 mostra os resultados obtidos.

[0117] A sensibilidade reduzida do sensor PreSens pode ser explicada pelo fato de que após a aplicação à pele (tipicamente durante os primeiros 40 minutos), a pressão osmótica muito maior do gel de contato extrai água do ponto sensor.

[0118] Ao mesmo tempo, uma pequena parte do propilenoglicol penetrará a pele enquanto o comportamento umectante do propilenoglicol impedirá a saída de água da pele. A extração de água do ponto sensor e a penetração propilenoglicol na pele diminuem a concentração de propilenoglicol no gel de contato - e com isso sua pressão osmótica - em direção a um valor mais isotônico, que está melhor em equilíbrio com o ponto sensor de modo a interromper o transporte de água. Essa é a razão de a resposta se estabilizar em um nível muito mais baixo, mas razoavelmente constante, de pCO2 cutâneo em comparação com o sensor de referência.

[0119] A redução real de sensibilidade não é bem definida porque dependerá, por exemplo, do volume de propilenoglicol entre o ponto sensor e a pele.

Exemplo 3 - Efeito de propilenoglicol estudado em uma situação transcutânea após pré-condicionamento

[0120] A Figura 4 mostra uma medição transcutânea após 6 dias de condicionamento do ponto sensor em 37% de propilenoglicol e 9 g/1 de NaCl e recalibração. O fluido de condicionamento foi usado também como meio de contato entre o ponto sensor e a pele. Essa medição mostra um resultado estável em bom acordo com o sensor de referência TOSCA Radiometer.

[0121] Nesse experimento, tanto o sensor de referência TOSCA Radiometer como o sensor óptico químico foram posicionados no mesmo indivíduo, um próximo do outro. Os sinais medidos com ambos os sensores, o sensor de referência TOSCA Radiometer e o sensor óptico químico, mantiveram-se estáveis e forneceram essencialmente as mesmas informações. Entretanto, os níveis absolutos detectados com o sensor de referência TOSCA Radiometer e o sensor óptico químico foram diferentes. Essa diferença foi atribuída ao fato de a calibração do sensor óptico químico precisa ser adaptada à situação condicionada, uma vez que a presença de propilenoglicol no sensor óptico químico altera a calibração do sensor.

Claims

1. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DA 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 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 um primeiro composto diferente de água, sendo que o dito primeiro composto é um composto orgânico; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; 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 pela dita ao menos uma camada permeável a gases e/ou a dita ao menos uma camada sensora compreender o dito primeiro composto.

3. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo dito meio de contato ser permeável a gases, biocompatível e capaz de penetrar, ao menos parcialmente, a dita unidade de sensor óptico químico e, opcionalmente, termicamente condutivo.

4. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo dito primeiro composto ser um carboidrato, um carboidrato reduzido, um polissacarídeo, um poliidróxi alcano, ou qualquer derivado dos mesmos, de preferência um álcool C2-C10, ou um derivado do mesmo.

5. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo dito primeiro composto ser propilenoglicol, xilitol, sorbitol ou glicerol, ou derivados dos mesmos.

6. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, caracterizada pelo dito meio de contato compreender adicionalmente (i) água e (ii) cloreto de sódio dissolvido.

7. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, caracterizada pelo dito sensor óptico químico ser fornecido em um fluido de condicionamento que compreende o dito primeiro composto diferente de água, sendo que o dito fluido de condicionamento é, de preferência, idêntico ao meio de contato conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.

8. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e/ou a dita ao menos uma camada sensora compreender uma borracha de silicone.

9. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, caracterizada pelo dito primeiro composto estar presente na dita unidade de sensor óptico químico em uma concentração 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.

10. SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, 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.

11. SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, sendo o dito sensor óptico químico caracterizado por 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.

12. UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, 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 um(a) dentre a fonte de luz, a estrutura de guia de luz e/ou o dispositivo de detecção são conectados, de preferência de forma removível, à unidade de sensor óptico químico.

13. SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PACIENTES E/OU DE VENTILAÇÃO DE UM PACIENTE, caracterizado por compreender uma unidade de sensor óptico químico conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1, 2 ou 5, um dispositivo de ventilação e/ou um dispositivo de monitoramento.

14. MÉTODO DE CONDICIONAMENTO DE UMA UNIDADE DE SENSOR ÓPTICO QUÍMICO PARA MEDIÇÃO TRANSCUTÂNEA DA 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 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 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 um primeiro composto diferente de água; sendo a dita unidade de sensor óptico químico caracterizada pela dita ao menos uma camada permeável a gases e a dita ao menos uma camada sensora serem permeáveis ao dito primeiro composto; e sendo que a unidade de sensor óptico químico é adaptada para medir uma resposta óptica da ao 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 fluido de condicionamento que compreende um primeiro composto conforme definido nas reivindicações 1, 4, 5 ou 7, ou com um meio de contato conforme definido em qualquer uma das reivindicações 3 a 7 ou 9, sendo que a dita etapa de contato é, de preferência, executada até o dito primeiro composto atingir um equilíbrio na dita camada permeável a gases e/ou na dita camada sensora.

15. 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 14.