CS207182B1

CS207182B1 - Method of making the needle microelectrodes

Info

Publication number: CS207182B1
Application number: CS40380A
Authority: CS
Inventors: Antonin Vacek; Frantisek Machala
Original assignee: Antonin Vacek; Frantisek Machala
Priority date: 1980-01-21
Filing date: 1980-01-21
Publication date: 1981-07-31

Description

Vynález se týká způsobu výroby jehlových mikroelektrod k měření tenze kyslíku v živých tkáních.The present invention relates to a method for producing needle microelectrodes for measuring oxygen tension in living tissues.

Stanovení úrovně parciálního tlaku kyslíku, PO₂, ve tkáních stává se v současné době velmi důležitým pomocným kritériem při hodnocení zdravotního stavu nemocných osob neb odolnosti osob při různých zátěžích, pracovních podmínkách aj. V současné době se měření PO₂ v nemocnicích provádí pomocí odběru krve a její analysy na krevní plyny. Z těchto hodnot se pak usuzuje na PO₂ ve tkáních.Determining the level of oxygen partial pressure, PO _2, tissue becomes now a very important auxiliary criterion in assessing the state of health of sick people because the resistance of people at different loads, working conditions and others. Currently, measurement of PO ₂ hospitals performed using blood sampling and its blood gas analyzes. From these values, it is concluded that PO ₂ in the tissues.

Ovšem při některých vyšetřeních bylo by zapotřebí provádět dlouhodobé průběžné měření PO₂přímo ve tkáni, např. na operačních sálech, jednot- ¹kách intenzivní péče, koronárních jednotkách, odd. péče o předčasně narozené děti. Samostatnou skupinu pak představuje základní výzkum, např. cévních'. chorob a jejich terapie neb sledování kyslíkového režimu tkání za různých extrémních podmínek.However, in some examinations would be needed to carry out long-term continuous measurement of PO ₂ within the tissue, eg. In operating rooms, jednot- ¹ sPectrum intensive care, coronary care units, odd. care for preterm infants. A separate group is represented by basic research, eg vascular. diseases and therapies, or monitoring the oxygen regimen of tissues under various extreme conditions.

Pro měření PO₂ se v plné míře osvědčila amperometrická polarografická metoda používající tří základních typů elektrod, zhotovených z polarizovatelných kovů platiny nebo zlata. Jsou to například otevřené elektrody zhotovené z kovu isolovaného mimo aktivní část o délce 2 až 3 mm, nebo používající jen průřez použitého drátku. Nebo se používají zapuštěné elektrody, otevřené elektrody, elektrody zatavené ve skleněné trubičce tak, že jejich .aktivní plocha se nachází v dutině trubičky. Při použití shora uvedených elektrod je elektroda srovnávací umístěna odděleně od katody. Další používanou elektrodou je elektroda krytá membránou, takzvaná Clarkova elektroda. Uvnitř vnějšího obalu, nesoucího membránu jsou umístěny obě elektrody — katoda i anoda.For the measurement of PO ₂ , the amperometric polarographic method using three basic types of electrodes made of polarizable platinum or gold metals proved to be fully effective. These are, for example, open electrodes made of metal isolated outside the active part with a length of 2 to 3 mm, or using only the cross-section of the wire used. Alternatively, recessed electrodes, open electrodes, electrodes sealed in a glass tube are used such that their active surface is in the cavity of the tube. Using the above-mentioned electrodes, the alignment electrode is located separately from the cathode. Another electrode used is a membrane-covered electrode, the so-called Clark electrode. Both the cathode and the anode are located inside the outer shell carrying the membrane.

Každý typ těchto jmenovaných elektrod má své výhody i nevýhody a proto i zvláštní použití. Optimální elektrodou je elektroda krytá, která může měřit PO₂ v tekutém i plynném prostředí. Její rozměry jsou však velké pro praktické použití a v současné době se nevyrábí.Each type of the aforementioned electrodes has its advantages and disadvantages and therefore a particular application. The optimal electrode is a covered electrode that can measure PO ₂ in both liquid and gaseous environments. However, its dimensions are large for practical use and are currently not produced.

Vývoj měření tenze kyslíku ve tkáních směřuje od použití elektrod o velké aktivní ploše k elektrodám miniaturním, které zmenšují možnosti ovlivnění proudu elektrody pohybem tělních tekutin, tvoření komplexů elektroforézou nanesených na elektrodu bílkovin a také ovlivnění zásobení měřené oblasti tkáně kyslíkem v důsledku velké spotřeby kyslíku velkoplošnou elektrodou.The development of oxygen tension measurements in tissues ranges from the use of large active surface electrodes to miniature electrodes, which reduce the possibility of affecting electrode current by body fluid movement, forming electrophoresis complexes deposited on the protein electrode, and .

Miniaturizace elektrod vede k používání stále tenčích drátů, ovšem vyskytují se problémy s vhodným způsobem jejich izolace. Nejběžněji používaný způsob zatavení platinové elektrody do skla poskytuje dobrou izolaci, ovšem nemůže být použit u elektrod zhotovovaných ze zlata. Byla-li takto izolovaná elektroda používána samostatně nebo po umístění do kovové kanyly injekční jehly, dochází při případném ohybu k narušení izolace, popřípadě i přetržení vlastní elektrody. Izolace kovu polymeračními epoxidovými pryskyřicemi není trvalá a přilnavost pryskyřice k povrchu kovu není dokonalá. Po několikerém ohybu nebo při výbrusu elektrody často dochází k odpojení izolace od povrchu a tím i ke zvětšování proudu elektrody, které při delším namáčení v tekutině není kontrolovatelné.The miniaturization of electrodes leads to the use of ever thinner wires, but there are problems with the appropriate way of insulating them. The most commonly used method of melting a platinum electrode into glass provides good insulation, but cannot be used with electrodes made of gold. If the insulated electrode was used alone or after being placed in the metal cannula of the injection needle, the bending would break the insulation or even break the electrode itself. Insulation of the metal with polymeric epoxy resins is not permanent and the adhesion of the resin to the metal surface is not perfect. After several bends or when the electrode is ground, the insulation is often disconnected from the surface and thus increases the current of the electrode, which is not controllable by prolonged soaking in the fluid.

Použití jako izolace mikroelektrod — v celé ploše - skla neb pryskyřice často proto mění definovanou aktivní plochu katody, což zkresluje výsledky měření a jejich reprodukovatelnost. Tento způsob izolace dále pak neumožňuje přesné řízení tloušťky izolace a poněvadž skleněná izolace na kovovém vlákně není pružná, neumožňuje výrobu elektrod z měkčího materiálu, např. zlata, které je z hlediska í chemicko-biologické reakce povrchu aktivní plochy elektrody a jeho polarografických vlastností podstatně stabilnější.Use as a whole-area insulation of glass or resin microelectrodes therefore often alters the defined active cathode area, which distorts the measurement results and their reproducibility. Furthermore, this method of insulation does not allow precise control of the insulation thickness and since the glass insulation on the metal fiber is not flexible, it does not allow the manufacture of electrodes from a softer material, such as gold, which is substantially more stable. .

Tyto dosavadní shora uvedené nevýhody odstraňuje způsob výroby jehlových mikroelektrod podle vynálezu, jehož podstatou je, že na vodič, například platinový drát o průměru 10 až 50 pm, se nanese kataforeticky korundová izolační vrstva) a na ní se nanese polymerační nebo biologický lak,) případně skleněný povlak a takto upravený jeden, případně více vodičů se zasune do trubičky o průměru 100 až 500 pm například z nerezového kovu a trubička se zaleje polymerační epoxidovou prys- i kyřicí, načež se konec trubičky zabrousí šikmo do hrotu.The above-mentioned disadvantages of the prior art are avoided by the process for the production of needle microelectrodes according to the invention, which consists in applying a cataphoretic corundum insulating layer) to a conductor, for example a platinum wire of 10 to 50 µm in diameter, and a polymerization or biological varnish. the glass coating and the one or more conductors thus treated are inserted into a 100-500 [mu] m diameter tube, for example of stainless steel, and the tube is sealed with polymerization epoxy resin, then the end of the tube is ground obliquely into the tip.

Způsob umožňuje dosáhnout přesného výrobního postupu a řízení definované tloušťky korundové izolace, která je po nasycení lakem ohebná, pružná, mechanicky pevná, nedrolivá s velmi dobrou adhezí k povrchu kovové katody a s velmi dobrou dielektrickou konstantou, která se podstatně nemění ani při skladování ve vodném prostředí. Při výbrusu definované špičky katody a dále při provozu elektrody se izolace neláme, nepraská a neodlupuje se, čímž sě zachovává původní plocha i elektrody a její elektrická stabilita. Ovšem ekonomický význam způsobu výroby elektrody podle tohoto postupu spočívá ve vysoké výtěžnosti elektrod a nízké zmetkovitosti pří montáži do ocelových trubiček, poněvadž pružnost izolace vyrobené podle tohoto způsobu snižuje možnost jejího praskání a lámání katodových přívodů při zavádění katody do ocelového pouzdra, a taktéž i při jejich zalévání nebo při jejich praktickém využívání. Přesné řízení tloušťky izolace a velmi dobré homogenní elektrické izolační vlastnosti, tj. 500 V/l pA při 30 pm, umožňují snižovat vnější průměr elektrody např. na 0,4 mm, což má další význam pro téměř bezbolestnou aplikaci při vpichování do živých tkání.The method makes it possible to achieve a precise manufacturing process and control of a defined corundum insulation thickness which, after saturation with varnish, is flexible, elastic, mechanically strong, nondrolling with very good adhesion to the metal cathode surface and very good dielectric constant which does not change substantially even in aqueous storage . In the case of a defined cathode tip and further in the operation of the electrode, the insulation does not break, crack and peel off, thus preserving the original surface and the electrode and its electrical stability. However, the economical importance of the electrode manufacturing process according to the process lies in the high electrode yield and low scrap rate when mounted in steel tubes, since the elasticity of the insulation produced according to the method reduces the possibility of cracking and breaking the cathode leads when inserting the cathode into the steel sleeve. watering or in their practical use. Accurate insulation thickness control and very good homogeneous electrical insulating properties, ie 500 V / l pA at 30 µm, allow to reduce the outer diameter of the electrode to, for example, 0.4 mm, which is of further importance for virtually painless injection into living tissues.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 až 4 je schematicky naznačen postup, na obr. 5 a 6 je naznačeno zabroušení drátů.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawing, in which FIGS.

Konstrukční stavba elektrody podle vynálezu je patrna na obr. 1 až 4. Vodič 1 jé nejprve obalen korundovou izolací 2 a po té náňosem polymeračημη lakem 3. Na konci se vodič 1 opatří kapkou skla 4. Na obr. 5 a 6 jsou znázorněné vodiče v ocelové trubičce 5 zalité epoxidovou pryskyřicíThe structure of the electrode according to the invention is shown in FIGS. 1 to 4. The conductor 1 is first coated with corundum insulation 2 and then coated with polymerization lacquer 3. At the end, the conductor 1 is provided with a drop of glass 4. FIGS. Epoxy resin encapsulated steel tube 5

6.6.

Dále bude popsán příklad nového způsobu výroby izolace systému nekryté mikro-vpichové elektrody, znázorněné na obr. I. Vodiče 1, napříi klad platinové drátky o 0 10 až 50 pm a délce 60 mm, se na závěsu vloží do metyl-koloidové : suspenze korundového prášku o zrnitosti 0 2 až 5 pm a při napětí cca 30 V se za 5 vteřin na jejich povrch kataforeticky nanese souvislá homogenní i vrstva korundové izolace 2 s koloidem o tloušťce 50 pm. Vodiče 1 s korundovou izolací 2 s koloidem se uloží do molybdenového nebo křemenného zásobníku a vyžíhají se na teplotu 450 až 1650 °C po dobu 10 až 30 min., dle druhu elektrodového : materiálu. Při nižších teplotách se provádí spálení koloidového pojidla a při teplotách okolo 1650 °C se provádí síntrace korundové vrstvy. Vodiče 1 po i vypálení s korundovou vrstvou 2 bez koloidového pojidla se namáčejí do vypalovacího nebo polyme; račního laku 3, který se nechá vytvrdit vypálením ! nebo polymerací.Next, an example of a novel method of manufacturing the uncovered micro-puncture electrode insulation shown in FIG. 1 will be described. Conductors 1, such as 0-10 to 50 µm platinum wires and 60 mm length, are placed on a hinge in a methyl colloidal corundum suspension. of a powder with a grain size of 0 to 5 µm and at a voltage of about 30 V, a continuous homogeneous layer of corundum insulation 2 with a colloid thickness of 50 µm is applied to their surface in 5 seconds. Corundum-insulated conductors 1 with colloid are placed in a molybdenum or quartz container and calcined at 450 to 1650 ° C for 10 to 30 minutes, depending on the type of electrode material. The colloidal binder is burnt at lower temperatures and the corundum layer is sintered at temperatures around 1650 ° C. After firing with the corundum layer 2 without the colloidal binder, the conductors 1 are soaked in the firing or polymer; 3, which can be cured by firing! or by polymerization.

j Tímto uvedeným postupem se připraví souvislá pružná izolační vrstva na vodiči 1, která se podrobí kontrole a elektrickému měření izolačních vlastností. Takto upravený vodič se pod montážní lupou : zasune do ocelové trubičky 5 o průměru 100 až ί 500 pm, například injekční jehly a zalije se polyí merační epoxidovou pryskyřicí 6. Po polymeraci se vybrousí a vyleští hrot elektrody a po napájení a zalití elektrických vývodů nebo konektoru se provedou další potřebná elektrická měření a cejchování elektrody.In this way, a continuous flexible insulating layer on the conductor 1 is prepared, which is subjected to a control and electrical measurement of the insulating properties. The conductor thus treated is inserted under a magnifying glass into a steel tube 5 with a diameter of 100 to 500 µm, for example injection needles, and covered with a polymeric epoxy resin 6. After polymerization, the electrode tip is ground and polished and other necessary electrical measurements and calibration of the electrode are performed.

Podobným způsobem se provádí výroba systémů elektrod s korundovou izolací znázorněných na obr. 2, 3, 4. Změna technologie výroby spočívá v tom, že po zhotovení příslušné tloušťky korundové izolace se katodový drátek nebo jen jeho část (obr. 3 a 4) ponoří do roztaveného skla nebo se protáhne přes kapku roztaveného bezolovnatého skla.Similarly, the production of the corundum insulated electrode systems shown in Figures 2, 3, 4 is carried out. A change in production technology consists in dipping the cathode wire or only a portion of it (Figs. or is passed through a drop of molten lead-free glass.

Elektrody s korundovou izolací podle tohotp postupu jsou určeny k měření parciálního tlaku kyslíku v živých tkáních.The corundum-insulated electrodes according to this procedure are designed to measure the oxygen partial pressure in living tissues.

Claims

SUBJECT

Method for producing needle microelectrodes for measuring oxygen tension in living tissues, characterized in that a cathode-corundum insulating layer is applied to a conductor, for example a 10 to 50 µm diameter platinum wire and a polymerization or biological varnish or a glass coating is applied thereto,

BACKGROUND OF THE INVENTION One or more conductors provided in the invention are inserted into a tube of 100 to 500 µm diameter, for example of stainless steel, and the tube is sealed with a polymeric epoxy resin, whereupon the end of the tube is ground obliquely into the tip.