CS245558B1

CS245558B1 - Needle microelectrode

Info

Publication number: CS245558B1
Application number: CS98884A
Authority: CS
Inventors: Antonin Vacek; Arnost Sebela
Original assignee: Antonin Vacek; Arnost Sebela
Priority date: 1984-02-13
Filing date: 1984-02-13
Publication date: 1986-10-16

Abstract

Anodu mikroelektrody tvoří kovová kapilára, například injekční jehla, kterou prochází izolovaně katoda. Podstatou mikroelektrody je, že konec anody je postříbřen a pokryt semipermeabilní membránou, například z 5% polystyrenu rozpuštěného v toluenu. Mikroelektroda je určena zejména k měření kyslíku ve tkáních živých objektů.The microelectrode anode is a metal capillary for example, an injection needle that passes through it isolated cathode. The essence of the microelectrode is that it ends the anode is silvered and semipermeable 5% polystyrene dissolved in toluene. The microelectrode is primarily intended for measurement oxygen in tissues of living objects.

Description

Vynález se týká jehlové elektrody, určené k měření parciálního tlaku kyslíku ve tkáních biologických objektů a vodných roztocích elektrolytů.The invention relates to a needle electrode for measuring the partial pressure of oxygen in the tissues of biological objects and aqueous electrolyte solutions.

Sledování úrovně parciálního tlaku kyslíku ve tkáních je jedním z důležitých pomocných kritérií při hodnocení zdravotního stavu osob a jejich odolnosti při různých zátěžích.Monitoring the level of oxygen partial pressure in tissues is one of the important help criteria in assessing the health status of individuals and their resistance to different loads.

Tento ukazatel kyslíkového režimu organismu může významně pomoci při zjištění latentních forem selhání oběhového systému a plicní ventilace. V současné době se parciální tlak kyslíku v klinické praxi stanovuje pomocí odběru krve a její analýzy na krevní plyny.This indicator of the oxygen regime of the body can significantly help in finding latent forms of circulatory system failure and pulmonary ventilation. At present, the oxygen partial pressure in clinical practice is determined by blood collection and blood analysis.

Významným pomocníkem je stanovení tenze kyslíku v kapilární krvi, která se provádí pomocí povrchových transkutánních elektrod. Stanovení krevních plynů a také metoda transkutánního měření kyslíku v kapilární krvi nám však neukazují přímo na úroveň tenze kyslíku ve tkáni, kterou můžeme stanovit pouze při zavedení do tkáně kyslíkové jehlové elektrody. Při některých vyšetřeních ve zdravotnictví by bylo zapotřebí provádět průběžné měření tenze kyslíku přímo ve tkáni, například na operačních sálech, jednotkách intenzívní péče, koronárních jednotkách, na odd. péče o předčasně narozené děti. Samostatnou skupinu představuje využití měření parciálního tlaku kyslíku ve tkáních ve výzkumu v rámci kliniky i experimentu, například cévní choroby a jejich terapie nebo sledování kyslíkového režimu ve tkáních za různých extrémních podmínek, po aplikaci léků aj. Pro měření parciálního tlaku kyslíku se osvědčuje ampérometrická polarografická metoda používající polarizovatelných elektrod, katod ze zlata nebo platiny a elektrodu nepolarizovatelnou, anodu zhotovenou ze stříbra pokrytého chloridem nebo kysličníkem stříbrným.An important assistant is the determination of oxygen tension in the capillary blood, which is carried out using surface transcutaneous electrodes. However, the determination of blood gases and the method of transcutaneous measurement of oxygen in capillary blood do not point directly to the level of oxygen tension in the tissue, which can only be determined when introduced into the tissue of an oxygen needle electrode. Some medical examinations would require continuous measurement of oxygen tension directly in the tissue, for example in operating theaters, intensive care units, coronary units, wards. care for preterm infants. A separate group is the use of measurement of partial oxygen pressure in tissues in research within the clinic and experiment, such as vascular diseases and their therapy or monitoring of oxygen regime in tissues under various extreme conditions, after drug application. using polarizable electrodes, gold or platinum cathodes and a non-polarizable electrode, an anode made of silver coated with chloride or silver oxide.

Podle způsobu aplikace elektrody dělíme metody na dvě základní skupiny: invazivní, kdy elektrodu zavádíme do tkání a neinvazivní, kdy elektrody přikládáme na tkáň. Neinvazivní metoda využívá typu kryté vyhřívané elektrody podle Clarka. Anoda i katoda jsou ponořeny do elektrolytu a od vnějšího prostředí izolovány membránou propustnou pro parciální tlak kyslíku. Teplo elektrody vyvolává lokální rozšíření kapilární sítě v kůži a kyslík může difundovat z kapilár k povrchu elektrody přes membránu. Jeho hodnota je mírně snížena spotřebou kyslíku mitochondriemi buněk kůže a podkoží. Elektrody umožňují dlouhodobé monitorování tenze kyslíku, ovšem jen v kapilární krvi povrchových tkání. Metoda invazivní používá mikroelektrody, které jsou zapichovány do tkání a anoda je oddělena od katody.According to the method of electrode application we divide the methods into two basic groups: invasive, when we introduce the electrode into tissues and non-invasive, when we put the electrodes on the tissue. The non-invasive method uses the Clark covered heated electrode type. Both the anode and cathode are immersed in the electrolyte and isolated from the outside by a membrane permeable to partial pressure of oxygen. Electrode heat induces local expansion of the capillary network in the skin and oxygen can diffuse from the capillaries to the electrode surface across the membrane. Its value is slightly reduced by oxygen consumption by mitochondria of skin and subcutaneous cells. Electrodes allow long-term monitoring of oxygen tension, but only in capillary blood of surface tissues. The invasive method uses microelectrodes that are injected into the tissues and the anode is separated from the cathode.

Katoda může být přímo ve styku se tkání nebo v typu zapuštěných elektrod se aktivní plocha katody nachází v dutině trubičky, která je vyplněna hmotou propustnou pro kyslík a brání prostupu molekul bílkovin k elektrodě. Oba typy katod měří kyslík ve spojení s anodou, která je umístěna odděleně od katody. Při styku katody s tkání elektrody rychle reagují na změny tenze kyslíku ve tkáni, ovšem nevýhodou je, že katoda může být znečištěna elektroforetickou absorpcí bílkovinných částic. Při použití zapuštěných elektrod elektroda reaguje na změny v tenzi kyslíku ve tkáni se značným zpožděním. Při měření oběma invazivními elektrodami je anoda umístěna odděleně od katody, což je začasté zdrojem mnoha poruch a nestálosti měření.The cathode may be directly in contact with the tissue, or in the embedded electrode type, the active cathode area is located in the cavity of the tube, which is filled with oxygen permeable material and prevents the passage of protein molecules to the electrode. Both types of cathodes measure oxygen in conjunction with an anode that is located separately from the cathode. On contact of the cathode with the tissue, the electrodes respond rapidly to changes in the oxygen tension in the tissue, but the disadvantage is that the cathode may be contaminated by electrophoretic absorption of the protein particles. When using embedded electrodes, the electrode responds to changes in the oxygen tension in the tissue with a considerable delay. When measured by both invasive electrodes, the anode is located separately from the cathode, which is often the source of many measurement failures and instabilities.

Tyto dosavadní nevýhody dosavadních metod odstraňuje jehlová mikroelektroda pro měření parciálního tlaku kyslíku ve tkáních a vodných roztocích elektrolytů, jejíž anodu tvoří kovová kapilára, například injekční jehla, jejímž středem prochází izolovaně katoda a jejíž podstatou je, že konec anody je postříbřen a pokryt semípermeabilní membránou, například z 5% polystyrenu rozpuštěného v toluenu.These disadvantages of the prior art are overcome by a needle microelectrode for measuring oxygen partial pressure in tissues and aqueous electrolyte solutions, the anode of which is a metal capillary, for example an injection needle centered in isolation through the cathode and having the silver anode end covered with a semipermeable membrane. for example 5% polystyrene dissolved in toluene.

Mikroelektroda zachovává výhody použití miniaturní katody, což je rychlá polarizace elektrody, malá spotřeba kyslíku elektrodou a nízká úroveň zbytkového proudu. Anoda se nachází ve stále stejné vzdálenosti od katody a semípermeabilní membránou je chráněna před stykem se tkání. Pokud je membrána nasáklá elektrolytem, může elektroda měřit p0₂ také v plynném prostředí. Elektrodu je možno sterilizovat etylendioxidem nebo zářením gama paprsků.The microelectrode retains the benefits of using a miniature cathode, which is rapid electrode polarization, low electrode oxygen consumption, and low residual current levels. The anode is always equidistant from the cathode and is protected from contact with the tissue by the semipermeable membrane. If the membrane is soaked with electrolyte, the electrode can also measure p ₂ in a gaseous environment. The electrode can be sterilized with ethylene oxide or gamma radiation.

Vynález blíže objasní přiložený výkres, na kterém je v osovém řezu naznačena jehlová mikroelektroda.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawing in which a needle microelectrode is shown in axial section.

Katoda je zhotovena z platinového drátku, izolovaná korundem a zatmelena v kapiláře 2, která je zabroušena do hrotu a tvoří anodu 3_. Horní část anody _3 je elektricky izolována lakem 4 a dolní část anody 2 j^e pokryta stříbrem _5 s následným elektrolytickým pokrytím chloridem stříbrným. Anoda _3 a katoda 1. je pokryta semipermeabilní membránou j>. Držadlo elektrody Ί_ je tvarováno tak, aby elektrodu bylo možno lehce zavést do tkáně. Na horním konci držadla elektrody Ί_ jsou elektrické vývody 8 a 9 pro napojení katody _1 a anody 2 na měřicí přístroj, například oxymetr L.The cathode is made of platinum wire, insulated with corundum and sealed in a capillary 2, which is ground into the tip and forms the anode 3. The upper part of the anode 3 is electrically insulated lacquer 4 and the lower portion of the anode 2 ^e j _5 coated silver coverage of subsequent electroplating with silver chloride. The anode 3 and cathode 1 are covered with a semipermeable membrane. The electrode handle 7 is shaped so that the electrode can be easily inserted into the tissue. At the upper end of the electrode handle 7 there are electrical terminals 8 and 9 for connecting the cathode 1 and the anode 2 to a measuring device, for example an oximeter L.

Semipermeabilní membrána, propustná pro nízkomolekulární ionty a kyslík a nepropustná pro makromolekuly se vytvoří takto: Sestavená mikroelektroda, chemicky čistá, tvořená anodou _3 a katodou se ponoří do předem připraveného 5 až 10 % disperzního roztoku kopolymeru, který po zaschnutí vytvoří semipermeabilní membránu. Ionty elektrolytu procházející přes membránu vytvářejí vodivé prostředí pro uzavření elektrického obvodu a po naložení polarizujícího potenciálu cca 600 ml dochází k polarizaci katody 1_ a mikroelektroda je připravena pro měření tenze kyslíku. Mikroelektroda umožňuje měření parciálního tlaku kyslíku ve tkáních a také tenze kyslíku ve vodných roztocích a po kalibraci lze naměřené hodnoty vyjadřovat v absolutních hodnotách.The semipermeable membrane, permeable to low molecular ions and oxygen and impermeable to macromolecules, is formed as follows: The assembled microelectrode, chemically pure, consisting of the anode 3 and the cathode is immersed in a preformed 5-10% dispersion solution of copolymer which forms a semipermeable membrane. The electrolyte ions passing through the membrane create a conductive environment for closing the electrical circuit, and after loading the polarizing potential of about 600 ml, the cathode 7 is polarized and the microelectrode is ready to measure the oxygen tension. Microelectrode allows measurement of partial oxygen pressure in tissues as well as oxygen tension in aqueous solutions and after calibration the measured values can be expressed in absolute values.

Mikroelektroda je určena zejména k měření kyslíku ve tkáních živých objektů.Microelectrode is designed especially for measurement of oxygen in tissues of living objects.

Claims

A needle microelectrode for measuring oxygen partial pressure in tissues and aqueous electrolyte solutions, the anode of which is a metal capillary, for example a hypodermic needle centered by an isolated cathode, characterized in that the anode end (3) is silver plated (5) and covered by a semipermeable membrane (6) ), for example 5% polystyrene rospoluted in toluene.