DE10101576A1 - Optischer Sensor und Sensorfeld - Google Patents
Optischer Sensor und SensorfeldInfo
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Abstract
Ein optischer Sensor zur Bestimmung zumindest eines Parameters in einer Probe enthält ein auf den Parameter ansprechendes Indikatormaterial (in 1) kurzer Abklingzeit und ein auf den Parameter nicht ansprechendes Referenzmaterial (in 1) langer Abklingzeit und dient zur Erfassung eines den zu bestimmenden Parameter anzeigenden Meßsignals auf der Basis der gemeinsam erfaßten Lumineszenzantworten des Indikator- und Referenzmaterials. Das Indikator- und das Referenzmaterial sind auf einem gemeinsamen Träger (3) immobilisiert. Die zur Probe weisende Schicht des Indikatormaterials und des Referenzmaterials ist von einer Schicht (5) abgedeckt, die einen Kontakt zwischen dem Indikatormaterial und der Probe erlaubt, jedoch für das zur Erregung des Indikator- und Referenzmaterials verwendete Licht im wesentlichen undurchlässig ist. Die Schicht verhindert die Beeinflussung der Probe durch das Erregungslicht und verbessert daher die Meßempfindlichkeit.
Description
Die Erfindung betrifft einen intern referenzierten optischen Sensor zur
Bestimmung zumindest eines Parameters in einer Probe mit einem auf den
Parameter ansprechenden Indikatormaterial kurzer Abklingzeit und einem
auf den Parameter nicht ansprechenden Referenzmaterial langer Abklingzeit
zur Erfassung eines den zu bestimmenden Parameter anzeigenden
Meßsignals auf der Basis der gemeinsam erfaßten Lumineszenzantworten
von Indikator- und Referenzmaterial.
Der optische Senor benutzt ein Meßprinzip, welches die optische,
insbesondere fluorometrische, Bestimmung verschiedener chemischer,
physikalischer und biologischer Parameter mit Hilfe von z. B.
zeitaufgelösten und Phasenmodulationstechniken ermöglicht. Hierbei wird
z. B. die Summe aus den Lumineszenzsignalen des Indikatormaterials kurzer
Abklingzeit und des Referenzmaterials langer Abklingzeit (mindestens einige
hundert Nanosekunden) gemessen. Während die langlebige Lumineszenz
vom den Parameter bestimmenden Analyten nicht beeinflusst wird,
verändert sich die Intensität des hiermit coimmobilisierten
Indikatormaterials kurzer Abklingzeit in Abhängigkeit von der jeweiligen
Analytkonzentration. Da die durch Phasenmodulationstechniken ermittelte
Phasenverschiebung zwischen den Lumineszenzantworten von Indikator-
und Referenzmaterial nur vom Verhältnis der Intensitätsanteile der beiden
Materialien abhängig ist, spiegelt sich darin direkt die Intensität der
Lumineszenzantwort des Indikatormaterials wider. Man erhält somit eine
interne Referenzierung der Signalintensität der Leuchtstoffe, so dass man
im Prinzip mit einer einzigen Erregungslichtquelle und einem einzigen
Photodetektor auskommt.
Unter der Voraussetzung, dass die Verteilung von Indikator- und
Referenzmaterial beim Herstellungsprozess konstant gehalten wird, ist die
Phasenverschiebung ausschließlich von der Konzentration des zu
bestimmenden Parameters abhängig, während Schwankungen im
optoelektronischen System, Verlusten in Lichtleitern, welche den Sensor
mit der Erregungslichtquelle und dem Photodetektor verbinden, und den
optischen Eigenschaften der Probe, das Signal nicht beeinflussen.
Details dieses Meßprinzips und Ausführungsbeispiele sind in der DE 197 33 341.9,
der hierauf aufbauenden DE 198 29 657.6 sowie der
korrespondierenden PCT/EP/98/04779 beschrieben und gezeigt, deren
vollständiger Offenbarungsinhalt unter Bezugnahme hierin aufgenommen
wird.
Das zum Erregen von Indikator- und Referenzmaterial benutzte Licht könnte
jedoch Substanzen in der Probe nachteilig beeinflussen, so dass die
Meßgenauigkeit des Sensors abnimmt, z. B. dadurch, dass die zu
messenden Substanzen selbst durch das Licht verändert werden oder die
Substanzen selbst zu unerwünschter Lumineszenz angeregt werden. Von
besonderer Wichtigkeit ist dies bei der Messung von Körperflüssigkeiten, z. B.
Blut, insbesondere der sog. "critical care analytes", wie etwa pH, O2,
CO2, Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid, Lithium, Magnesium und dgl., oder
Kulturmedien.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, bei einem optischen Sensor der
eingangs genannten Art die Meßgenauigkeit zu erhöhen.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass das Indikatormaterial
und das Referenzmaterial auf einem gemeinsamen Träger immobilisiert sind
und dass die zur Probe weisende Seite des Indikatormaterials und des
Referenzmaterials von einer Schicht abgedeckt ist, die einen Kontakt
zwischen dem Indikatormaterial und der Probe erlaubt, jedoch für das zur
Erregung des Indikator- und Referenzmaterial verwendete Licht im
wesentlichen undurchlässig ist.
Diese Schicht verhindert, dass das Erregungslicht zur Probe selbst gelangt,
und dass die Probe selbst Licht an den Detektor zurückschickt. Dies erhöht
die Meßgenauigkeit des Sensors und damit des gesamten Meßsystems.
Bevorzugt handelt es sich bei der Schicht um eine pigmentierte
Polymerschicht, etwa mittels Ruß oder Metalloxid, z. B. Eisenoxid- oder
Titandioxid.
Wenn der Sensor zur Messung des pH oder von Chlorid oder anderen Ionen
ausgelegt ist, kann es sich bei der Schicht um eine für in der Probe
gefärbte Substanzen permeable, insbesondere ionenpermeable
Hydrogelschicht handeln, z. B. hydrophiles Polyurethan oder/und Poly-
Hydroxyethylmethacrylat(HEMA) oder/und Ruß. Zur Messung von Gasen,
wie etwa CO2, O2, wird bevorzugt eine unter Normalbedingungen
gasförmige Substanzen permeable und gegebenenfalls ionenpermeable
Abeckschicht, z. B. aus Silikon oder Teflon verwendet. Falls der Sensor zur
Messung der Temperatur in einer Probe verwendet werden soll, in der sich
Substanzen befinden, auf die das Indikatormaterial ansprechen würde, wird
die Schicht für diese Substanzen undurchlässig gewählt.
Falls der Sensor als Enzymoptode zur Erfassung eines enzymatisch zu
bestimmenden Analyten verwendet werden soll, kann die das Indikator-
und Referenzmaterial abdeckende Schicht von einer für den messenden
Analyten spezifischen Enzymschicht überlagert sein, wie etwa Glukose-
Oxidase zur Messung von Glukose oder Lactat-Oxidase zur Messung von
Lactat.
Bei der oben erwähnten Sensoranordnung der DE 197 33 341.9 und der
DE 198 29 657.6 bzw. PCT/EP 98/04779 wird nur ein einziger intern
referenzierter Sensor beschrieben, mit dem dann nur ein einziger Parameter
in einer Probe gemessen werden kann.
In vielen Fällen ist es aber erwünscht, in einem einzigen Meßvorgang
mehrere unterschiedliche Parameter gleichzeitig zu messen, wie z. B. in
Körperflüssigkeiten in medizinischen Anwendungen.
Sollen mehrere verschiedene Parameter gleichzeitig gemessen werden
können, kann unter Bildung eines Sensorfelds an dem Träger zusätzlich
zumindest ein auf einen zweiten Parameter ansprechender zweiter
optischer Sensor, z. B. der eingangs genannten Art, angebracht sein. Bei
dem zweiten optischen Sensor kann es sich auch um einen sog.
Abklingzeit-Sensor handeln, der auf den zweiten Parameter anspricht und
dessen Indikatormaterial eine sich in Abhängigkeit von dem zweiten
Parameter veränderliche Abklingzeit aufweist oder/und um einen Sensor,
dessen Lumineszenzintensität sich in Abhängigkeit vom zweiten Parameter
ändert. In beiden Fällen kann die Abdeckschicht sämtliche Sensoren des
Sensorfelds oder zumindest zwei Sensoren davon gemeinsam abdecken.
Eine bevorzugte Kombination besteht zum Beispiel darin, dass erste intern
referenzierte Sensoren zur Messung des pH und des CO2-Partialdrucks und
zweite, als Abklingzeitsensor ausgeführte Sensoren zur Messung von
Sauerstoff und gegebenenfalls Temperatur zu einem Sensorfeld kombiniert
sind.
Das Indikatormaterial des zweiten Sensors kann so gewählt sein, dass
dessen Abklingzeit im Bereich der Abklingzeit des Referenzmaterials des
ersten Sensors liegt, wobei bevorzugt diese beiden Materialien identisch
sind.
Man kann dann ein identisches Phasendetektionssystem zum Auswerten
der Signale der intern referenzierten Sensoren sowie auch der
Abklingzeitsensoren auf der Basis des identischen
Phosphoreszenzfarbstoffs verwenden. Die gemessene Phasenverschiebung,
als von jeweiligen Analyten abhängiger Meßparameter, beschreibt im Falle
der intern referenzierten Sensoren das Intensitätsverhältnis zwischen der
von der jeweiligen Analytkonzentration abhängigen Indikatorlumineszenz
bzw. -fluoreszenz und der konstanten Lumineszenz bzw. Phosphoreszenz
des Referenzmaterials, wie oben beschrieben.
Im Falle der Abklingzeitsensoren korreliert die gemessene
Phasenverschiebung mit der Abklingzeit des jetzt als Indikator fungierenden
Phosphoreszenzfarbstoffs des Referenzmaterials und hängt ebenfalls von
der Konzentration des von diesem Abklingzeitsensor zu messenden
Analyten ab. Hierdurch ist es möglich, ein Feld oder Array von intern
referenzierten Sensoren und Abklingzeitsensoren herzustellen, die alle mit
dem identischen Meßsystem ausgelesen werden können.
Die Sensoren des Sensorfelds können auf einem gemeinsamen Träger
kombiniert sein. Der Träger kann eine Folie, eine von der Probe zu
durchströmende Kassette oder auch ein planer oder faserartiger Lichtleiter
sein.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bestimmung eines
Parameters einer Probe mittels eines optischen Sensors bzw. Sensorfelds
der oben diskutierten Bauart. Hierbei wird das Zeit- oder Phasenverhalten
oder die zeitliche Intensitätsänderung der Lumineszenzantworten des
Indikatormaterials kurzer Abklingzeit und des Referenzmaterials langer
Abklingzeit zur Bildung einer Referenzgröße für die Bestimmung des
Parameters verwendet. Als Referenzgröße kann auch ein Verhältnis der
beiden Lumineszenzintensitätsanteile des Indikatormaterials kurzer
Abklingzeit und des Referenzmaterials langer Abklingzeit verwendet
werden, welches unabhängig von der Gesamtintensität des
Lumineszenzsignals ist. Es besteht auch die Möglichkeit, dass die
Referenzgröße mit Hilfe einer zeitaufgelösten Messung ermittelt wird,
wobei die Referenzgröße ein Verhältnis zwischen der Lumineszenzintensität
während des Anregungsimpulses und der Lumineszenzintensität nach dem
Ausschalten der Lichtquelle darstellt.
Bevorzugt werden die Luminophore der Sensoren des Sensorfelds durch
eine einzige Lichtquelle gemeinsam erregt, und deren
Lumineszenzantworten können von den jeweiligen Sensoren zugeordneten
mehreren Detektoren erfaßt werden oder aber die Luminophore der
Sensoren werden von mehreren jeweils zugeordneten Lichtquellen erregt
und von einem einzigen Detektor gemeinsam erfasst.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen anhand der
beigefügten Figur erläutert.
Bei dem intern referenzierten Sensor, der einzeln oder als Array bzw. Feld
mehrerer solcher Sensoren auf gemeinsamen Träger angebracht ist, handelt
es sich um Sensoren der in der DE 197 33 341.9 bzw DE 198 29 657
beschriebenen Sensortypen bzw. um Sensoren zum Nachweis von pH,
Chlorid oder anderen Ionen, CO2 oder O2 und dgl., wie sie insbesondere im
medizinischen Gebiet Anwendung finden. Die das Indikator- und
Referenzmaterial enthaltende Schicht ist in der Figur mit 1 bezeichnet und
der Träger, auf dem die Sensorschicht befestigt ist, ist mit 3 bezeichnet.
Dieser Träger 3 ist über einen nicht gezeigten Lichtleiter mit einer
Lichtquelle und einem Fotodetektor eines fluorometrischen Meßgeräts
verbunden. Bei den Lichtleitern kann es sich um planare Lichtleiter oder
um Faseroptik handeln. Die Messung kann auch mit konventioneller Optik
ohne Lichtleiter erfolgen. Die lichtundurchlässige Schicht ist in der Figur mit
5 bezeichnet. Die lichtundurchlässige Schicht 5 hat die Aufgabe, die Probe
vor Wechselwirkung mit dem Anregungslicht zu schützen. Damit werden
Verfälschungen des Meßsignals, wie sie z. B. durch in der Probe angeregte
Untergrundfluoreszenz entstehen können, ausgeschlossen. Die
Abdeckschicht 5 kann eine geschwärzte Polymerschicht sein, z. B. mit
Ruß.
Soll der Sensor zur Messung des pH oder Chlorid oder anderen Ionen
verwendet werden, wird für die Abdeckschicht 5 ein Polyurethanhydrogel
oder Poly-Hydroxyethylmethacrylat (HEMA) vorgeschlagen. Soll CO2 oder
O2 oder ein anderes Gas gemessen werden, wird für die Abdeckschicht
Silikon oder Teflon vorgeschlagen. Soll die Temperatur gemessen werden,
wird für die Abdeckschicht Polyacrylnitryl, Silikon oder Hydrogel
vorgeschlagen.
Der Sensor oder einer der Sensoren eines Array kann auch als
Enzymoptode ausgeführt sein, etwa zur Messung von Glukose oder Lactat.
In diesem Fall ist dann die Abdeckschicht 5 von einer Enzymschicht 7, z. B.
Glukose-Oxidase oder Lactat-Oxidase, überlagert, die dann die
notwendigen Signale an das eigentliche Sensormaterial 1 weitergibt. In der
Figur ist diese Enzymschicht gestrichelt dargestellt.
Die Signale der intern referenzierten Lumineszenzsensoren der eingangs
genannten Art lassen sich mit identischen Meßsystemen auslesen, wie
solche optische Sensoren, bei denen die Änderung der Abklingzeit der
Meßparameter ist. Diese Meßsysteme basieren jeweils auf
Phasenmodulationstechniken.
Die identischen Phosphoreszenzfarbstoffe, die in den intern
referenzierenden Sensoren als langlebige Referenzluminophoren benutzt
werden und hier von der Abdeckschicht 5 abgedeckt sind, können
gleichzeitig auch als Lumineszenzindikator in Abklingzeitsensoren
verwendet werden. Ein Beispiel hierfür ist der Rhutenium-tris-4,7-diphenyl-
1,10-phenanthrolin-Komplex. Eingebaut in eine Matrix aus Polyacrylnitryl
ist dieser Farbstoff für alle potentiellen chemischen Bestandteile einer Probe
nicht zugänglich und bildet somit einen idealen Referenzstandard für die
intern referenzierten Sensoren. In dieser Umgebung wird seine
Lumineszenzabklinzeit nur von der Temperatur der Probe beeinflusst und
stellt damit eine idealen intern referenzierten Abklingzeit-Temperatursensor
dar. Wird der Farbstoff hingegen in einem hydrophoben, gut
gasdurchlässigen Polymer eingebaut, hängt seine Abklingzeit vom
jeweiligen Gaspartialdruck der Probe ab. Damit ist ein solches Material ein
intern referenzierter Gassensor, beispielsweise ein Sauerstoffsensor.
Ein identisches Phasendetektionssystem kann zum Auslösen der Signale,
sowohl von intern referenzierten Sensoren als auch Abklingzeitsensoren auf
der Basis der identischen Phosphoreszenzfarbstoffe, benutzt werden. Die
gemessene Phasenverschiebung als vom Analyten abhängiger
Meßparameter, gemessen beispielsweise bei einer Modulationsfrequenz von
45 kHz, beschreibt im Falle der intern referenzierten Sensoren das
Intensitätsverhältnis zwischen der von der jeweiligen Analytkonzentration
abhängigen Indikatorfluoreszenz und der konstanten Phosphoreszenz des
Referenzmaterials gemäß folgender Gleichung:
cotΦ = Aflu.cotΦflu + Aflu/Aref.sinΦp∈ø
Im Falle der Abklingzeitsensoren korreliert die gemessene
Phasenverschiebung mit der Abklingzeit des jetzt als Indikator fungierenden
Phosphereszenzfarbstoffs und hängt ebenfalls von der Konzentration des
zu messenden Analyten ab, gemäß folgender Gleichung:
tanΦ = 2.Π.fmod.τ
Hierdurch ergänzen sich die intern referenzierten und Abklingsensoren auf
ideale Weise miteinander. Es lässt sich damit ein Array von intern
referenzierten Sensoren und Abklingzeitsensoren herstellen, die alle mit
dem identischen Meßsystem ausgelesen werden können.
Die folgende Tabelle stellt eine Auswahl von Sensoren dar, die in einem
solchen Array miteinander kombiniert werden können. Alle diese Sensoren
werden mit einer sinusförmig modulierten Leuchtdiode angeregt, wobei die
Modulationsfrequenz immer gleich bleibt, z. B. 45 kHz beträgt.
Das bevorzugte Array für diagnostische Blutanalysen besteht aus allen in
der folgenden Tabelle aufgeführten Sensoren, mit Ausnahme von
Temperatur und Glukose.
Ein für Biotechnologie und Zellzucht bevorzugtes Array besteht aus
Sensoren für die Parameter pH, pCO2, pO2 und Temperatur.
In der Figur ist mit dem Pfeil 9 das von der Lichtquelle durch einen
Lichtleiter kommende Anregungslicht dargestellt und mit dem Pfeil 11 das
Licht der Lumineszenzantworten von Indikator- und Referenzmaterial,
welche durch diesen oder einen anderen Lichtleiter zum Photodetektor
geleitet wird. Im Falle mehrerer Sensoren können die Sensoren
nebeneinander voneinander getrennt auf dem Träger 3 angeordnet sein
oder sie können auch vermischt vorliegen.
Der hierin benutzte Begriff "Probe" beinhaltet Verbindungen, Oberflächen,
Lösungen, umweltrelevante Flüssigkeiten (Abwässer, Regenwasser,
Trinkwasser, Flusswasser, Meerwasser), Industrieflüssigkeiten und
biologische Flüssigkeiten (z. B. Blut, Blutplasma, Blutserum, Urin, Cerebro
spinalflüssigkeit), Emulsionen, Suspensionen, Gemische, Zellkulturen,
Fermentationskulturen, Zellen, Gewebe, Sekrete und/oder Derivate oder
Extrakte davon.
Der hierin auch benutzte Begriff "Analyt" betrifft Elemente, Ionen,
Verbindungen oder Salze, Dissoziationsprodukte, Polymere, Aggregate oder
Derivate davon.
Für die intern referenzierten Sensoren kommen z. B. in Frage:
- - pH-Optoden mit Fluoreszeinderivaten als Indikator;
- - pH-Optoden mit covalent gebundenen Hydroxipyren-trisolfonsäure als Indikator;
- - Kohlendioxid-, Schwefelwasserstoff- und Ammoniumsensoren auf der Basis von Fluoreszinderivaten oder Rhodaminfarbstoffen als Indikator;
- - optische Schwermetallsensoren auf der Basis von Fluoreszenzlöschung;
- - optische ionen-sensititive Sensoren zum Bestimmung von Calcium oder Magnesium mit PET-Indikatoren, wie etwa Calciumgrün, Calciumkarmesin- oder Furarot;
- - Kationen-Sensoren zur Bestimmung von Natrium, Kalium, Lithium, Magnesium, Kalzium z. B. auf der Basis von PET-Naphtalimid- Indikatoren oder auch Zink, Blei, Barium, Cadmium, Quecksilber, Lanthan;
- - Anionen-Sensoren auf der Basis von Fluoreszenzlöschung von Acrydin- und Bisacridin-Fluorophoren zum Erfassen von Chlorid, Bromid und Jodid;
- - Anionen-Sensoren zur Messung von Chlorid, Bromid oder Nitrat auf der Basis von potential-empfindlichen Farbstoffen (wie etwa Rhodamine oder Styryl-Fluorophore);
- - Kationen-Sensoren zur Messung von Kalium oder Natrium auf der Basis von potential-empfindlichen Farbstoffen;
- - Sensoren mit fluorogenen Reaktanten zur Messung von Aminen, Aldehyden oder Alkoholen;
- - Sensoren für Metabolite, wie Glukose, Laktat, Harnstoff, Kreatinin auf der Basis von fluorogenen Rezeptoren, beruhend auf Borsäurederivaten.
Als Biosensoren für verschiedene Metabolite kommen z. B. in Frage:
- - enzymatische Sensoren zum Erfassen von Glukose oder Lactat auf der Basis von Fluoreszez-pH-optoden als Wandlerschicht 7;
- - enzymatische Sensoren zum Erfassen von Harnstoff oder Kreatinin auf der Basis einer Fluoreszenz-Ammonium-, pH oder Ammoniumoptode;
- - einen mikrobiellen Sensor zur Messung des biologischen Sauerstoffbedarfs mit einem fluoreszenten pH-Sensor als Wandler;
- - enzymatische Sensoren zur Bestimmung von Glukose oder anderen Substraten auf der Basis der Messung der intrinsischen Fluoreszenz der Enzyme oder involvierten co-Enzyme (wie etwa in NADH).
Als Biosensoren auf Affinitätsbasis kommen z. B. in Frage:
- - Immunosensoren mit oberflächenimmobilisierten Antigenen oder Antikörpern und kompetitiver Bindung von fluorophor-markierten Antikörpern;
- - Biosensoren zum Identifizieren und Quantifizieren von Oligo- Nukleotiden oder DNA-Strängen auf der Basis von kompetitiver Bindung von fluorophor-markierten Oligo-Nukleotiden;
- - Biosensoren zum Identifizieren und Quantifizieren von Oligo- Nukleotiden oder DNA-Strängen mit eingelagerten Farbstoffen.
Typische Gebiete für die Anwendung der erfindungsgemäßen Sensoren und
Sensorfelder sind:
- - die Erfassung von Gasen, Elektrolyten und Metaboliten in Körperflüssigkeiten, wie etwa Blut, Serum, Plasma oder Urin,;
- - zweidimensionale Abbildung chemischer Parameter (z. B. transcutane Anwendungen);
- - diagnostische Bestimmung von Antikörpern, Antigenen und Oligo- Nukleotiden in Körperflüssigkeiten;
- - faseroptische Erfassung in Geweben oder gesamten Organen von Mensch oder Tier;
- - Immunoassays in durchsatzstarken Screening-Anwendungen;
- - Online-Nahrungsmittelanalyse (Bestimmung von Frische oder Aufbewahrungsbedingungen);
- - Nahrungsmittelanalyse (genetische Tests);
- - Umweltanalytik (fluorometrische Bestimmung von Huminsäuren, Chlorophyll oder polyzyklischen aromatischen Kohlenwassestoffen (PAH));
- - Kalibrationsfreie Erfassungssysteme zur Steuerung von Kulturierungsbedingungen in Bioreaktoren und Wachstumskammern;
- - Mikroplates mit integrierten optischen chemischen Sensoren;
- - Immunosensoren zum Erfassen von mikrobiologischer Kontamination.
Claims (29)
1. Optischer Sensor, zur Bestimmung zumindest eines Parameters in
einer Probe, mit einem auf den Parameter ansprechenden
Indikatormaterial (in 1) kurzer Abklingzeit und einem auf den
Parameter nicht ansprechenden Referenzmaterial (in 1) langer
Abklingzeit zur Erfassung eines den zu bestimmenden Parameter
anzeigenden Meßsignals auf der Basis der gemeinsam erfaßten
Lumineszenzenantworten des Indikator- und Referenzmaterials,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Indikatormaterial und das Referenzmaterial auf einem
gemeinsamen Träger (3) immobilisiert sind und dass die zur Probe
weisende Seite des Indikatormaterials und des Referenzmaterials von
einer Schicht (5) abgedeckt ist, die einen Kontakt zwischen dem
Indikatormaterial und der Probe erlaubt, jedoch für das zur Erregung
des Indikator- und Referenzmaterials verwendete Licht im
wesentlichen undurchlässig ist.
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass er zur Messung von Parametern aus biologischen Flüssigkeiten,
insbesondere Körperflüssigkeiten, wie etwa Blut, oder Kulturmedien
ausgelegt ist, insbesondere zumindest ein Parameter von pH, O2,
CO2, Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid, Lithium, Magnesium oder
eine Kombination davon.
3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die das Indikator- und Referenzmaterial abdeckende Schicht (5)
für die zu messende, den Parameter bestimmende Substanz in der
Probe durchlässig ist.
4. Optischer Sensor nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die das Indikator- und Referenzmaterial abdeckende Schicht (5)
geschwärzt ist.
5. Optische Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die das Indikator- und Referenzmaterial abdeckende Schicht (5)
eine Polymerschicht ist, in die Pigmente, insbesondere Ruß oder
Metalloxid, z. B. Eisenoxid oder Titandioxid, eingebettet sind.
6. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die das Indikator- und Referenzmaterial abdeckende Schicht (5) zur Messung des pH oder von Chlorid oder anderen Ionen eine für in der Probe gelöste Substanzen permeable, insbesondere ionenpermeable Hydrogelschicht ist, die z. B. hydrophiles Polyurethan oder/und Poly-Hydroxyethylmethacrylat oder/und Ruß enthält,
oder zur Messung von Gasen, wie CO2, O2, eine für unter Normalbedingungen gasförmige Substanzen permeable und gegebenenfalls ionenimpermeable Schicht, z. B. eine Silikon- oder Teflonschicht ist.
dass die das Indikator- und Referenzmaterial abdeckende Schicht (5) zur Messung des pH oder von Chlorid oder anderen Ionen eine für in der Probe gelöste Substanzen permeable, insbesondere ionenpermeable Hydrogelschicht ist, die z. B. hydrophiles Polyurethan oder/und Poly-Hydroxyethylmethacrylat oder/und Ruß enthält,
oder zur Messung von Gasen, wie CO2, O2, eine für unter Normalbedingungen gasförmige Substanzen permeable und gegebenenfalls ionenimpermeable Schicht, z. B. eine Silikon- oder Teflonschicht ist.
7. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die das Indikator- und Referenzmaterial abdeckende Schicht (5)
unter Bildung einer Enzymoptode von einer für die zu messende
Substanz spezifischen Enzymschicht (7) überlagert ist, z. B. Glukose-
Oxidase zur Messung von Glukose oder Lactat-Oxidase zur Messung
von Lactat.
8. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Träger (3) ein zumindest teilweise transparenter Träger ist.
9. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass unter Bildung eines Sensorfelds an dem Träger (3) zumindest
ein auf einen zweiten Parameter ansprechender zweiter optischer
Sensor (in 1) angebracht ist, wobei der zweite optischer Sensor (in
1) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ausgeführt sein kann.
10. Optischer Sensor nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass von der Abdeckschicht (5) zumindest zwei der Sensoren
gemeinsam abgedeckt sind.
11. Optisches Sensorfeld zur Bestimmung einer Mehrzahl von
Parametern in einer Probe, mit zumindest einem ersten Sensor (in 1),
der ein auf einen ersten Parameter ansprechendes Indikatormaterial
kurzer Abklingzeit und ein zugeordnetes, auf den Parameter nicht
ansprechendes Referenzmaterial langer Abklingzeit zur Erfassung
eines den zu bestimmenden Parameter anzeigenden Meßsignals auf
der Basis der gemeinsam erfassten Lumineszenzantworten des
Indikator- und Referenzmaterials aufweist, und
mit zumindest einem auf einen zweiten Parameter ansprechenden
zweiten optischen Sensor (in 1).
12. Optisches Sensorfeld nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Indikatormaterial des zweiten Sensors eine sich in
Abhängigkeit von dem zweiten Parameter veränderliche Abklingzeit
oder/und eine sich in Abhängigkeit von dem zweiten Parameter
veränderliche Lumineszenzuntensität aufweist.
13. Optisches Sensorfeld nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite Sensor (in 1) ein auf den zweiten Parameter
ansprechendes Indikatormaterial kurzer Abklingzeit und ein
zugeordnetes, auf den Parameter nicht ansprechendes
Referenzmaterial langer Abklingzeit zur Erfassung eines den zu
bestimmenden Parameter anzeigenden Meßsignals auf der Basis der
gemeinsam erfassten Lumineszenzantworten des Indikator- und
Referenzmaterials aufweist.
14. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Sensor, und im Falle von Anspruch 13 gegebenenfalls
auch der zweite Sensor, nach einem der Ansprüche 1 bis 8
ausgeführt ist.
15. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Indikatormaterial des zweiten optischen Sensors ein
Lumineszenzfarbstoff, bevorzugt aus der Gruppe der
lumineszierenden Übergangsmetallkomplexe mit Ru, Re, Os, Rh, Ir
oder Pt als Zentralatom und α-Diiminliganden ausgewählt ist.
16. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Falle eines Abklingzeitsensors die Abklingzeit oder/und die
spektralen Eigenschaften des Indikatormaterials des zweiten Sensors
im Bereich der Abklingzeiten bzw. der spektralen Eigenschaften des
Referenzmaterials des ersten Sensors liegt bzw. liegen.
17. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Sensor auf pH oder CO2 oder Chlorid bzw. Salinität
anspricht.
18. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite optische Sensor ein Abklingzeitsensor zur Messung
der Temperatur ist.
19. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
dass der zweite optische Sensor ein Abklingzeitsensor zur Messung
eines Gases, bevorzugt O2 ist.
20. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 19,
dadurch gekennzeichnet,
dass es zur Messung von Parametern aus biologischen Flüssigkeiten,
insbesondere Körperflüssigkeiten, wie etwa Blut, oder Kulturmedien
ausgelegt ist, insbesondere zumindest ein Parameter von pH, O2,
CO2, Natrium, Kalium, Calcium, Chlorid, Lithium, Magnesium oder
eine Kombination davon.
21. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Sensor einen pH-Sensor und einen CO2-Sensor
umfasst, und dass der zweite Sensor einen O2-Abklingzeitsensor und
gegebenenfalls einen Temperatur-Abklingzeitsensor umfasst.
22. Optisches Sensorfeld nach einem der Ansprüche 11 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sensoren des Sensorfeldes auf einem gemeinsamen Träger
(3) angeordnet sind.
23. Verfahren zur Bestimmung zumindest eines Parameters einer Probe,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein optischer Sensor bzw. ein Sensorfeld nach einem der
vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Indikator- und Referenzmaterialien des Sensors oder der
Sensoren durch eine einzige Lichtquelle gemeinsam erregt werden.
25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Messung nur eine einzige Lichtquelle, jedoch mehrere den
jeweiligen Sensoren zugeordnete Detektoren verwendet werden.
26. Verfahren nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lumineszenzantworten der Indikator- und
Referenzmaterialien des Sensors oder der Sensoren durch einen
einzigen Detektor gemeinsam erfaßt werden.
27. Verfahren nach Anspruch 23 oder 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Messung den jeweiligen Sensoren zugeordnete Lichtquellen,
jedoch nur ein einziger Detektor verwendet werden.
28. Verfahren nach Anspruch 24 und 26,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mehreren Sensoren des Sensorfelds voneinander getrennt
angeordnet sind und dass die Lichtquelle und der Detektor relativ zu
dem Sensorfeld zwischen den einzelnen Sensoren bewegt werden.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 28,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Anregungslicht für den Sensor oder die Sensoren mit einer
einzigen konstanten Frequenz moduliert wird, z. B. 45 KHz.
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