DE10164429B4 - Device for measuring enzymatic constituents in the interior of a human or animal body - Google Patents

Device for measuring enzymatic constituents in the interior of a human or animal body Download PDF

Info

Publication number
DE10164429B4
DE10164429B4 DE2001164429 DE10164429A DE10164429B4 DE 10164429 B4 DE10164429 B4 DE 10164429B4 DE 2001164429 DE2001164429 DE 2001164429 DE 10164429 A DE10164429 A DE 10164429A DE 10164429 B4 DE10164429 B4 DE 10164429B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
measured
probe
change
enzyme
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE2001164429
Other languages
German (de)
Other versions
DE10164429A1 (en
Inventor
Rudolf Dr. Gambert
Andreas Dipl.-Ing. Schoenfeld
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Standard Instruments De GmbH
Original Assignee
IT Dr Gambert GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IT Dr Gambert GmbH filed Critical IT Dr Gambert GmbH
Priority to DE2001164429 priority Critical patent/DE10164429B4/en
Publication of DE10164429A1 publication Critical patent/DE10164429A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10164429B4 publication Critical patent/DE10164429B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14542Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring blood gases
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14539Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring pH
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/14546Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue for measuring analytes not otherwise provided for, e.g. ions, cytochromes
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/145Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue
    • A61B5/1468Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using chemical or electrochemical methods, e.g. by polarographic means
    • A61B5/1473Measuring characteristics of blood in vivo, e.g. gas concentration, pH value; Measuring characteristics of body fluids or tissues, e.g. interstitial fluid, cerebral tissue using chemical or electrochemical methods, e.g. by polarographic means invasive, e.g. introduced into the body by a catheter
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/42Detecting, measuring or recording for evaluating the gastrointestinal, the endocrine or the exocrine systems
    • A61B5/4222Evaluating particular parts, e.g. particular organs
    • A61B5/4255Intestines, colon or appendix

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Endocrinology (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)

Abstract

Vorrichtung zur Messung der Aktivität von Enzymen in der Speiseröhre und im Intestinaltrakt von Mensch oder Tier mittels einer Sonde, bestehend aus einem Sondenkörper und einem oder mehreren im Sondenkörper enthaltenen Sensormodulen, gekennzeichnet dadurch, dass das Sensormodul an der Oberfläche ein sensorisches Element enthält, welches aus einem elektrisch leitfähigen oder optisch durchlässigen Material besteht und von einem Substrat bedeckt ist, welches mit dem zu messenden Enzym reagiert, diese biochemische Reaktion zu einer Änderung der elektrischen oder optischen Eigenschaft des sensorischen Elements führt und diese Änderung gemessen wird.contraption to measure the activity of Enzymes in the esophagus and in the intestinal tract of humans or animals by means of a probe, consisting of a probe body and one or more sensor modules contained in the probe body, characterized in that the sensor module on the surface contains sensory element, which is made of an electrically conductive or optically transparent material and is covered by a substrate which is to be measured with the Enzyme reacts, this biochemical reaction to a change the electrical or optical property of the sensory element leads and this change is measured.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung in der Speiseröhre und im Intestinaltrakt von Mensch oder Tier gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ( DE 695 15 554 T2 ).The invention relates to a device for measuring in the esophagus and in the intestinal tract of humans or animals according to the preamble of claim 1 (US Pat. DE 695 15 554 T2 ).

Eine Vielzahl von medizinischen Untersuchungen hat in den letzten Jahren gezeigt, dass der Messung von enzymatischen Bestandteilen in der Speiseröhre und im Intestinaltrakt eine hohe Bedeutung zukommt.A Variety of medical examinations has been in recent years demonstrated that the measurement of enzymatic components in the esophagus and in the intestinal tract is of great importance.

Bei Erkrankungen wie z.B. dem sogenannten Barrett-Oesophagus ist nach derzeitigem Stand der Wissenschaft davon auszugehen, dass die Ursache für die Veränderungen an der Mucosa in diesem Bereich durch einen Reflux aus dem Dünndarm zu suchen ist. Reflux in die Speiseröhre wurde jahrelang nur als Reflux aus dem Magen betrachtet und die in diesem Zusammenhang stehende Säurebelastung der Speiseröhren-Schleimhaut als Ursache für alle Erkrankungen an dieser Stelle gesehen. Die Untersuchungen in neuerer Zeit beschreiben allerdings auch einen Reflux aus dem Dünndarm. In einer Arbeit von Fein et. Al. (Fiberoptic Technique for 24-Hour Bile Reflux Monitoring, Digestive Deseases and Sciences, Vol. 41, No. 1, January 1996) wird dieser duodenogastrische Reflux beschrieben. Es hat sich gezeigt, dass eine Korrelation zwischen duodenogastrischem Reflux und dem Auftreten von Barrett-Oesophagus besteht (Wickborn et al., On the corrosive properties of bile and pancreatic juice on living tissue, Arch. Surg. 1974; 108: 680–684 und Pera et al., Epithelial cell hyperproliferation after biliopancreatic reflux into the oesophagus of rats, Ann. Thorac. Surg. 1998; 65:779–786).at Diseases such as the so-called Barrett's Esophagus is after Current state of science assume that the cause for the changes to look at the mucosa in this area due to a reflux from the small intestine is. Reflux into the esophagus was considered for years as reflux only from the stomach and the associated acidity of the esophageal mucosa as cause for all diseases seen at this point. The investigations in However, more recent times also describe a reflux from the small intestine. In a work by Fein et. Al. (Fiber Optic Technique for 24-Hour Bile Reflux Monitoring, Digestive Deseases and Sciences, Vol. 1, January 1996) describes this duodenogastric reflux. It has been shown to be a correlation between duodenogastric Reflux and the incidence of Barrett's esophagus (Wickborn et al., On the corrosive properties of bile and pancreatic juice on living tissue, Arch. Surg. 1974; 108: 680-684 and Pera et al., Epithelial cell hyperproliferation after biliopancreatic reflux into the esophagus of advice, Ann. Thorac. Surg. 1998; 65: 779-786).

Da bisher als Messmethode für den duodenogastrischen Reflux lediglich pH-Messung und Bilirubin-Nachweis in einer kontinu ierlichen Messmethode zur Verfügung stehen, ist dies nicht ausreichend um eine Exposition von Pankreasenzymen auf der Speiseröhren-Mucosa nachzuweisen. Bei einem Reflux aus dem Duodenum in den Magen ist davon auszugehen, dass sich der pH-Wert im Magen anhebt. Dies wurde mehrfach beschrieben. Findet unter diesen Umständen ein Reflux von Pankreasenzymen in den Magen statt, besteht eine gute Wahrscheinlichkeit, dass die Enzyme ihre Agressivität beibehalten. Erfolgt nun ein weiterer Reflux in die Speiseröhre, ist dies mit einer Veränderung auf der Mucosa verbunden und in Folge entsteht mit hoher Wahrscheinlichkeit die beobachtete Veränderung, die endlich zu Erkrankungen wie z.B. dem Barrett-Oesophaugus führen kann.There previously as a measuring method for the duodenogastric reflux only pH measurement and bilirubin detection This is not available in a continuous measurement method sufficient for exposure of pancreatic enzymes to the esophageal mucosa demonstrated. When there is a reflux from the duodenum to the stomach assume that the pH rises in the stomach. This has been repeated described. Under these circumstances, find a reflux of pancreatic enzymes In the stomach, there is a good chance that the Enzymes their aggressiveness maintained. Now if there is another reflux into the esophagus, this is with a change connected on the mucosa and in consequence arises with high probability the observed change, finally to diseases such as Barrett Oesophaugus.

Der blosse Nachweis von pH-Wert Veränderungen und Bilirubin-Konzentrationen genügt nicht zu einer Aussage, da beide Effekte zunächst nicht als Ursache für die Gewebsveränderungen in Frage kommen. Wünschenswert ist der direkte Nachweis des Vorhandenseins der Pankreasenzyme in der Speiseröhre.Of the sheer proof of pH changes and bilirubin concentrations enough not to a statement, since both effects initially not as a cause of the tissue changes come into question. Desirable is the direct evidence of the presence of pancreatic enzymes in the esophagus.

Einen direkten und kontinuierlichen Nachweis von Pankreasenzymen in der Speiseröhre gibt es derzeit nicht. Zur Untersuchung stehen derzeit indirekte Verfahren, die den Nachweis über einen duodeno-gastrischen und in Folge auch duodenooesophagealen Reflux dienen, also pH-Metrie und Bilirubin Monitoring zur Verfügung (Bechi et al., Long Term ambulatory enterogastric reflux monitoring – validation of a new fibreoptic technique, Dig. Dis. Sci. 38: 1297–1306, 1993; Emde et al. Technical aspects of intraluminal pH-metry in man: Current status and recommendations, Gut 28: 1177-1188,1987).a direct and continuous detection of pancreatic enzymes in the esophagus currently not available. For the investigation are currently indirect Procedure providing proof of a duodeno-gastric and subsequently also duodeno-esophageal Reflux serve, so pH-metry and bilirubin monitoring are available (Bechi et al., Long term ambulatory enterogastric reflux monitoring - validation of a new fiberoptic technique, Dig. Dis. Sci. 38: 1297-1306, 1993; Emde et al. Technical aspects of intraluminal pH-metry in man: Current status and recommendations, Good 28: 1177-1188, 1987).

Bei der pH-Metrie wird mittels Glas- oder Antimonsonden eine 24 h Aufzeichnung der pH-Werte in Magen und/oder Speiseröhre durchgeführt. Messwerte werden in der Regel alle 5 Sekunden gewonnen.at the pH-metry is a 24 h recording by means of glass or antimony probes the pH levels are carried out in the stomach and / or esophagus. readings are usually won every 5 seconds.

Bei der Bilirubin-Messung wird mittels eines fiberoptischen Sensors das Vorhandensein von Bilirubin nachgewiesen. Auch hier werden mehrstündige Messungen durchgeführt, bei Abtastraten von in der Regel 5 Sekunden.at The bilirubin measurement is performed by means of a fiber optic sensor demonstrated the presence of bilirubin. Here, too, several hours of measurements carried out, at sampling rates of usually 5 seconds.

Beide Methoden beschreiben den Reflux, nicht jedoch die Qualität seines Inhaltes. Zum Nachweis der Pankreasenzyme im Refluxat wird bis dato lediglich eine Probe herangezogen, die dann labortechnisch untersucht wird. Nachteile hierbei sind die zeitdiskontinuierliche Überwachung, die Belastung von Patient und Personal durch die Probenentnahme und der gleichzeitig sehr hohe finanzielle Aufwand. Ein weiterer Nachteil ist die zeitliche Diskrepanz zwischen Probenentnahme und Laborergebnis (Hostein et al., Intragastric pH monitoring is not suitable for diagnosis of duodenogastric reflux, Dig. Dis. Sci. 36: 1341–1343, 1991).Both Methods describe the reflux, but not the quality of his Content. For the proof of the pancreatic enzymes in the refluxate is so far only a sample is used, which is then laboratory-examined. Disadvantages here are the time-discontinuous monitoring, the burden on the patient and staff through the sampling and at the same time very high financial expense. Another disadvantage is the time gap between sampling and laboratory result (Hostein et al., Intragastric pH monitoring is not suitable for diagnosis of duodenogastric reflux, Dig. Dis. Sci. 36: 1341-1343, 1991).

In der DE 695 15 554 T2 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zur Messung von Enzymen auf Oberflächen beschrieben. Die Aktivität des Enzyms wird hierbei indirekt, über eine durch die Reaktion des Enzyms mit dem Substrat bewirkte pH – Änderung zwischen der Oberfläche eines Festkörpers und der inneren Wandfläche eines dünnen Röhrchens bestimmt. Die pH-Änderung reflektiert in diesem Fall die Konzentration des Reaktionsprodukts.In the DE 695 15 554 T2 a method and a device of the type mentioned for the measurement of enzymes on surfaces will be described. The activity of the enzyme is determined indirectly, via a pH change between the surface of a solid and the inner wall surface of a thin tube caused by the reaction of the enzyme with the substrate. The pH change in this case reflects the concentration of the reaction product.

Dieses Verfahren bzw. Vorrichtung weist eine Reihe von Eigenschaften auf, die einen praktischen Einsatz zur Messung von Enzymen, die sich nicht nahe an der Oberfläche, sondern beliebig in der Körperflüssigkeit befinden, sehr nachteilig auswirken. This method or device has a number of properties which are a practical use for the measurement of enzymes that are not close to the surface, but arbitrarily located in the body fluid, very adversely affect.

So kann sich der pH-Wert von Körperflüssigkeiten durch äussere Einflüsse, wie z.B. Nahrungsaufnahme drastisch ändern und damit das Messergebnis unerwünscht beeinflussen.So may be the pH of body fluids through external influences, such as. Drastically change food intake and thus the measurement result undesirable influence.

Durch die Peristaltik der Speiseröhre, des Magens oder Darmtrakts ist die erforderliche exakte und konstante Platzierung des Röhrchens in situ überaus schwierig und kann nur durch Ruhigstellung der Organe erreicht werden. Dies wiederum ist mit einer Patientenbelastung verbunden und kann ambulant kaum durchgeführt werden. Da sich die Substratlösung in offenem Kontakt mit dem Körperinnerem befindet, muss zudem sicher gestellt werden, dass das Substrat keine Toxizität aufweist.By the peristalsis of the esophagus, of the stomach or intestinal tract is the required exact and constant Placement of the tube excessive in situ difficult and can only be achieved by immobilizing the organs. This in turn is associated with a patient burden and can hardly performed on an outpatient basis become. Because the substrate solution is in open contact with the body's interior, In addition, it must be ensured that the substrate has no toxicity.

Der notwendige Transport der Substratflüssigkeit erfordert zudem einen erheblichen technischen Aufwand, der das System störanfällig und teuer macht.Of the necessary transport of the substrate liquid also requires one considerable technical effort, the system susceptible to failure and expensive.

Zudem ist das Verfahren auf den Nachweis von Enzymen beschränkt, die eine pH-Veränderung hervorrufen.moreover the method is limited to the detection of enzymes that cause a pH change.

[Aufgabe der Erfindung]OBJECT OF THE INVENTION

Abgeleitet von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln, die auf sichere, jedoch auch einfache Art und Weise die Messung von Enzymen in der Speiseröhre und dem Intestinaltrakt von Mensch oder Tier erlaubt. Die Vorrichtung soll als Einmalteil einsetzbar sein und eine kontinuierliche Messung über einen längeren Zeitraum ermöglichen.Derived From this prior art, it is an object of the invention, a Device of the type mentioned above to develop on safe, however also simple way of measuring the enzymes in the esophagus and the intestinal tract of humans or animals. The device should be used as a disposable part and a continuous measurement over a longer Allow period.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, die zugehörigen Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.These The object is achieved by the Characteristics of the device according to claim 1 solved, the accompanying subclaims show Further advantageous embodiments of the invention.

Entsprechend der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Sonde in die Speiseröhre oder den Intestinaltrakt von Mensch oder Tier eingeführt. Die Sonde besteht aus einem Sondenkörper und einem oder mehreren Sensormodulen, die ein Substrat enthalten, welches mit dem zu messenden Enzym spezifisch reagieren. Der Ablauf der biochemischen Reaktion wird hierbei derart gestaltet, dass die, durch die biochemische Reaktion bedingte Veränderung am Substrat, zu einer elektrisch oder optisch messbaren Veränderung im Sensormodul führt.Corresponding the device according to the invention gets a probe into the esophagus or the intestinal tract of humans or animals. The probe consists of a probe body and one or more sensor modules containing a substrate, which react specifically with the enzyme to be measured. The sequence the biochemical reaction is designed in such a way that the due to the biochemical reaction induced change at the substrate, to a electrically or optically measurable change in the sensor module leads.

Das Sensormodul ist in dem Sondenkörper eingearbeitet und befindet sich mit mindestens einer Oberfläche in Kontakt mit der Körperflüssigkeit der Speiseröhre oder des Intestinaltraktes. Das Sensormodul enthält an der Oberfläche oder in einer Vertiefung mindestens ein sensorisches Element, welches aus einem elektrisch leitfähigen oder optisch durchlässigen Material besteht und das mit einer Schicht von Enzymsubstrat bedeckt ist. Vorteilhafterweise befindet sich das Substrat in einer Vertiefung, die z.B. zylinderförmig oder kegelförmig ausgebildet sein kann.The Sensor module is incorporated in the probe body and is in contact with the body fluid with at least one surface the esophagus or the intestinal tract. The sensor module contains on the surface or in a recess at least one sensory element, which consists of an electrically conductive or optically permeable Material exists and that covered with a layer of enzyme substrate is. Advantageously, the substrate is located in a depression, the e.g. cylindrically or conical can be trained.

Je nach gewähltem Messverfahren kann das Sensormodul unterschiedlich gestaltet sein. Eine besonders einfache Ausgestaltung ist die Kopplung der biochemischen Reaktion mit einer elektrischen Impedanzmessung. Hierbei wird der Effekt genutzt, dass bei der biochemischen Reaktion des Substrates mit dem Enzym eine Strukturveränderung des Substrates erfolgt, die zu einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Substrates bzw. zu einer Kapazitätsänderung führt. Beide Größen sind mittels geeigneter Elektronik messbar.ever after selected Measuring method, the sensor module can be designed differently. A particularly simple embodiment is the coupling of the biochemical Reaction with an electrical impedance measurement. Here is the Effect that used in the biochemical reaction of the substrate with the enzyme a structural change of the substrate, which leads to a change in the electrical conductivity of the substrate or leads to a change in capacity. Both sizes are measurable by suitable electronics.

Da Wasser bzw. wässrige Tonale Lösungen, wie sie in den Körperflüssigkeiten vorliegen, eine relativ hohe Dielektrizitätskonstante aufweisen und sich auch die elektrische Leitfä higkeit während der Substratumsetzung nur wenig ändert, kann man hilfsweise zur Erhöhung der Empfindlichkeit das Substrat mit Additiven versetzen, die zu einer Erhöhung der Empfindlichkeit führen. Diese Additive müssen körperfreundlich sein, da sie bei der Auflösung des Substrates freigesetzt werden. Vorteilhafterweise bestehen sie daher aus Kohlenstoff, z.B. feinpulverisierte Aktivkohle oder graphitbeschichteten Glaskügelchen. Durch die Auflösung des Substrates bei Enzymangriff wird die Impedanz des Substrates erheblich geändert, so dass die Impedanzänderung mit relativ geringem elektronischen Aufwand gemessen werden kann.There Water or aqueous Tonal solutions, like they in the body fluids be present, have a relatively high dielectric constant and also the electrical Leitfä ability while the substrate conversion changes only slightly, you can help to increase the sensitivity of the substrate with additives, which to an increase in Sensitivity lead. These additives must be body friendly be there at the resolution of the substrate are released. Advantageously, they exist therefore of carbon, e.g. finely pulverized activated carbon or graphite-coated Glass beads. By the resolution of the substrate upon enzyme attack becomes the impedance of the substrate changed significantly, so that the impedance change can be measured with relatively little electronic effort.

Die Sonde kann katheterförmig aufgebaut sein. In diesem Fall erfolgt die Speisung der Elektroden mit Wechselspannung als auch die Signalübertragung über ein Kabel zu einem außerhalb des Körpers befindlichen Gerät, welches die notwendige Elektronik enthält und auch die Darstellung der Messwerte ermöglicht.The Probe can be catheter-shaped be constructed. In this case, the feeding of the electrodes takes place with AC voltage as well as signal transmission via a cable to an outside of the body located device, which contains the necessary electronics and also the presentation allows the readings.

Alternativ kann die notwendige Elektronik mitsamt einer Batterie, die eine Stromversorgung sicher stellt, in der Sonde untergebracht sein. In diesem Fall kann die Sonde den Intestinaltrakt auf natürliche Weise durchwandern und die Messergebnisse per Funk nach Außen übertragen, wo die Auswertung in einem Gerät erfolgt. Auf diese Weise können Enzym-Profile über den Intestinaltrakt gewonnen werden.alternative can provide the necessary electronics along with a battery that has a Power supply ensures that it is housed in the probe. In this case, the probe can enter the intestinal tract in a natural way wander through and transmit the measurement results to the outside by radio, where the evaluation in a device he follows. That way you can Enzyme profiles over the intestinal tract are recovered.

Wählt man ein optisches Auswerteverfahren, dient als Substrat als optisches Filter, dessen Transmission von der Struktur des Substrats abhängt. Auch in diesem Fall kann man den Effekt durch Zugabe von optisch absorbierenden Substanzen, wie z.B. Kohle oder physiologisch unbedenkliche Farbstoffe, den Messeffekt verstärken. Bei der Umsetzung des Substrates werden diese Substanzen freigesetzt und die Transmission über die Wegstrecke erhöht. Technisch lässt sich dies auf einfache Weise durch Messen der Transmission über eine mit der Substratmischung gefüllte Küvette, die auf der einen Seite einen Strahler, z.B. eine LED, und auf der anderen Seite einen auf die eingestrahlte Wellenlänge spezifischen Detektor enthält, realisieren. Aufgrund ihrer geringen Baugröße können LED und Detektor mitsamt einer Vorverstärkerelektronik direkt in der Sonde untergebracht werden. Über ein Sondenkabel kann die notwendige elektrische Energie zugeführt und die Messwerte an ein Auswerte- und Anzeigegerät weitergegeben werden. Die optische Strecke kann jedoch auch über eine optisch leitfähige Faser erfolgen, z.B. über zwei Stränge, wobei ein Strang das ungedämpfte Signal und der andere Strang das Signal überträgt. Lichtquelle und Detektor befinden sich in diesem Fall außerhalb der Sonde im Auswerte- bzw. Anzeigegerät. Auf diese Weise lassen sich besonders kompakte Bauformen erreichen.You choose an optical evaluation method, serves as a substrate as an optical Filter whose transmission depends on the structure of the substrate. Also in this case one can see the effect by adding optically absorbing Substances, e.g. Charcoal or physiologically harmless dyes, strengthen the measuring effect. In the implementation of the substrate, these substances are released and the transmission over the Distance increased. Technically leaves this in a simple way by measuring the transmission over a filled with the substrate mixture cuvette on the one hand a radiator, e.g. an LED, and on the another side specific to the irradiated wavelength Contains detector, realize. Due to their small size LED and detector can be included a preamplifier electronics be housed directly in the probe. About a probe cable, the necessary electrical energy supplied and the measured values to a Evaluation and display device be passed on. However, the optical path can also have a optically conductive Fiber, e.g. above two strands, one strand being the undamped one Signal and the other strand transmits the signal. Light source and detector in this case are outside the probe in the evaluation or display device. This way you can be special achieve compact designs.

Auf dem Sensormodul können unterschiedliche sensorische Elemente aufgebracht sein. Diese können sich in der Art des Substrates unterscheiden und somit gegenüber verschiedenen Enzymen empfindlich sein. Auf diese Weise können verschiedene Enzyme gemessen werden. Auch die Geometrie der sensorischen Elemente können sich unterscheiden, um verschiedenen Fragestellungen entgegen zu kommen, z.B. wenn ein Enzym in verschiedenen Regionen gemessen werden soll und/oder unterschiedliche Aktivitäten zu erwarten sind, z.B. aufgrund unterschiedlicher Konzentrationen oder Aktivitäten, bedingt durch einen pH-Einfluss auf die Aktivität des Enzyms. Zur genaueren Bestimmung dieser Einflüsse und auch zwecks Gewinnung weiterer Erkenntnisse kann in dem Sensormodul eine pH-Sonde üblicher Bauart mit integriert werden.On the sensor module can be applied different sensory elements. These can be differ in the nature of the substrate and thus different Be sensitive to enzymes. In this way, different enzymes can be measured become. The geometry of the sensory elements can also change differ in order to meet different questions, e.g. when an enzyme is to be measured in different regions and / or different activities are expected, e.g. due to different concentrations or activities by a pH influence on the activity of the enzyme. For the more precise Determination of these influences and also for the purpose of obtaining further insights may be in the sensor module a pH probe of conventional design to be integrated with.

Die Fortschritte in der Entwicklung neuer elektronischer Komponenten erlauben die Messung und Analyse sehr geringer Strö me. Daher kann das Sensormodul mit den sensorischen Elementen z.B. in mikrostrukturierter Form aus Silizium gefertigt werden. Mittels Ätzverfahren können die erforderlichen Vertiefungen erzeugt werden und durch galvanische oder Vakuumbeschichtung die entsprechenden elektronischen Leiter sowie die Elektrodenflächen aufgebracht werden. Das Sensormodul kann dann in einem Gehäuse vergossen werden, um sowohl glatte Flächen zu erzielen als auch einen Elektrolytzutritt zu den elektronischen Leitern oder einem Vorverstärker zu verhindern. Durch diese Verfahren kann eine kleine Bauformen umgesetzt werden, die zu einer sehr geringen Patientenbelastung während der Dauer der Messung führt. Zudem kann durch weitgehende Automation die Herstellung vergleichsweise preiswert erfolgen.The Advances in the development of new electronic components allow the measurement and analysis of very low currents. Therefore For example, the sensor module may be connected to the sensory elements e.g. in microstructured Mold made of silicon. By etching, the required depressions are generated and by galvanic or Vacuum coating the corresponding electronic conductors as well the electrode surfaces be applied. The sensor module can then be cast in a housing Be sure to get both smooth surfaces as well as an electrolyte access to the electronic To conductors or a preamplifier prevent. By these methods, a small designs can be implemented which leads to a very low patient burden during the Duration of the measurement leads. In addition, by extensive automation, the production comparatively reasonably priced.

[Beispiel][Example]

1 Träger in Katheterausführung mit sensorischem Element 1 Carrier in catheter design with sensory element

Nachfolgend sei die Funktion der Vorrichtung an einem Beispiel zur Messung von Trypsin näher erläutert. Eine Sonde (1) mit Kabel (2) aus körperverträglichem Material hat seitlich eine Aussparung (3), mit zwei in den Kunststoff eingearbeiteten Elektroden (4) aus Edelstahl, die mit Gold beschichtet sind. In der Aussparung zwischen den Elektroden befindet sich eine Mischung (5) aus einem auf Trypsin empfindlichen Protein und Kohlenstoffpartikeln. Die Elektroden weisen auf der Rückseite jeweils einen elektrischen Kontakt (6) auf, der durch die Sonde zu einem mit der Sonde fest verbundenen Kabel führt.In the following, the function of the device will be explained in more detail using an example for the measurement of trypsin. A probe ( 1 ) with cable ( 2 ) made of biocompatible material has laterally a recess ( 3 ), with two in the plastic incorporated electrodes ( 4 ) made of stainless steel, which are coated with gold. In the recess between the electrodes is a mixture ( 5 ) from a trypsin sensitive protein and carbon particles. The electrodes each have an electrical contact on the rear side ( 6 ), which leads through the probe to a cable firmly connected to the probe.

Die Sonde kann mit Hilfe des Kabels in die Speiseröhre eingeführt werden. Das Kabel weist am Ende einen Stecker (7) auf, der mit einer elektronischen Auswerteeinheit verbunden wird.The probe can be inserted into the esophagus using the cable. The cable has a plug at the end ( 7 ), which is connected to an electronic evaluation unit.

Die Auswerteeinheit beaufschlagt die im Sensormodul befindlichen Elektroden mit einer sinusförmigen Wechselspannung fester Frequenz und misst den über die Elektroden fließenden elektrischen Strom. Der über die Elektroden fließende Strom ist eine Funktion der Elektrodenflächen, des spezifischen Widerstandes der Substratmischung, der Kapazität der Substratmischung, der Wechselstromfrequenz und der Temperatur. Solange kein Trypsin die Substratmischung verändert sind sämtliche Parameter konstant, daher wird der durch die Substratmischung fließende Strom konstant sein. Bei Anwesenheit von Trypsin wird die Struktur der Substratmischung bedingt durch den biochemischen Abbau des Proteins verändert. Diese Strukturänderung bewirkt eine zunehmende räumliche Separierung der Kohlenstoffpartikel, somit eine Änderung des elektrischen Widerstandes und auch der Kapazität der Substratmischung. Hohe Konzentrationen von Trypsin können bis zur vollständigen Auflösung der Substratmischung führen. Sowohl der elektrische Ohm'sche Widerstand als auch die Kapazitätsänderung der Substratmischung können als Messgröße herangezogen werden, wobei der zeitliche Verlauf der Meßgrößenänderung der an der Sensoroberfläche vorliegenden Aktivität von Trypsin proportional ist.The Evaluation unit acts on the electrodes located in the sensor module with a sinusoidal AC voltage fixed frequency and measures the current flowing through the electrodes electrical Electricity. The over the electrodes are flowing current is a function of electrode area, resistivity the substrate mixture, the capacity of the substrate mixture, the AC frequency and temperature. As long as no trypsin the Substrate mixture changed are all Constant parameter, therefore, the current flowing through the substrate mixture becomes be constant. In the presence of trypsin, the structure of the Substrate mixture due to the biochemical degradation of the protein changed. This structural change causes an increasing spatial Separation of the carbon particles, thus a change in electrical resistance and also the capacity the substrate mixture. High levels of trypsin can go up to the full resolution lead the substrate mixture. Both the electrical ohmic resistance as well as the capacity change the substrate mixture can used as a measured variable be, with the time course of Meßgrößenänderung present on the sensor surface activity proportional to trypsin.

11
Sondeprobe
22
Kabelelectric wire
33
Aussparungrecess
44
Elektrodenelectrodes
55
Protein und Kohlenstoffpartikelprotein and carbon particles
66
elektrischer Kontaktelectrical Contact
77
Steckerplug

Claims (8)

Vorrichtung zur Messung der Aktivität von Enzymen in der Speiseröhre und im Intestinaltrakt von Mensch oder Tier mittels einer Sonde, bestehend aus einem Sondenkörper und einem oder mehreren im Sondenkörper enthaltenen Sensormodulen, gekennzeichnet dadurch, dass das Sensormodul an der Oberfläche ein sensorisches Element enthält, welches aus einem elektrisch leitfähigen oder optisch durchlässigen Material besteht und von einem Substrat bedeckt ist, welches mit dem zu messenden Enzym reagiert, diese biochemische Reaktion zu einer Änderung der elektrischen oder optischen Eigenschaft des sensorischen Elements führt und diese Änderung gemessen wird.Device for measuring the activity of enzymes in the esophagus and in the intestinal tract of humans or animals by means of a probe, consisting of a probe body and one or more sensor modules contained in the probe body, characterized in that the sensor module on the surface contains sensory element, which is made of an electrically conductive or optically transparent material and is covered by a substrate which is to be measured with the Enzyme reacts, this biochemical reaction to a change the electrical or optical property of the sensory element leads and this change is measured. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch den Abbau des Substrats im Sensormodul eine elektrische Impedanzänderung erzeugt wird, die mit dem Abbau des Substrats korreliert, diese Impedanzänderung gemessen wird und hinsichtlich Widerstand und/oder Kapazität und/oder Phasenverschiebung ausgewertet wird.Device according to claim 1, characterized that by the degradation of the substrate in the sensor module, an electrical impedance change generated, which correlates with the degradation of the substrate, this impedance change is measured and in terms of resistance and / or capacitance and / or phase shift is evaluated. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass durch den Abbau des Substrates im Sensormodul die optische Durchlässigkeit einer Wegstrecke geändert wird und diese Änderung der optischen Durchlässigkeit gemessen wird.Device according to claim 1, characterized that by the degradation of the substrate in the sensor module, the optical permeability changed a route will and this change the optical transmission is measured. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormodule unterschiedliche Substrate enthalten und somit mehrere Enzyme gleichzeitig gemessen werden können.Device according to claim 1, 2 or 3, characterized that the sensor modules contain different substrates and thus several enzymes can be measured simultaneously. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormodule ein Substrat unterschiedlicher Aufbereitung enthalten und die Art der Aufberei tung die Reaktionsgeschwindigkeit des Substrats mit dem Enzym beeinflusst.Device according to claim 1, 2 or 3, characterized that the sensor modules a substrate of different preparation and the nature of the treatment, the reaction rate of the substrate is affected by the enzyme. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das zu messende Enzym Trypsin ist und ein einfaches Protein als Substrat dient.Device according to claims 1 to 5, characterized that the enzyme to be measured is trypsin and a simple protein serves as a substrate. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde zusätzlich einen oder mehrere pH-Sensoren zur Messung des pH-Wertes enthält.Device according to Claims 1 to 6, characterized that the probe in addition contains one or more pH sensors for measuring the pH. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde eine Elektronik zur Signalauswertung enthält und mittels telemetrischen Prinzips die Informationen per Funk an eine außerhalb des Körpers gelegene Auswerte- und Anzeigeeinheit weitergeleitet werden.Device according to Claims 1 to 6, characterized that the probe contains an electronics for signal evaluation and by means of telemetric principle, the information by radio to an outside of the body located evaluation and display unit are forwarded.
DE2001164429 2001-12-29 2001-12-29 Device for measuring enzymatic constituents in the interior of a human or animal body Expired - Lifetime DE10164429B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001164429 DE10164429B4 (en) 2001-12-29 2001-12-29 Device for measuring enzymatic constituents in the interior of a human or animal body

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2001164429 DE10164429B4 (en) 2001-12-29 2001-12-29 Device for measuring enzymatic constituents in the interior of a human or animal body

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10164429A1 DE10164429A1 (en) 2003-07-17
DE10164429B4 true DE10164429B4 (en) 2006-09-07

Family

ID=7711119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2001164429 Expired - Lifetime DE10164429B4 (en) 2001-12-29 2001-12-29 Device for measuring enzymatic constituents in the interior of a human or animal body

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10164429B4 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008026898A1 (en) * 2008-06-05 2009-12-17 Standard Instruments Gmbh Diagnostic system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995020051A1 (en) * 1994-01-21 1995-07-27 Fci-Fiberchem, Inc. Optical chemical sensors based on enzyme inhibition
DE69515554T2 (en) * 1994-06-02 2000-08-10 Biosensor Research Laboratories Co., Ltd. Test procedure for enzymes and device therefor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1995020051A1 (en) * 1994-01-21 1995-07-27 Fci-Fiberchem, Inc. Optical chemical sensors based on enzyme inhibition
DE69515554T2 (en) * 1994-06-02 2000-08-10 Biosensor Research Laboratories Co., Ltd. Test procedure for enzymes and device therefor

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BECHI,P.[u.a.]: Long-Term ambulatory-enterogastric ref1ux monitoring-Validation of a new fiberoptic technique. In: Digestive Diseases and Sciences. 1993, Vol.38, No.7, (July 1993), S.1297-1306. *
EMDE,C.[u.a.]: Technical aspects of Intraluminal pH-metry in man: Current status and recommenda- tions. In: Gut, 1987, S.28, S.1177-1188. *
FEIN,M.[u.a.]: Fiberoptic Technique for 24-Hour Bile Reflux Monitoring. In: Digestive Diseases and Sciences,1996,Vol.41,No.1,(Jan.1996)S.216-225. *
HOSTEIN,J.[u.a.]:Intragastric pH monitoring is un- suitable for diagnosis of duodenogastric reflux.
HOSTEIN,J.[u.a.]:Intragastric pH monitoring is un-suitable for diagnosis of duodenogastric reflux. *
In: Digestive Diseases and Sciences. 1991, Vol.36 , No.9 (September 1991), S.1341-1343
PERA,M.: Epithelial cell hyperproliferation after bilopancreatic reflux into the esophagus of rats. In: Ann. Thorac. Surg.,1998, Vol.65, S.778-786). *
WICKBORN,G,[u.a.]: On the corrosive properties of bile and pancreatic juice on living tissue in dogs In: Arch. Surg.,1974, Vol.108, May 1974, S.680- 684. *

Also Published As

Publication number Publication date
DE10164429A1 (en) 2003-07-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60127609T2 (en) Device for measuring and controlling the content of glucose, lactate or another metabolite in biological fluids
DE19952215C2 (en) Test element analysis system
DE69532938T2 (en) Optical glucose sensor
DE69519023T2 (en) IONTOPHORETIC SAMPLING DEVICE
US10791946B2 (en) Transparent, flexible, low-noise electrodes for simultaneous electrophysiology and neuro-imaging
DE69412030T2 (en) Device for the detection of diseased tissue type
DE69809752T2 (en) DEVICE FOR TESTING ANALYTICAL CONCENTRATION IN A LIQUID
DE69132270T2 (en) IMPLANTABLE GLUCOSE SENSOR
EP0901622A1 (en) Membrane electrode for measuring the glucose concentration in fluids
EP0680727A1 (en) Analysing system for monitoring the concentration of an analyte in the blood of a patient
EP2398376A1 (en) Gastroscope
EP3100039B1 (en) Device and method for measuring biological and/or electronic properties of a sample, and uses thereof
WO2010108759A1 (en) Helicobacter pylori sensor
WO2010094649A1 (en) Diagnostic device
DE3643263C2 (en)
CH640350A5 (en) Instrument for the quantitative determination of optically active substances
DE69500723T2 (en) Gastrointestinal probe
DE4426694C2 (en) Device for long-term determination of the content of at least one substance in body fluids
DE10164429B4 (en) Device for measuring enzymatic constituents in the interior of a human or animal body
EP3990895A1 (en) Sensor module for multiparametrically analysing a medium
DE102010006969A1 (en) Gastroscope for examining gastric acid and tissue of stomach lining with Helicobacter pylori infection of upper gastro intestinal tract of patient, has sensor including electrodes, where electrical voltage is applied between electrodes
Wray Scalable bundle design for massively parallel neuronal recordings in vivo
DE10065081A1 (en) Device for determining the concentration of nitric oxide in the intestinal tract of humans or animals
Kremer Development of an electrochemical lactate sensor for foetal monitoring during birth
DE102009023056A1 (en) Gastroscope i.e. flexible endoscope, for examining e.g. gastric acid, on upper gastrointestinal tract for Helicobacter pylori of patient, has sensor with electrodes, where change in electric variable is measured between electrodes

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R081 Change of applicant/patentee

Owner name: STANDARD INSTRUMENTS GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: IT DR. GAMBERT GMBH, 23966 WISMAR, DE

Effective date: 20140107

R071 Expiry of right