DE102004008685A1 - Transmissionsspektrometer zur Untersuchung einer flüssigen Probe - Google Patents

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Abstract

Transmissions-Spektrometer zur analytischen Untersuchung einer flüssigen Probe hinsichtlich eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils, insbesondere einer Körperflüssigkeit, vorzugsweise im mittleren infraroten Spektralbereich MIR, umfassend: eine Küvette (3) zur Aufnahme der Probe mit gegenüberliegenden transparenten Wänden (4, 5), eine Lichtquelle (2) zum Aussenden von Strahlung, die durch die gegenüberliegenden Wände (4, 5) der Küvette (3) hindurchtritt und dabei teilweise von der Probe absorbiert wird, einer Mehrzahl von an einer der Wände (5) der Küvette (3) angebrachten Filtern (8a-8p), die jeweils für einen Wellenlängenbereich durchlässig sind, in dem der medizinisch bedeutsame Bestandteil der Probe charakteristische Absorptionsmaxima verursacht, einer Mehrzahl von Detektoren (9a-9p), die jeweils einem der Filter (8a-8p) zugeordnet sind, zum Erfassen einer Intensität der durch die Küvette (3) und den jeweiligen Filter (8a-8p) hindurchgetretenen Strahlung und eine Auswerteeinheit (10), die mit den Detektoren (9a-9p) verbunden ist und aus von den Detektoren (9a-9p) in Abhängigkeit von der erfaßten Intensität erzeugten Signalen ein Untersuchungsergebnis ermittelt, wobei eine der gegenüberliegenden Wände (5) der Küvette (3) die Detektoren (9a-9p) trägt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Transmissions-Spektrometer zur analytischen Untersuchung einer flüssigen Probe hinsichtlich eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils, insbesondere einer Körperflüssigkeit.
  • Zur Diagnose oder im Rahmen der Behandlung einer Krankheit muß häufig eine Körperflüssigkeit, wie beispielsweise Blut, Urin oder Speichel, auf einen medizinisch bedeutsamen Bestandteil hin untersucht werden. Ein bekanntes Beispiel hierfür ist die Bestimmung des Blutglucosegehalts bei Diabetikern. Weit verbreitet hierfür sind sogenannte trägergebundene Schnelltests. Die dabei verwundeten Testträger (beispielsweise in Form der bekannten Teststreifen) enthalten trockene Reagenzien, die bei Benetzung mit der Probenflüssigkeit mit deren Bestandteilen reagieren. Trotz der oftmals komplexen Reaktion unter Beteiligung empfindlicher Reagenzien können derartige Schnelltests selbst von Laien einfach und unkompliziert durchgeführt werden. Nachteilig an solchen trägergebundenen Schnelltests ist die Notwendigkeit, stets eine hinreichende Anzahl der erforderlichen Testträger bereit zu halten und sachgerecht zu lagern.
  • Als Alternative zu trägergebundenen Tests ist es bekannt, einen medizinisch bedeutsamen Bestandteil einer flüssigen Probe transmissionsspektroskopisch zu detektieren. Der Vorteil einer transmissionsspektroskopischen Untersuchung, beispielsweise zur Bestimmung des Blutglucosegehaltes, liegt insbesondere darin, daß keine Testträger mit Reagenzien mehr benötigt werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen kostengünstigen Weg aufzuzeigen, wie transmissionsspektroskopisch eine flüssige Probe, insbesondere eine Körperflüssigkeit auf einen medizinisch bedeutsamer Bestandteil untersucht werden kann. Insbesondere soll diese Untersuchung von einem Laien ohne besondere medizinische oder technische Sachkunde, ohne Schwierigkeiten und zuverlässig durchgeführt werden können. Die Untersuchung soll auch kranken oder gebrechlichen Menschen, deren manuelle Geschicklichkeit eingeschränkt ist, möglich sein.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Transmissions-Spektrometer zur analytischen Untersuchung einer flüssigen Probe hinsichtlich eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils, insbesondere einer Körperflüssigkeit, vorzugsweise im mittleren infraroten Spektralbereich MIR, umfassend eine Küvette zur Aufnahme der Probe mit gegenüberliegenden transparenten Wänden, eine Lichtquelle zum Aussenden von Strahlung, die durch die gegenüberliegenden Wände der Küvette hindurchtritt und dabei teilweise von der Probe absorbiert wird, einer Mehrzahl von an einer der Wände der Küvette angebrachten Filtern, die jeweils für einen Wellenlängenbereich durchlässig sind, in dem der medizinisch bedeutsame Bestandteil der Probe charakteristische Absorptionsmaxima verursacht, einer Mehrzahl von Detektoren, die jeweils einem der Filter zugeordnet sind, zum Erfassen einer Intensität der durch die Küvette und den jeweiligen Filter hindurchgetretenen Strahlung und eine Auswerteeinheit, die mit den Detektoren verbunden ist und aus von den Detektoren in Abhängigkeit von der erfaßten Intensität erzeugten Signalen ein Untersuchungsergebnis ermittelt, wobei eine der gegenüberliegenden Wände der Küvette die Detektoren trägt.
    •
  • Die Erfindung hat unter anderem folgende Vorteile:
    • – Der erfindungsgemäße Aufbau mit an einem der Wände der Küvette angebrachten Interferenzfiltern und Detektoren ermöglicht ein außerordentlich kompaktes Transmissionsspektrometer, insbesondere für den mittleren infraroten Spektralbereich MIR. Die Wände der Küvette sind bevorzugt als einander gegenüberliegende Siliziumplättchen ausgebildet, wie dies beispielsweise in der DE 4137060 C2 beschrieben ist. Die Filter und die Detektoren können auf gegenüberliegenden Wänden angeordnet werden. Bevorzugt ist es aber, die Filter und die Detektoren auf derselben Wand der Küvette anzuordnen und auf jedem der Filter einen der Detektoren anzubringen, wodurch störendes Streulicht minimiert wird.
    • – Küvette, Filter und Detektoren können kostengünstig als eine einstückige Baueinheit ausgebildet werden.
    • – Zur Untersuchung einer flüssigen Probe hinsichtlich eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils genügt es in der Regel, die Transmission in einer kleinen Anzahl von Wellenlängenbereichen zu untersuchen, in denen für den medizinisch bedeutsamen Bestandteil charakteristische Absorptionsmaxima auftreten. Zur Bestimmung des Blutglucosegehaltes ist beispielsweise in der US 5,370,114 eine Untersuchung mit fünf Wellenlängenbereichen beschrieben. Durch den Einsatz mehrerer Detektoren mit jeweils einem zugeordneten Filter, der bei spielsweise als Bandpaßfilter nur in einem für den zu untersuchenden Bestandteil der Probe relevanten Wellenlängenbereich durchlässig ist, ermöglicht es die vorliegende Erfindung, mit einem kompakten Spektrometer ohne bewegliche Teile eine flüssige Probe gezielt auf einen medizinisch bedeutsamen Bestandteil hin zu untersuchen. Das erfindungsgemäße Spektrometer muß nicht eingestellt oder justiert werden, so daß es auch ohne spezielle technische Sachkunde benutzt werden kann. Insbesondere sind Fehlbedienungen weitestgehend ausgeschlossen, da ein Anwender lediglich eine Probe in die Küvette einbringen und das Spektrometer einschalten muß, um ein Untersuchungsergebnis zu erhalten.
    • – Ein erfindungsgemäßes Spektrometer benötigt keine beweglichen Teile und zeichnet sich deshalb durch eine geringe Störanfälligkeit aus. Es kann daher ohne Wartung über lange Zeiträume betrieben werden.
    • – Ein- und Auskoppelverluste der Strahlung können ebenso wie Absorbtionsverluste durch atmosphärischen Wasserdampf weitestgehend vermieden werden, da die Filter und die ihnen zugeordneten Detektoren auf einem der Fenster der Küvette angeordnet sind. Deshalb ist bei den Detektoren ein verbessertes Signal-/Rauschverhältnis möglich und es genügt eine schwächere Lichtquelle mit einem geringen Energieverbrauch.
    • – Ein erfindungsgemäßes Transmissionsspektrometer läßt sich vorteilhaft miniaturisieren, so daß es sich in ein tragbares Handgerät integriert werden kann, mit dem beispielsweise Diabetiker selbst ihren Blutglucosegehalt überwachen können. Der kompakte Aufbau und insbesondere auch das Fehlen beweglicher Teile macht es auch möglich, ein erfindungsgemäßes Spektrometer als Implantat zu verwirklichen. Eine Auswerte- und Steuereinheit kann bei einem solchen Implantat mit einem Mikropumpensystem, wie es beispielsweise aus der WO 02/07503 A1 bekannt ist, kombiniert werden, um eine medizinisch wirksame Substanz, beispielsweise Insulin, in den Blutkreislauf eines Patienten abzugeben und mit einem erfindungsgemäßen Spektrometer laufend den Blutglucosegehalt zu überwachen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figuren erläutert. Die darin dargestellten Besonderheiten können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung zu schaffen. Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Spektrometers in einer Seitenansicht,
  • 2 das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Draufsicht,
  • 3 ein Ausführungsbeispiel eines Handgerätes mit einem integrierten Spektrometer und
  • 4 ein Ausführungsbeispiel eines Implantats mit einem integrierten Spektrometer.
  • Das in 1 gezeigte Transmissionsspektrometer 1 dient zur analytischen Untersuchung einer flüssigen Probe hinsichtlich eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils, insbesondere einer Körperflüssigkeit wie beispielsweise Blut, Urin oder Speichel, im mittleren infraroten Spektralbereich MIR. Es umfaßt eine IR-Lichtquelle 2, eine Durchflußküvette 3 mit zwei gegenüberliegenden MIR-transparenten Wänden 4, 5, einen Probeneinlaßkanal 6 und einen Probenauslaßkanal 7, mehrere Interferenzfilter 8a-8d, die jeweils MIR-Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs λa-λd durchlassen, bei dem der medizinisch bedeut same Bestandteil der Probe, z.B. Glucose, charakteristische Absorbtionsmaxima aufweist, und mehrere Detektoren 9a-9d, die jeweils einem der Interferenzfilter 8a-8d zugeordnet sind. Die Detektoren 9a-d sind mit einer Auswerteeinheit 10 verbunden, die aus von den Detektoren 9a-9d in Abhängigkeit von der erfaßten Intensität erzeugten Signalen ein Untersuchungsergebnis, beispielsweise den Blutglucosegehalt, ermittelt. Die Interferenzfilter 8a-8d und die Detektoren 9a-9d werden von einer der Wände 4, 5 der Küvette 3 getragen, so daß die Küvette 3 zusammen mit den Interferenzfiltern 8a-8d und den Detektoren 9a-9d eine einstückige Baueinheit bildet.
  • Die Infrarot-Lichtquelle 2 soll MIR-Strahlung in sämtlichen Wellenlängenbereichen λa-λd liefern, für welche die einzelnen Interferenzfilter 8a-8d durchlässig sind. Bevorzugt handelt es sich deshalb bei der IR-Lichtquelle 2 um eine thermische Lichtquelle, die im Prinzip wie eine gewöhnliche Glühbirne ausgebildet sein kann, deren Gehäuse aus einem IR-durchlässigen Material, beispielsweise Zinkselenid, besteht. Als besonders vorteilhaft haben sich Dünnfilmlichtquellen erwiesen, da sie sich besonders gut miniaturisieren und, wie in 1 gezeigt, in unmittelbarer Nähe der Wand 4 der Küvette 3 anordnen lassen. Ein weiterer Vorteil einer Dünnfilmlichtquelle liegt darin, daß IR-Strahlung auf einer Fläche erzeugt werden kann, die der von den Detektoren 9a-9d belegten Fläche der Wand 5 entspricht und so allen Detektoren ohne Schwierigkeit gleichmäßig IR-Strahlung zugeführt werden kann.
  • Die als Dünnfilmlichtquelle ausgebildete Lichtquelle 2 weist einen elektrisch leitfähigen Film 13 auf, der mit elektrischen Anschlüssen 11, 12 versehen ist. Leitet man mittels dieser Anschlüsse 11, 12 einen elektrischen Strom durch den Film 13 hindurch, so erhitzt sich dieser und sendet wie ein schwarzer Strahler Infrarotstrahlung aus. Um eine möglichst gut Ausnutzung des elektrischen Heizstromes zu erreichen und Wärmeverluste an ein den Film tragendes Substrat zu minimieren, ist der Film bevorzugt nur an seinem Rand mit dem einen Rahmen 14 ausbildenden Substrat verbunden und im übrigen freitragend ausgeführt.
  • Eine solche Dünnfilmlichtquelle 2 läßt sich beispielsweise dadurch herstellen, daß auf ein als Siliziumplättchen ausgeführtes Substrat ein Metallfilm 13 aufgedampft wird und anschließend das Substrat bis auf einen Rahmen 14, der den Film 13 in seinem Randbereich trägt, weggeätzt wird. Wegen dieses Ätzvorganges und auch weil der Film 13 höhere Temperaturen ohne Schaden überstehen muß, besteht er bevorzugt aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung, beispielsweise Gold. Unter einer Edelmetall-Legierung ist dabei eine Legierung zu verstehen, die auch bei Betriebstemperatur an Luft oxidationsbeständig ist. Der Rahmen 14 der Dünnfilmlichtquelle 2 läßt sich mit seiner von dem Film 13 abgewandten Seite unmittelbar an der Wand 4 der Küvette 3 befestigen. Die Dicke des Rahmens 14 und damit der Abstand des Films 13 von der Wand 4 der Küvette beträgt etwa 10 μm bis 500 μm, vorzugsweise 20 μm bis 200 μm. Der Film 13 ist möglichst dünn, um rasch durch elektrischen Strom auf heizbar zu sein. Seine Dicke liegt im Bereich von 20 μm bis 500 μm, bevorzugt 20 μm bis 200 μm.
  • Die gegenüberliegenden Wände 4, 5 der Küvette 3, durch welche die IR-Strahlung ein- und austritt, werden von Siliziumscheiben 18 gebildet, wobei an einer dieser Scheiben der Siliziumrahmen 14 der Dünnfilmlichtquelle 2 stoffschlüssig, z.B. durch Bonding, befestigt ist. Die beiden Siliziumscheiben 18 sind über einen rahmenförmigen Abstandhalter 15 miteinander verbunden, so daß zwischen ihnen eine flüssige Probe eingeschlossen werden kann. Der Abstandhalter 15 wird bevorzugt von einer Siliziumdioxid-Schicht gebildet, die beispielsweise durch Epitaxie auf eine der beiden die Siliziumscheiben 18 aufgebracht und durch Silcon-Wafer-Bonden mit der anderen Siliziumscheibe verbunden ist. Alternativ kann der Abstandhalter 15 aber auch dadurch ausgebildet werden, daß bei einer der beiden Siliziumscheiben 18 in einen von dem Abstandhalter 15 umgebenen Bereich eine Vertiefung geätzt wird. Die Dicke des Abstandshalters 15 beträgt bevorzugt 5 μm bis 30 μm.
  • Bevorzugt ist eine der Wände 4, 5 der Küvette 3 an ihrer Innenseite mit Stufen oder Vorsprüngen 17 versehen, so daß zwischen den gegenüberliegenden Wänden 4, 5 mehrere Transmissionsstrecken von unterschiedlicher Länge vorhanden sind, denen jeweils einer der Detektoren 9a-9d zugeordnet ist. Solche Stufen oder Vorsprünge 17 lassen sich durch Ätzen einer der beiden die Wände 4, 5 bildenden Siliziumscheiben 18 leicht herstellen. Dadurch kann die Länge der Transmissionsstrecke durch die Küvette 3 an den Wellenlängenbereich λa-λd des Interferenzfilters 8a-8d und Detektors 9a-9d angepaßt werden. Auf diese Weise kann für einen Detektor 9a-9d und seinen zugehörigen Interferenzfilter 8a-8d, in deren Wellenlängenbereich λa-λd die Probe erwartungsgemäß eine hohe Absorption aufweist, eine längere Transmissionsstrecke und in einem Wellenlängenbereich λa-λd, in dem die Probe eine geringere Absorption aufweist, eine größere Transmissionsstrecke gewählt werden. Auf diese Weise können die Detektoren 9a-9d in ihren jeweiligen Wellenlängenbereich λa-λd das Absorptionsverhalten der Probe mit einer größeren Genauigkeit erfassen. Ein weiterer Vorteil der Vorsprünge 17 liegt darin, daß sie sehr kurze Transmissionsstrecken von weniger als 5 μm ermöglichen ohne den Strömungswiderstand der Küvette 3 wesentlich zu erhöhen, da die Probe auf ihrem Weg vom Probeneinlaßkanal 6 zum Probenauslaßkanal 7 seitlich um den Vorsprung 17 herumströmen kann.
  • Öffnungen für den Probeneinlaßkanal 6 und den Probenauslaßkanal 7 sind bevorzugt in eine der die Wände 4, 5 bildenden Siliziumscheiben 18 oder in den Abstandhalter 15 eingeätzt, so daß eine vorteilhaft kompakte Mikroküvette 3 gegeben ist. Die Fläche der Siliziumscheiben 18 entspricht im wesentlichen der Fläche der Dünnfilmlichtquelle 2 und liegt bevorzugt im Bereich von 10 mm2 bis 100 mm2. Die optimale Fläche hängt dabei von der Anzahl der zur Untersuchung benötigten Detektoren 9a-9d ab.
  • An der Wand 5, aus der die IR-Strahlung austritt, sind nebeneinander mehrere Interferenzfilter 8a-8d angebracht, die jeweils für MIR-Strahlung eines bestimmten Wellenlängenbereichs λa-λd, in dem der medizinisch bedeutsame Bestandteil einer flüssigen Probe charakteristische Absorbtionsmaxima aufweist, durchlässig sind. Die Interferenzfilter 8a-8d sind in der üblichen Weise als zwischen zwei Metallfilmen angeordnete dielektrische Schichten ausgebildet, wobei die Dicke der dieleketrischen Schicht den Wellenlängenbereich λa-λd bestimmt, in welchem der Interferenzfilter 8a-8d durchlässig ist.
  • Bevorzugt sind die Metallfilme und das Dielektrikum direkt auf die Wand 5 der Küvette 3 abgelagert. Vorteilhaft lassen sich auf diese Weise Einkopplungsverluste der IR-Strahlung minimieren. Das Ablagern erfolgt bevorzugt aus der Gasphase, beispielsweise durch Aufdampfen.
  • Jedem der Interferenzfilter 8a-8d ist ein Detektor 9a-9d zugeordnet, der bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel unmittelbar auf dem jeweiligen Interferenzfilter 8a-8d angebracht ist. Um eine Miniaturisierung zu ermöglichen, sollten die Detektoren 9a-9d ungekühlt betrieben werden können. Geeignet sind hierfür insbesondere pyroelektrische Detektoren 9a-d, die bevorzugt auf Triglycerinsulfat basieren. Ein weiteres geeignetes Material für einen MIR-Detektor ist Lithiumtantalat. Alternativ dazu können die Detektoren 9a-9d auch als Siliziumbolometer ausgebildet sein.
  • Wie man in 2 sieht, weist das gezeigte Ausführungsbeispiel 16 eine Mehrzahl von als Detektor-Array angeordneten Detektoren 9a-9d auf, die jeweils mit einem Interferenzfilter 8a-8d versehen sind. Beispielsweise kann der Blutglucosegehalt anhand der Absorbtion bei fünf Wellenzahlen (1.400, 1.085, 1.109, 1.160 und 1.365 cm-1) bestimmt werden, so daß mit den übrigen Detektoren 9f-9p die Probe auf weitere medizinisch bedeutsame Bestandteile untersucht werden kann. Zusätzlich kann beispielsweise der Cholesteringehalt von Blut durch Untersuchung der Transmission bei der Wellenzahl 1.735 cm-1 bestimmt werden. Durch ein Detektor-Array mit 16, 25 oder noch mehr Detektoren 9a-9p, lassen sich also gleichzeitig mehrere medizinisch bedeutsame Bestandteile einer Probe bestimmen. Je nach den Wellenlängenbereichen, in welchen die Interferenzfilter 8a-8d der einzelnen Detektoren 9a-9p durchlässig sind, kann also mit dem gezeigten Spektrometer 1 eine Probe gleichzeitig und gezielt auf die unterschiedlichsten medizinisch bedeutsamen Bestandteile hin untersucht werden.
  • Um den Durchfluß der zu untersuchenden Probe durch die Küvette 3 besser steuern zu können, ist der Probeneinlaßkanal 6, mit Aktuatorfeldern 16 versehen, die durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einem ersten, die Probe anziehenden und einem zweiten, die Probe weni ger anziehenden Zustand schaltbar sind. Auf diese Weise läßt sich eine Benetzung des Aktuatorfeldes 16 mit der flüssigen Probe und damit der Probentransport im Probeneinlaßkanal 16 steuern. Bevorzugt ist die Oberfläche des Aktuatorfeldes 16 im ersten Zustand hydrophil und im zweiten Zustand hydrophob. Die Aktuatorfelder 16 weisen eine elektrisch leitfähige Schicht, bevorzugt aus einem Metall auf, die von einer dielektrischen Schicht bedeckt sein kann. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die leitfähige Schicht des Aktuatorfeldes 16 ändert sich die elektrische Ladungsdichte an der Oberfläche des Aktuatorfeldes 16. Von dieser Ladungsdichte hängt ab, wie stark eine polare Flüssigkeit, also insbesondere eine wässrige Flüssigkeit, von der Oberfläche des Aktuatorfeldes 16 angezogen wird und damit wie schnell diese benetzt wird.
  • Durch Anlegen eines elektrischen Potentials an die elektrisch leitfähige Schicht des Aktuatorfeldes 16 läßt sich der Transport der Probe durch den Probeneinlaßkanal 6 unterstützen oder verhindern. Besonders bevorzugt sind nebeneinander mehrere Aktuatorfelder 16 vorgesehen, an die unabhängig voneinander eine elektrische Spannung angelegt werden kann, so daß ein Tropfen einer Probe von einem Aktuatorfeld 16 zum nächsten weitertransportiert werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist auch der Probenauslaßkanal 7, mit einem Aktuatorfeld 16, besonders bevorzugt mehreren Aktuatorfeldern 16 versehen, so daß auch der Abtransport einer Probe aus der Küvette 3 unterstützt und gesteuert werden kann.
  • Das beschriebene Spektrometer 1 läßt sich ohne Schwierigkeiten so kompakt ausführen, daß es in ein Handgerät 20 zur Untersuchung eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils einer flüssigen Probe integriert werden kann, wie es in 3 gezeigt ist. Das Handgerät 20 hat ein Gehäuse 21, welches das vorstehend beschriebene Spektrometer 3 umgibt und eine Probeneinlaßöffnung 22 aufweist, die in den Probeneinlaßkanal 6 der Küvette 3 des Spektrometers 1 mündet. Das Handgerät 20 enthält ferner eine Stromquelle, bevorzugt in Form handelsüblicher Batterien, mit der das Spektrometer 3 und eine Anzeigeeinrichtung 23 zum Anzeigen des von der Auswerteeinheit 10 des Spektrometers 1 ermittelten Untersuchungsergebnisses mit Energie versorgt werden. Bei der Anzeigeeinrichtung 23 handelt es sich bevorzugt um eine Flüssigkristallanzeige. Das Handgerät 20 weist ferner Bedienungselemente 24 auf, die beispielsweise als Tasten ausgebildet sein können.
  • Durch seine kompakte Ausführung läßt sich das beschriebene Spektrometer 1 auch in ein in 4 im Querschnitt gezeigtes Implantat 30 integrieren, mit dem beispielsweise der Blutglucosegehalt eines Diabetikers laufend überwacht und reguliert werden kann. Ein solches Implantat 30 weist eine Mikropumpe auf, die beispielsweise von den beschriebenen Aktuatorfelder 16 gebildet sein kann, und mittels derer die Auswerteeinheit 10 eine medizinisch wirksame Substanz, beispielsweise Insulin, aus einem Vorratsbehälter 31 des Implantats 30 dosiert in den Blutkreislauf des Patienten abgeben kann.
    • 1
    Transmissionsspektrometer
    2
    IR-Lichtquelle
    3
    Küvette
    4
    Wand
    5
    Wand
    6
    Probeneinlaßkanal
    7
    Probenauslaßkanal
    8a-8p
    Interferenzfilter
    9a-9p
    Detektoren
    10
    Auswerteeinheit
    11
    elektrischer Anschluß
    12
    elektrischer Anschluß
    13
    Film
    14
    Rahmen
    15
    Abstandhalter
    16
    Aktuatorfeld
    17
    Vorsprung
    18
    Siliziumscheibe
    20
    Handgerät
    21
    Gehäuse
    22
    Probeneinlaßöffnung
    23
    Anzeigeeinrichtung
    24
    Bedienungselemente
    30
    Implantat

Claims (21)

  1. Transmissions-Spektrometer zur analytischen Untersuchung einer flüssigen Probe hinsichtlich eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils, insbesondere einer Körperflüssigkeit, vorzugsweise im mittleren infraroten Spektralbereich MIR, umfassend: eine Küvette (3) zur Aufnahme der Probe mit gegenüberliegenden transparenten Wänden (4, 5), eine Lichtquelle (2) zum Aussenden von Strahlung, die durch die gegenüberliegenden Wände (4, 5) der Küvette (3) hindurchtritt und dabei teilweise von der Probe absorbiert wird, einer Mehrzahl von an einer der Wände (5) der Küvette (3) angebrachten Filtern (8a-8p), die jeweils für einen Wellenlängenbereich durchlässig sind, in dem der medizinisch bedeutsame Bestandteil der Probe charakteristische Absorptionsmaxima verursacht, einer Mehrzahl von Detektoren (9a-9p), die jeweils einem der Filter (8a-8p) zugeordnet sind, zum Erfassen einer Intensität der durch die Küvette (3) und den jeweiligen Filter (8a-8p) hindurchgetretenen Strahlung und eine Auswerteeinheit (10), die mit den Detektoren (9a-9p) verbunden ist und aus von den Detektoren (9a-9p) in Abhängigkeit von der erfaßten Intensität erzeugten Signalen ein Untersuchungsergebnis ermit telt, wobei eine der gegenüberliegenden Wände (5) der Küvette (3) die Detektoren (9a-9p) trägt.
  2. Spektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (8a-8p) durch Ablagern, vorzugsweise Aufdampfen, auf eine der Wände (5) der Küvette (3) hergestellt sind.
  3. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (9a-9p) jeweils auf dem ihnen zugeordneten Filter (8a-8p) sitzen.
  4. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (9a-9p) ein Detektor-Array bilden.
  5. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoren (9a-9p) als pyroelektrische Detektoren ausgebildet sind.
  6. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände (4,5) der Küvette (3) aus Silizium hergestellt sind.
  7. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (3) so ausgebildet ist, daß zwischen den gegenüberliegenden Wänden (4, 5) mehrere Transmissionsstrecken von unterschiedlicher Länge vorhanden sind, denen jeweils einer der Detektoren (9a-9p) zugeordnet ist.
  8. Spektrometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Wände (4, 5) der Küvette (3) eine Innenseite aufweist, die zum Ausbilden der unterschiedlichen Transmissionsstrecken mit Stufen oder Vorsprüngen (17) versehen ist.
  9. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) eine thermische Lichtquelle ist.
  10. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) an der Küvette (3) befestigt ist.
  11. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) eine Dünnfilmlichtquelle mit einem elektrisch leitfähigen Film ist.
  12. Spektrometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Film (13) aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung besteht.
  13. Spektrometer nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrisch leitfähige Film (13) eine Dicke von 10 μm bis 500 μm, vorzugsweise 20 μm bis 200 μm hat.
  14. Spektrometer nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmichtquelle (2) einen Rahmen (14) aufweist, der den Film (13) trägt und an derjenigen Wand (4) der Küvette (3) angebracht ist, die den Detektoren (9a-9p) gegenüberliegt.
  15. Spektrometer nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (13) von der Wand (4) der Küvette (3) 10 μm bis 500 μm, vorzugsweise 20 μm bis 200 μm beabstandet ist.
  16. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (3) einen Probeneinlaßkanal (6) aufweist, der mit einem Aktuatorfeld (16) versehen ist, das durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einem ersten, die Probe anziehenden und einem zweiten, die Probe weniger stark anziehenden Zustand schaltbar ist.
  17. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Küvette (13) einen Probenauslaßkanal (7) aufweist, der mit einem Aktuatorfeld (16) versehen ist, das durch Anlegen einer Spannung zwischen einem ersten, die Probe anziehenden Zustand und einem zweiten, die Probe weniger stark anziehenden Zustand schaltbar ist.
  18. Spektrometer nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Zustand des Aktuatorfeldes (16) hydrophil und der zweite Zustand hydrophob ist.
  19. Spektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Filter (8a-8p) Interferenzfilter sind.
  20. Handgerät zur transmissionsspektroskopischen Untersuchung einer flüssigen Probe, insbesondere einer Körperflüssigkeit hinsichtlich eines medizinisch bedeutsamen Bestandteils, umfassend: ein Spektrometer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ein Gehäuse (2) mit einer Probeneinlaßöffnung (22), durch welche die Probe der in dem Gehäuse (21) angeordneten Küvette (3) des Spektrometers (1) zuführbar ist, und einer mit der Auswerteeinheit (10) des Spektrometers (1) verbundenen Anzeigeeinrichtung (23) zum Anzeigen eines von der Auswerteeinheit (10) ermittelten Untersuchungsergebnisses.
  21. Implantat zur Abgabe einer medizinisch wirksamen Substanz an einen Patienten, umfassend: ein Spektrometer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, einen Vorratsbehälter (31) für die medizinisch wirksame Substanz, und eine Mikropumpe zur kontrollierten Abgabe der medizinisch wirksamen Substanz, die von der Auswerteeinheit (10) des Spektrometers in Abhängigkeit von einem Untersuchungsergebnis gesteuert wird.
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