DE102009003971A1 - Optischer Sensor und Vorrichtung damit sowie Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Optischer Sensor und Vorrichtung damit sowie Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Sensor. Bei bekannten optischen Sensoren kommt es oftmals zu einem Photobleichen von verwendeten Fluoreszenzfarbstoffen. Zudem sind diese Sensoren empfindlich gegenüber Strahlungsprodukten. Der erfindungsgemäße Sensor soll eine herabgesetzte Empfindlichkeit gegenüber Fremdlichteinflüssen, Fluorophoren und Strahlung, insbesondere Gammastrahlung, besitzen. Der erfindungsgemäße Sensor ist zur Bestimmung mindestens eines Parameters in einem Medium geeignet. Er umfasst eine Matrix, die einen Fluoreszenzfarbstoff enthält. Getragen wird die Matrix von einem transparenten Träger. Auf der dem Medium zugewandten Seite weist die Matrix eine Edelmetallschicht auf, die Schutz gegenüber Photobleichen und Strahlung gewährt. Der optische Sensor eignet sich zur Implementation in Behältern und Laborprodukten, welche mittels Gammastrahlung sterilisiert werden, wie beispielsweise Einwegbioreaktoren.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen durch Bestrahlen sterilisierbaren optischen Sensor zur Bestimmung mindestens eines Parameters in einem Medium, eine Vorrichtung welche einen solchen optischen Sensor aufweist und ein Verfahren zur Herstellung des Sensors sowie der Vorrichtung.
  • Optische Sensoren werden insbesondere in Einweg-, Misch- und Bioreaktoren bzw. -behältern in der Medizintechnik und Biotechnologie eingesetzt. In diesen und ähnlichen Anwendungsgebieten ist es oft nötig, einen Behälter vor der Benutzung zu sterilisieren. Auf dem Gebiet der Einwegprodukte hat sich eine Sterilisation mittels Strahlung, insbesondere Gamma-Strahlung, bewährt, welche jedoch schädlich für optische Sensoren sein kann. Daher wird für derartige Sensoren ein effektives Schutzsystem benötigt, das zugleich kostengünstig realisiert werden kann.
  • Aus WO 02/056023 A1 und DE 10,051,220 A1 sind optische Sensoren zur Messung mindestens eines Parameters in einer Probe bekannt. Diese Sensoren basieren auf einer Vorrichtung zur Anregung der Fluoreszenz eines in einem Probengefäß bzw. Reaktor in einer Matrix immobilisierten Analyt-sensitiven Fluoreszenzfarbstoffes, der in zumindest indirektem Kontakt zur Probe steht und einer Auswertungsvorrichtung für das resultierende Fluoreszenzantwortsignal. Die Auswertung bzw. die Bestimmung der Analyt-Konzentration kann hierbei sowohl durch die Verwertung der Fluoreszenzabklingzeit als auch der Fluoreszenzintensität erfolgen. Ein nachteiliges intrinsisches Problem dieser Sensorsysteme resultiert aus dem Photobleichen der verwendeten Fluoreszenzfarbstoffe, welches die Langzeitperformance dieser Sensoren durch eine allmähliche Verringerung des Signal-Rausch-Verhältnisses verschlechtert. Das Photobleichen wird sowohl durch die eigentliche Messung und die damit verbundene Anregung des Fluorophors mit Licht geeigneter Wellenlänge, als auch durch Fremdlicht, welches beispielsweise von außen durch die Wandung eines transparenten Bioreaktors treten kann, ausgelöst. Weiterhin kann die Messung durch Wechselwirkung des Fluoreszenz-Anregungslichtes mit in der Probe vorliegenden Fluorophoren verfälscht werden.
  • Aus US 7,390,462 B2 ist ein Sensor bekannt, bei dem der Fluoreszenzfarbstoff in einer hydrophilen Matrix immobilisiert vorliegt. Hierbei wird ein Sensor mit dem pH-sensitiven Fluoreszenzfarbstoff MA-HPDS in einem Hydrogel vorliegend beansprucht. Nachteilig ist, dass derartige hydrophile optische Sensoren bei einer Sterilisation mit Gammastrahlung dosisabhängig geschädigt werden. Eine solche Strahlung wird insbesondere in der Labortechnologie bei Behältern aus Polymeren angewendet. Es verringern sich sowohl die Intensität der Fluoreszenz des Farbstoffs bzw. der Farbstoffe, als auch die Sensitivität des Sensors gegenüber der Messgröße. Eine besonders starke Schädigung eines solchen Sensors tritt auf, wenn er während der Gamma-Sterilisierung in Kontakt mit einem größeren Volumen an Luft, bzw. auch mit üblichen Schutzgasen wie z. B. Stickstoff oder Argon steht. Bei der Gamma-Sterilisierung werden die Gase teilweise ionisiert. Diese Ionen bzw. Radikalionen reagieren bei der Sterilisation eines gasgefüllten Polymer-Behälters an den Wänden ab, aber auch mit den in den Sensoren befindlichen Farbstoffen. Auf porösen, hydrophilen Matrizes basierende Sensoren sind hierfür besonders anfällig, da die Sensorchemie prinzipbedingt an der Oberfläche, bzw. inneren Oberfläche der Matrix immobilisiert vorliegen muss, damit die zu vermessende Probe mit der Sensorchemie in Kontakt kommen kann. Das Ausmaß der Schädigung hängt erstens von der Bestrahlungsdosis und zweitens vom Oberfläche-Volumen-Verhältnis des bestrahlten, den Sensor enthaltenden, Behälters ab. Dieses Verhältnis bestimmt die Anzahl an Ionen und Radikalionen, welche den Sensor, bzw. die darin enthaltene Sensorchemie schädigen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zum einen einen optischen Sensor und eine Vorrichtung damit zu schaffen, dessen Empfindlichkeit gegenüber Fremdlichteinflüssen, Fluorophoren und Strahlung, insbesondere Gammastrahlung, herabgesetzt ist, sowie zum anderen ein Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben.
  • Die erste Aufgabe wird durch einen Sensor gemäß Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße optische Sensor misst einen oder mehrere Parameter in einem Medium. Im Wesentlichen weist der Sensor drei übereinander gelagerte Schichten auf. Als Basisschicht dient ein transparenter Träger. Auf diesem sitzt eine Matrix, die wenigstens einen Fluoreszenzfarbstoff enthält. Zum Schutz der letztgenannten Schicht ist auf dieser eine Edelmetallschicht aufgebracht. Durch diese Edelmetallschicht wird eine optische Isolierung gegenüber Fremdlichteinflüssen und Fluorophoren gewährleistet. Das Fluoreszenzlicht von in einer den Sensor umgebenden Kulturbrühe befindlichen Fluorophoren, wie z. B. NADPH oder Riboflavin, wird durch die Edelmetallschicht isoliert, wodurch ein nachteiliger Einfluss der Fluorophore in der Kulturbrühe auf die Messung verhindert wird. Zusätzlich wird die Empfindlichkeit gegenüber bei der Gamma-Bestrahlung entstehenden Reaktivteilchen stark herabgesetzt. Auch hierdurch wird ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis, sowie eine allgemein höhere Sensitivität des Sensorelementes gegenüber seiner Messgröße erreicht. Zugleich verhalten sich Edelmetalle inert gegenüber wässrigen Lösungen bzw. gegenüber in der Biotechnologie oder Pharmazie üblichen Zellkultur- oder Fermentationsmedien. Die Edelmetallschicht erfüllt zusätzlich eine Sicherheits- und Stabilisierungsfunktion gegenüber der sich darunter befindlichen Sensorchemie in Form von der den mindestens einen Fluoreszenzfarbstoff enthaltenden Matrix.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der optische Sensor durch Strahlung unter Erhalt seiner Funktionsfähigkeit sterilisierbar. Die Empfindlichkeit gegenüber einer Sterilisierung, beispielsweise mittels ionisierender Strahlung, Gammastrahlung, UV-C-, Beta- oder Elektronenstrahlung ist durch die Edelmetallschicht stark herabgesetzt. Die durch die Strahlung gebildeten reaktiven Ionen und Radikale in der den Sensor umgebenden Gasphase reagieren nicht mehr mit der Matrix und dem Fluoreszenzfarbstoff bzw. den Fluoreszenzfarbstoffen selbst. Somit wird ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis, sowie eine allgemein höhere Sensitivität des optischen Sensors gegenüber seiner Messgröße erreicht. Die Messgrößen können hierbei z. B. der pH-Wert, die Gelöstsauerstoffkonzentration oder andere Parameter sein.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Matrix des optischen Sensors hydrophil.
  • Besondere Ausführungen können eine Sol-Gel-Matrix oder ein Hydrogel sein, in welchem der Fluoreszenzfarbstoff immobilisiert vorliegt. Die hydrophile Eigenschaft ist besonders für optische Sensoren nötig, deren in der Matrix eingebettete Fluoreszenzfarbstoff für ein wässriges Medium zugänglich sein muss. Optische Sensoren, welche eine hydrophile Matrix aufweisen sind naturgemäß äußerst sensibel gegenüber einer Sterilisierung, z. B. mittels Gammastrahlung. Die Edelmetallschicht schützt wirkungsvoll gegen diese Einflüsse.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Matrix des optischen Sensors porös und die Edelmetallschicht verschließt diese poröse Matrix nicht, da der Kontakt der Sensorchemie zum vermessenden Medium oftmals weiterhin möglich sein muss. Optische Sensoren, die dies erfordern, können somit das Medium direkt kontaktieren. Dies wird erreicht, indem die Rauhtiefe der Oberfläche im wesentlichen einen höheren Wert besitzt als die Schichtdicke der Edelmetallschicht. Eine poröse Matrix mit nicht ebener Oberfläche besitzt zusätzlich den Vorteil, dass die Aufbringung der Edelmetallschicht einfach und kostengünstig erfolgt, da eine derartige Oberfläche der darauf aufzubringenden Edelmetallschicht eine entsprechende Struktur gibt, welche die poröse Matrix nicht verschließt. Die Edelmetallschicht selber muss nicht erneut perforiert oder entsprechend stellenweise aufgebracht werden. Des weiteren werden durch die Auftragung der Edelmetallschicht die Öffnungen an der Oberfläche querschnittstechnisch verfeinert was ein kostengünstiges Herstellungsverfahren der Matrix erlaubt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Edelmetallschicht des optischen Sensors durch Gasphasenabscheidung aufgetragen. Besonders vorteilhaft erweist sich hierbei eine Schichtdicke zwischen 20 und 200 nm, da hierbei eine optische Isolation gegenüber Fremdlicht gewährleistet ist.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Edelmetallschicht aus Gold, Platin, Palladium oder einer Kombination daraus. Diese Materialien verhalten sich inert gegenüber wässrigen Lösungen bzw. gegenüber in der Biotechnologie oder Pharmazie üblichen Zellkultur- oder Fermentationsmedien. Gleichzeitig sind Edelmetalle beständige Materialien und können der Matrix zusätzlich zu Festigkeit und Robustheit verhelfen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Aufgabe weiterhin durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 13 gelöst. Die Vorrichtung zur Aufnahme eines Mediums weist mindestens einen erfindungsgemäßen optischen Sensor auf, der einen oder mehrere Parameter in dem Medium misst. Im Wesentlichen enthält der Sensor drei übereinander gelagerte Schichten. Als Basisschicht dient ein transparenter Träger. Auf diesem sitzt eine Matrix, die wenigstens einen Fluoreszenzfarbstoff enthält. Zum Schutz der letztgenannten Schicht ist auf dieser eine Edelmetallschicht aufgebracht. Durch diese Edelmetallschicht wird eine optische Isolierung gegenüber Fremdlichteinflüssen und Fluorophoren gewährleistet. Das Fluoreszenzlicht von in einer den Sensor umgebenden Kulturbrühe befindlichen Fluorophoren, wie z. B. NADPH oder Riboflavin, wird durch die Edelmetallschicht isoliert und ein Einfluss der Fluorophore auf die Messung verhindert, bzw. stark herabgesetzt. Zusätzlich wird die Empfindlichkeit gegenüber Gamma-Strahlung stark herabgesetzt. Auch hierdurch wird ein besseres Signal- Rausch-Verhältnis, sowie eine allgemein höhere Sensitivität des Sensorelementes gegenüber seiner Messgröße erreicht. Zugleich verhalten sich Edelmetalle inert gegenüber wässrigen Lösungen bzw. gegenüber in der Biotechnologie oder Pharmazie üblichen Zellkultur- oder Fermentationsmedien. Die Edelmetallschicht erfüllt zusätzlich Sicherheits- und Stabilisierungsfunktionen gegenüber der sich darunter befindlichen Sensorchemie in Form von der den mindestens einen Fluoreszenzfarbstoff enthaltenden Matrix.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung durch Strahlung unter Erhalt der Funktionsfähigkeit des optischen Sensors sterilisierbar. Die Empfindlichkeit gegenüber einer Sterilisierung, beispielsweise mittels ionisierender Strahlung, Gammastrahlung ionisierender Strahlung, Gammastrahlung, UV-C-, Beta- oder Elektronenstrahlung ist durch die Edelmetallschicht stark herabgesetzt. Die durch die Strahlung gebildeten reaktiven Ionen und Radikale in der den Sensor umgebenden Gasphase reagieren nicht mehr mit der Matrix bzw. dem immobilisierten Fluoreszenzfarbstoff selbst. Somit wird ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis, sowie eine allgemein höhere Sensitivität des optischen Sensors gegenüber seiner Messgröße erreicht. Die Messgrößen können hierbei z. B. der pH-Wert, der Sauerstoffwert oder andere Parameter sein.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Matrix des optischen Sensors der Vorrichtung hydrophil. Besondere Ausführungen können eine Sol-Gel-Matrix oder ein Hydrogel sein, in welchem der Fluoreszenzfarbstoff immobilisiert vorliegt. Die hydrophile Eigenschaft ist besonders für optische Sensoren nötig, deren in der Matrix eingebettete Fluoreszenzfarbstoff für ein wässriges Medium zugänglich sein muss. Optische Sensoren, welche eine hydrophile Matrix aufweisen sind naturgemäß äußerst sensibel gegenüber einer Sterilisierung, z. B. mittels Gammastrahlung. Die Edelmetallschicht schützt wirkungsvoll gegen diese Einflüsse.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Matrix des optischen Sensors porös und die Edelmetallschicht verschließt diese poröse Matrix nicht, da der Kontakt der Sensorchemie zum vermessenden Medium oftmals weiterhin möglich sein muss. Optische Sensoren, die dies erfordern, können somit das Medium direkt kontaktieren. Dies wird erreicht, indem die Rauhtiefe der Oberfläche im wesentlichen einen höheren Wert besitzt als die Schichtdicke der Edelmetallschicht. Eine poröse Matrix mit nicht ebener Oberfläche besitzt zusätzlich den Vorteil, dass die Aufbringung der Edelmetallschicht einfach und kostengünstig erfolgt, da eine derartige Oberfläche der darauf aufzubringenden Edelmetallschicht eine entsprechende Struktur gibt, welche die poröse Matrix nicht verschließt. Die Edelmetallschicht selber muss nicht erneut perforiert oder entsprechend stellenweise aufgebracht werden. Des weiteren werden durch die Auftragung der Edelmetallschicht die Öffnungen an der Oberfläche querschnittstechnisch verfeinert was ein kostengünstiges Herstellungsverfahren der Matrix erlaubt.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Edelmetallschicht des optischen Sensors durch Gasphasenabscheidung aufgetragen. Besonders vorteilhaft erweist sich hierbei eine Schichtdicke zwischen 20 und 200 nm, da hierbei eine optische Isolation gegenüber Fremdlicht gewährleistet ist.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Edelmetallschicht aus Gold, Platin, Palladium oder einer Kombination daraus. Diese Materialien verhalten sich inert gegenüber wässrigen Lösungen bzw. gegenüber in der Biotechnologie oder Pharmazie üblichen Zellkultur- oder Fermentationsmedien. Gleichzeitig sind Edelmetalle beständige Materialien und können der Matrix zusätzlich zu Festigkeit und Robustheit verhelfen.
  • Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung einen Sender und/oder Empfänger für eine drahtlose Kommunikation auf. Somit können Messergebnisse ohne Kabel übertragen werden, und auch Anweisungen können kabellos an den optischen Sensor bzw. die Vorrichtung gegeben werden, wie beispielsweise die Messfrequenz. Beispiele hierfür sind die RFID- oder Bluetooth-Technologie.
  • Bei einem bevorzugtem Verfahren gemäß der Erfindung wird der zweite Teil der Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 26 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßem Verfahren werden bei der Herstellung eines optischen Sensors im Wesentlichen zwei Schritte angewendet: Zum einen das Aufbringen einer mindestens einen Fluoreszenzfarbstoff aufweisenden Matrix auf eine transparente Trägerschicht und zum anderen das Aufbringen einer Edelmetallschicht auf die Matrix. Durch die Edelmetallschicht wird eine optische Isolierung gegenüber Fremdlichteinflüssen und Fluorophoren gewährleistet. Das Fluoreszenzlicht von in einer den Sensor umgebenden Kulturbrühe befindlichen Fluorophoren, wie z. B. NADPH oder Riboflavin, wird durch die Edelmetallschicht isoliert und ein Einfluss der Fluorophore auf die Messung verhindert, bzw. stark herabgesetzt. Zusätzlich wird die Empfindlichkeit gegenüber Gamma-Strahlung stark herabgesetzt. Auch hierdurch wird ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis, sowie eine allgemein höhere Sensitivität des Sensorelementes gegenüber seiner Messgröße erreicht. Zugleich verhalten sich Edelmetalle inert gegenüber wässrigen Lösungen bzw. gegenüber in der Biotechnologie oder Pharmazie üblichen Zellkultur- oder Fermentationsmedien. Die Edelmetallschicht erfüllt zusätzlich Sicherheits- und Stabilisierungsfunktionen gegenüber der sich darunter befindlichen Sensorchemie in Form von der den mindestens einen Fluoreszenzfarbstoff enthaltenden Matrix.
  • In besonders bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Edelmetallschicht mit Gasphasenabscheidung auf die Matrix aufgetragen. Die Gasphasenabscheidung kann mittels thermischem Aufdampfen erfolgen. Verschiedene Varianten der CGA sind beispielsweise die Glühwendel-, Laser- oder die Lichtbogenverdampfung. Besonders bevorzugt kann die Edelmetallschicht mit einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PGA) bzw. Kathodenzerstäubung aufgebracht werden. Die PGA zum Aufbringen der Edelmetallschicht läuft bevorzugt bei einem Druck zwischen 10–2 Pa und 10 Pa, einer Sputterspannung zwischen 800 V und 3000 V und einem Sputterstrom zwischen 10 mA und 50 mA ab. Verschiedene Varianten sind z. B. die Gleichstrom-, Hochfrequenz- sowie Magnetronzerstäubung, oder Mischformen davon. Besonders bevorzugt ist die Magnetronzerstäubung bei einem Druck von 1 Pa, einem Sputterstrom von 50 mA und einer Sputterzeit von 5 Minuten. Bei der Kathodenzerstäubung wird die zu beschichtende Probe während des Prozesses kaum erwärmt und damit geschont. Mit dieser Methode kann in schneller, effektiver und kostengünstiger Weise eine entsprechend dünne Schicht gleichmäßig aufgetragen werden.
  • Bei einem besonders bevorzugtem Verfahren gemäß der Erfindung wird die Aufgabe weiterhin durch ein Verfahren gemäß Anspruch 28 gelöst. Bei dem erfindungsgemäßem Verfahren werden zur Herstellung einer Vorrichtung im Wesentlichen zwei Schritte angewendet: Der optische Sensor wird mit der Vorrichtung zur Aufnahme des Mediums kombiniert. Die Vorrichtung wird außerdem mit Strahlung bestrahlt. Es können auch mehrere optische Sensoren mit der Vorrichtung kombiniert werden, wobei ein optischer Sensor mindestens einen Parameter in einem Medium bestimmen kann. Die Funktionsfähigkeit des optischen Sensors bleibt trotz der Bestrahlung erhalten. Gleichzeitig ist der optische Sensor gegen Fremdlichteinflüsse und den Einfluss von Fluorophoren auf die Messung geschützt.
  • Bei einem bevorzugtem Verfahren gemäß der Erfindung wird das Bestrahlen der Vorrichtung mittels ionisierender Strahlung, beispielsweise durch Gammastrahlung, UV-C-, Beta- oder Elektronenstrahlung, vollzogen.
  • Bei einem weiteren besonders bevorzugtem Verfahren wird für die Vorrichtung ein Behälter aus Kunststoff mit zumindest teilweise flexiblen Wänden verwendet. Derartige Behälter sind kostengünstig herzustellen. Im Falle von Einwegprodukten entfällt zudem eine zeit- und kostspielige Reinigung. Ein oder mehrere optische Sensoren können in einen Behälter aus Kunststoff implementiert werden. Die Sensormessleistung bleibt trotz einer nötigen Sterilisation des Kunststoffbehälters mit Strahlung erhalten.
  • Die Erfindung soll an dem nachstehenden Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
  • Beispiel:
  • Kunststoffbehälter (Cultibag RM, Sartorius Stedim Biotech GmbH, Göttingen/Volumen: 10 L) werden mit den erfindungsgemäßen optischen Sensoren (pH-Sensoren Typ HP8, Presens GmbH, Regensburg auf Polycarbonat-Kappe) ausgestattet. Die Goldschicht ist mittels Magnetronzerstäubung (EMITECH K550 Magnetronsputter und Goldtarget; Parameter: Druck: 1 Pa Luftatmosphäre, Sputterstrom: 50 mA, Sputterzeit: 5 Minuten) aufgebracht, wobei die Schichtdicke 150 nm beträgt. Die Sensoren werden direkt neben Sensoren des gleichen Typs ohne Goldschicht mittig im Inneren des Behälters angebracht, wobei die Sensorchemie dem Mittelpunkt des Behälters zugewandt ist. Anschließend wird die Vorrichtung mit 10 L Luft bzw. Stickstoff (N2) gefüllt und in schwarzen, lichtundurchlässigen PE-Beuteln verpackt. Daraufhin erfolgt eine Gamma-Bestrahlung bei 5,8 kGy und 26,2 kGy (Co60-Quelle, Beta-Gamma-Service GmbH & Co. KG, Wiehl).
  • Nach der Bestrahlung werden die Sensoren aus den Behältern entnommen und mit einem Transmitter (pH-1 mini, Presens GmbH) in Puffern mit pH-Werten von 6,0 und 8,0 vermessen.
  • Die Empfindlichkeit (hier: Differenz der Phasen bei pH 6,0 und pH 8,0) ist bei den in Stickstoff und Luft bestrahlten Sensoren vergleichbar. Bei einer Dosis von 26,2 kGy weisen die Sensoren eine sehr geringe Empfindlichkeit auf (≤ 2,80). Die Intensität nimmt vom mit 5,8 kGy zum mit 26,2 kGy bestrahlten Sensor um bis zu 99% (Stickstoff) bzw. 80% (Luft) ab.
  • Ein nicht mit Gold beschichteter Sensor weist die in nachfolgender Tabelle angegebenen Phasendifferenzen zwischen pH 8,0 und pH 6,0 auf:
    Gas Dosis Gamma [kGy] Δ Phase [°] Amplitudenabnahme
    N2 5,8 27,1 99%
    N2 26,2 2,7
    Luft 5,8 25,3 80%
    Luft 26,2 2,8
  • Ein mit Gold beschichteter Sensor hingegen ist nach 26,2 kGy immer noch sensitiv und hat, verglichen mit einem bei 5,8 kGy bestrahlten Gold-beschichtetem Sensor, nur 3% seiner Intensität verloren, wie aus nachfolgender Tabelle hervorgeht:
    Gas Dosis Gamma [kGy] Δ Phase [°] Amplitudenabnahme
    N2 5,8 29,2 3%
    Luft 26,2 23,8
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 02/056023 A1 [0003]
    • - DE 10051220 A1 [0003]
    • - US 7390462 B2 [0004]

Claims (32)

  1. Optischer Sensor zur Bestimmung mindestens eines Parameters in einem Medium aus mindestens einer Matrix, die wenigstens einen Fluoreszenzfarbstoff enthält, welche von einem transparenten Träger getragen ist und die auf der dem Medium zugewandten Seite eine Edelmetallschicht aufweist.
  2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, welcher durch Strahlung unter Erhalt seiner Funktionsfähigkeit sterilisierbar ist.
  3. Optischer Sensor nach Anspruch 2, wobei die Strahlung ionisierende Strahlung ist.
  4. Optischer Sensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Strahlung Gammastrahlung ist.
  5. Optischer Sensor nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Strahlung Elektronenstrahlung ist.
  6. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix hydrophil ist.
  7. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix porös ist.
  8. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Edelmetallschicht die poröse Matrix nicht verschließt.
  9. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix eine Sol-Gel Matrix oder ein Hydrogel ist.
  10. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Edelmetallschicht durch Gasphasenabscheidung aufgetragen ist.
  11. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Edelmetallschicht eine Dicke von 10 nm bis 200 nm aufweist.
  12. Optischer Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Edelmetallschicht aus Gold, Platin, Palladium oder einer Kombination daraus ist.
  13. Vorrichtung zur Aufnahme eines Mediums aufweisend einen optischen Sensor zur Bestimmung mindestens eines Parameters in einem Medium, wobei der optische Sensor mindestens eine Matrix aufweist, die wenigstens einen Fluoreszenzfarbstoff enthält, welche von einem transparenten Träger getragen ist und die auf der dem Medium zugewandten Seite eine Edelmetallschicht aufweist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, welche durch Strahlung unter Erhalt ihrer Funktionsfähigkeit sterilisierbar ist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die Strahlung ionisierende Strahlung ist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Strahlung Gammastrahlung ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Strahlung Elektronenstrahlung ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–17, wobei die Matrix hydrophil ist.
  19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–18, wobei die Matrix porös ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13–19, wobei die Edelmetallschicht die poröse Matrix nicht verschließt.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14–20, wobei die Matrix eine Sol-Gel Matrix oder ein Hydrogel ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14–21, wobei die Edelmetallschicht durch Gasphasenabscheidung aufgetragen ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14–22, wobei die Edelmetallschicht eine Dicke von 10 nm bis 200 nm aufweist.
  24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14–23, wobei die Edelmetallschicht aus Gold, Platin, Palladium oder einer Kombination daraus ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14–24, welche einen Sender und/oder Empfänger für eine drahtlose Kommunikation aufweist.
  26. Verfahren zum Herstellen eines Optischen Sensors nach Anspruch 1, umfassend die Schritte: – Aufbringen einer mindestens einen Fluoreszenzfarbstoff aufweisenden Matrix auf eine transparente Trägerschicht; – Aufbringen einer Edelmetallschicht auf die Matrix.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, wobei die Edelmetallschicht in einem Druckbereich von 10–5 bis 10 Pa, einer Sputterspannung zwischen 800 und 3000 V und einem Sputterstrom von 10–70 mA mittels Kathodenzerstäubung auf die Matrix aufgetragen wird.
  28. Verfahren zur Herstellung einer einen optischen Sensor zum Bestimmen mindestens eines Parameters in einem Medium aufweisenden Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Funktionsfähigkeit des optischen Sensors nach einer Sterilisation durch Bestrahlen erhalten bleibt, umfassend die Schritte: – Kombinieren des optischen Sensors mit der Vorrichtung zur Aufnahme des Mediums; – Bestrahlen der Vorrichtung mittels Strahlung.
  29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das Bestrahlen der Vorrichtung mittels ionisierender Strahlung vollzogen wird.
  30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei das Bestrahlen der Vorrichtung mittels Gammastrahlung vollzogen wird.
  31. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, wobei das Bestrahlen der Vorrichtung mittels Elektronenstrahlung vollzogen wird.
  32. Verfahren nach Anspruch 28, wobei für die Vorrichtung ein Behälter aus Kunststoff mit zumindest teilweise flexiblen Wänden verwendet wird.
DE102009003971A 2009-01-07 2009-01-07 Optischer Sensor und Vorrichtung damit sowie Verfahren zu ihrer Herstellung Withdrawn DE102009003971A1 (de)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010014424U1 (de) 2009-12-01 2011-01-20 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensorschutzvorrichtung
DE102009036217A1 (de) 2009-08-05 2011-02-10 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Optischer Sensor mit gegenüber dem zu vermessendem Medium löslicher Schicht und Vorrichtung damit sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
DE202010006207U1 (de) 2009-06-19 2011-07-25 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensorvorrichtung, aufweisend einen optischen Sensor, einen Behälter und ein Kompartimentierungsmittel
DE102011080956A1 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verfahren und Messstelle zur Messung zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgrößen eines in einem Einwegbehältnis enthaltenen Messmediums
DE102012111686A1 (de) * 2012-11-30 2014-06-05 Hamilton Bonaduz Ag Chemisch stabiler Sensor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012104688A1 (de) 2012-05-30 2013-12-05 Hamilton Bonaduz Ag Optisches Sensorelement
JP6020513B2 (ja) 2014-05-29 2016-11-02 横河電機株式会社 細胞培養バッグおよび細胞培養バッグの製造方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10051220A1 (de) 2000-10-16 2002-04-25 Mettler Toledo Gmbh Optischer Sensor zur Bestimmung eines Analyten und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2002056023A1 (de) 2001-01-15 2002-07-18 Presens Precision Sensing Gmbh Optischer sensor und sensorfeld
US7390462B2 (en) 2002-12-17 2008-06-24 The University Of Maryland Baltimore County Ratiometric fluorescent pH sensor for non-invasive monitoring

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT388248B (de) * 1987-07-20 1989-05-26 Avl Verbrennungskraft Messtech Deckschicht, vorzugsweise zur probenseitigen anbringung an optischen ionensensoren
DE4227665A1 (de) * 1992-08-21 1994-02-24 Boehringer Mannheim Gmbh Analyseelement zur Analyse einer flüssigen Probe
US5968326A (en) * 1997-04-11 1999-10-19 Pulp And Paper Research Institute Of Canada Composite inorganic-polymer thin film cation-selective membrane, method of fabricating same and applications
US6207110B1 (en) * 1998-08-21 2001-03-27 Bayer Corporation Metallic overcoating as a light attenuating layer for optical sensors
US6190963B1 (en) * 1999-05-21 2001-02-20 Sharp Laboratories Of America, Inc. Composite iridium-metal-oxygen barrier structure with refractory metal companion barrier and method for same
US6951715B2 (en) * 2000-10-30 2005-10-04 Sru Biosystems, Inc. Optical detection of label-free biomolecular interactions using microreplicated plastic sensor elements
IE20030144A1 (en) * 2003-02-28 2004-09-08 Univ Dublin City Improved optical sensors
US20050249667A1 (en) * 2004-03-24 2005-11-10 Tuszynski Jack A Process for treating a biological organism
US8060174B2 (en) * 2005-04-15 2011-11-15 Dexcom, Inc. Analyte sensing biointerface

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10051220A1 (de) 2000-10-16 2002-04-25 Mettler Toledo Gmbh Optischer Sensor zur Bestimmung eines Analyten und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2002056023A1 (de) 2001-01-15 2002-07-18 Presens Precision Sensing Gmbh Optischer sensor und sensorfeld
US7390462B2 (en) 2002-12-17 2008-06-24 The University Of Maryland Baltimore County Ratiometric fluorescent pH sensor for non-invasive monitoring

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202010006207U1 (de) 2009-06-19 2011-07-25 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensorvorrichtung, aufweisend einen optischen Sensor, einen Behälter und ein Kompartimentierungsmittel
DE102009050448A1 (de) 2009-06-19 2011-12-08 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensorvorrichtung, aufweisend einen optischen Sensor, einen Behälter und ein Kompartimentierungsmittel
US8859949B2 (en) 2009-06-19 2014-10-14 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensor device, comprising an optical sensor, a container and a compartmentalization means
DE102009036217A1 (de) 2009-08-05 2011-02-10 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Optischer Sensor mit gegenüber dem zu vermessendem Medium löslicher Schicht und Vorrichtung damit sowie Verfahren zu ihrer Herstellung
US8530860B2 (en) 2009-08-05 2013-09-10 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Optical sensor comprising a layer soluble in the medium to be measured and device comprising it, and process for their production
DE202010014424U1 (de) 2009-12-01 2011-01-20 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensorschutzvorrichtung
DE102009056417A1 (de) 2009-12-01 2011-06-09 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensorschutzvorrichtung
US8809765B2 (en) 2009-12-01 2014-08-19 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Sensor protector
DE102011080956A1 (de) * 2011-07-25 2013-01-31 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Verfahren und Messstelle zur Messung zumindest einer physikalischen und/oder chemischen Prozessgrößen eines in einem Einwegbehältnis enthaltenen Messmediums
DE102012111686A1 (de) * 2012-11-30 2014-06-05 Hamilton Bonaduz Ag Chemisch stabiler Sensor
US10161871B2 (en) 2012-11-30 2018-12-25 Hamilton Bonaduz Ag Chemically stable sensing unit with protector element

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