DE102009014902A1 - Helicobacter pylori-Sensor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Helicobacter pylori-Sensor, umfassend einen Objektträger (1) mit einer Messzone (2), eine erste Elektrode (3) aus einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode (4) aus Silber, die eine Silberchlorid-Schicht aufweist, wobei sich die erste Elektrode (3) und die zweite Elektrode (4) wenigstens teilweise in die Messzone (2) hineinerstrecken und bei einer zumindest teilweisen Benetzung der Messzone (2) und der beiden Elektroden (3, 4) mit einer Messlösung (6) und bei in der Messlösung (6) vorhandenem Ammoniak zwischen der ersten Elektrode (3) und der zweiten Elektrode (4) eine Änderung einer elektrischen Größe messbar ist. Der epakt und konstruktiv einfach aufgebaut und ermöglicht in sehr kurzer zeit eine sichere Detektion von Helicobacter pylori.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Helicobacter pylori-Sensor.
  • Eine häufige Ursache für Beschwerden des oberen Gastrointestinaltraktes ist ein bakterieller Befall seiner Organe. Beispielsweise wird ein Befall mit Helicobacter pylori für eine ganze Reihe von Magenerkrankungen verantwortlich gemacht, die mit einer verstärkten Sekretion von Magensäure einhergehen. Darunter fallen beispielsweise die Typ B-Gastritis, in etwa 75% der Magengeschwüre und beinahe alle Zwölf-Fingerdarm-Geschwüre. Die Untersuchung der Hohlorgane des Gastrointestinaltraktes auf Besiedelung mit Bakterien, insbesondere auf Besiedelung mit Helicobacter pylori ist daher ein wichtiger Bestandteil der Diagnostik von Magenerkrankungen.
  • Helicobacter pylori wird beispielsweise über einen Atemtest nachgewiesen, bei dem einem Patienten ein C-13 markierter Harnstoff verabreicht wird. Das bei der Spaltung von Harnstoff (CO(NH2)2) in Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2) entstehende C-13 markierte CO2 wird in der ausgeatmeten Luft nachgewiesen. Andere Verfahren zum Nachweis von Helicobacter pylori stellen auf typische Blutwerte, wie beispielsweise Pepsinogen oder Gastrin ab. Solche Verfahren sind jedoch aufwändig und wenig zuverlässig. Ein weiterer Test auf Helicobacter pylori ist der Nachweis des Helicobacter pylori-Antigens im Stuhl.
  • Eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung des Magens auf eine Besiedelung mit Helicobacter pylori ist die so genannte Gastroskopie (”Magenspiegelung”). Während einer solchen Untersuchung nimmt der Gastroenterologe mittels einer Biopsie eine Gewebeprobe (Biopsat) aus der Magenschleimhaut, um diese sofort oder zu einem späteren Zeitpunkt auf eine Infektion mit Helicobacter pylori zu untersuchen. Ein bekanntes Untersu chungsverfahren für die Gewebeprobe ist beispielsweise der Helicobacter-Urease-Test (HU-Test, kurz HUT). Das Biopsat wird in ein Testmedium (Messlösung) gegeben, welches aus einer Nährlösung für dieses Bakterium, aus Harnstoff und aus einem Indikator (Lackmus) besteht. Ist das Helicobacter Pylori-Bakterium in der Probe enthalten, so spaltet das Bakterium den Harnstoff (CO(NH2)2) durch Urease in Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2). Das Ammoniak färbt dann den Indikator rot. Das Testergebnis ist nach wenigen Minuten zu erkennen. Der beginnende Farbumschlag von gelb nach rot ist unter ungünstigen Bedingungen nicht eindeutig feststellbar.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Helicobacter pylori-Sensor zu schaffen, mit dem in sehr kurzer Zeit eine sichere Detektion von Helicobacter pylori möglich ist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Helicobacter pylori-Sensor gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Helicobacter pylori-Sensors sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
  • Der erfindungsgemäße Helicobacter pylori-Sensor umfasst einen Objektträger mit einer Messzone, eine erste Elektrode aus einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode aus Silber, die eine Silberchlorid-Schicht aufweist, wobei sich die erste Elektrode und die zweite Elektrode wenigstens teilweise in die Messzone hinein erstrecken und bei einer zumindest teilweisen Benetzung der Messzone und der beiden Elektroden mit einer Messlösung und bei in der Messlösung vorhandenem Ammoniak zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Änderung einer elektrischen Größe messbar ist.
  • Der Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1 weist eine geringe Baugröße auf und ist konstruktiv sehr einfach aufgebaut. Somit sind auch die Herstellkosten eines derartigen Helicobacter pylori-Sensors entsprechend gering.
  • Als Edelmetalle, die nicht durch Salzsäure angegriffen werden und deshalb für die erste Elektrode (Referenzelektrode) geeignet sind, kommen Platin (Pt) und Gold (Au) in Frage.
  • Der Objektträger besteht gemäß bevorzugten Ausgestaltungen beispielsweise aus Glas, Keramik oder Kunststoff. Auch andere Materialien, die chemisch inert sind und die eine Benetzung der Messzone ermöglichen, sind für die Herstellung des Objektträgers geeignet. Gegebenenfalls ist die Oberfläche des Objektträgers, auf welchen die Messzone aufgebracht ist, einer entsprechenden Oberflächenbehandlung zu unterziehen.
  • Gemäß vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Helicobacter Pylori-Sensors können als elektrische Größen z. B. Potentiale oder elektrischer Widerstände bzw. deren Änderungen gemessen werden.
  • Der zu detektierende Ammoniak ist in der Regel in einer Probe enthalten. Bei dieser Probe kann es sich um eine Standard-Probe zur Kalibrierung des Helicobacter Pylori-Sensors oder um eine biologische Probe, z. B. eine Gewebeprobe oder ein Sekret, handeln.
  • Vorzugsweise ist als Messlösung (Nährlösung) eine sauere Messlösung, insbesondere eine salzsauere Messlösung vorgesehen. Besonders bevorzugt ist eine gepufferte Messlösung. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der saueren Messlösung Harnstoff zugesetzt.
  • Die zweite Elektrode (Messelektrode), die bei dem Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1 aus Silber (Ag) besteht, muss durch Salzsäure (HCl) geätzt werden. Nach ihrer HCl-Ätzung weist die zweite Elektrode eine Beschichtung aus Silberchlorid (AgCl) auf und ist damit für die Messung zum Nachweis von Helicobacter pylori aktiviert. Der Aktivierung der zweiten Elektrode liegt die folgende chemische Reaktion zugrunde: 2Ag + 2HCl → 2AgCl + 2H+ + 2e–
  • Wird nun eine dem Gastrointestinaltrakt entnommene Gewebeprobe in die Nährlösung aus Salzsäure (pH-Wert ähnlich dem des Magens) mit zugesetztem Harnstoff (CO(NH2)2) eingebracht, dann kann ein Befall der Gewebeprobe mit Helicobacter Pylori durch den Nachweis von Ammoniak (NH3) erkannt werden. Ammoniak wird von den Helicobacter Pylori-Bakterien durch eine Spaltung von Harnstoff durch Urease erzeugt, um sich vor der sauren Umgebung des Gastrointestinaltraktes, insbesondere der hohen Salzsäurekonzentration im Magen, zu schützen.
  • Da Ammoniak (NH3) unter normalen Umständen in einem Hohlorgan des Gastrointestinaltraktes, wie beispielsweise dem Magen, aufgrund der folgenden Neutralisationsreaktion (Bildung eines Ammonium-Kations durch Protonierung von Ammoniak) NH3 + H+ → NH4 + nicht oder nur in sehr geringer Konzentration vorkommt, stellt ein Nachweise von NH3 ein sehr starkes Indiz für das Vorhandensein von Helicobacter Pylori dar. Das Proton (H+, Wasserstoffkern) ist Bestandteil der Magensäure.
  • Die für den Nachweis von Helicobacter Pylori entsprechende chemische Reaktion lautet: AgCl + 2NH3 → [Ag(NH3)2]+ + Cl–
  • Das Salz AgCl wird durch Ammoniak in den Silber-Diamin-Komplex [Ag(NH3)2]+ und in Chlor (Cl–) aufgespaltet. Der Silber-Diamin-Komplex [Ag(NH3)2]+ ist als Kation hervorragend in Wasser löslich und wird von der vorzugsweise saueren, insbesondere gepufferten Messlösung (Nährlösung) aufgenommen. Da zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode vorzugsweise ein Potential, also stromlos, gemessen wird, findet kaum Ionenwanderung in der saueren Messlösung statt.
  • Das zwischen der ersten Elektrode (Referenzelektrode) und der zweiten Elektrode (Messelektrode) auf bekannte Weise gemessene Potential wird protokolliert und optisch und/oder akustisch angezeigt. Durch einen (automatisierten) Vergleich des Messwertes mit vorgegebenen Werten kann ein möglicher Befall des dem Patienten entnommenen Biopsats mit Helicobacter Pylori zuverlässig angezeigt werden.
  • Nach Beendigung der Analyse der entnommenen Gewebeprobe werden bei dem Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1 die Elektroden zunächst desinfiziert und anschließend mit einer Spüllösung (Salzsäure oder eine Mischung aus Salzsäure und Harnstoff) gespült. Durch die Spülung der zweiten Elektrode mit Salzsäure oder mit einer Salzsäure-Harnstoff-Mischung erfolgt bei der zweiten Elektrode eine Regenerierung der AgCl-Oberfläche gemäß der folgenden chemischen Reaktion: 2Ag + 2HCl → 2AgCl + 2H+ + 2e–
  • Die vom Ammoniak verursachten Beschädigungen in der Silberchlorid-Schicht der zweiten Elektrode werden dadurch wieder beseitigt. Der erfindungsgemäße Helicobacter pylori-Sensor kann somit nach einer eventuell notwendigen Rekalibrierung des verwendeten Potentialmessgeräts und nach einer erneuten Benetzung der Messzone und der beiden Elektroden mit der vorzugsweise saueren, insbesondere gepufferten Messlösung erneut zum Nachweis von Helicobacter Pylori eingesetzt werden.
  • Der erfindungsgemäße Helicobacter pylori-Sensor ist damit nicht nur kompakt und konstruktiv einfach aufgebaut, sondern er erlaubt darüber hinaus auch eine sehr schnelle Untersuchung von entnommenen Gewebeproben auf Helicobacter Pylori.
  • Sowohl die erste Elektrode als auch die zweite Elektrode können als separate stabförmige oder flächenförmige Elektroden ausgebildet sein, die sich zumindest teilweise in die Messlösung (Nährlösung) hinein erstrecken.
  • Der Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1 kann aufgrund seiner geringen Herstellkosten, die aus seinem konstruktiv einfachen Aufbau resultieren, als Einmalartikel ausgeführt sein. Er ist dann nach einmaliger Benutzung fachgerecht zu entsorgen.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des Helicobacter pylori-Sensors weist der Objektträger innerhalb der Messzone eine Vertiefung auf. Falls der Helicobacter pylori-Sensor mehrfach verwendet werden soll, ist in der Vertiefung in vorteilhafter Weise ein auswechselbarer Einsatz einsetzbar. Anstelle des kompletten Helicobacter pylori-Sensors ist dann nur der auswechselbare Einsatz fachgerecht zu entsorgen.
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im Folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch auf das erläuterte Ausführungsbeispiel beschränkt zu sein. Es zeigen:
  • 1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Helicobacter pylori-Sensors in einer Draufsicht,
  • 2 der Helicobacter pylori-Sensor gemäß 1 in einem Längsschnitt.
  • Der in den 1 und 2 gezeigte Helicobacter pylori-Sensor umfasst erfindungsgemäß einen Objektträger 1 mit einer Messzone 2 und eine erste Elektrode 3 aus Gold, einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode 4 aus Silber, die mit Silberchlorid beschichtet ist. Die Beschichtung mit Silberchlorid wird durch eine Ätzung mit Salzsäure erzielt. Der Objektträger 1 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Glas und ist ca. 75 mm lang, ca. 26 mm breit und ca. 1,4 mm dick.
  • Der Objektträger 1 weist innerhalb der Messzone 2 eine Vertiefung 5 mit einem Durchmesser von ca. 20 mm und einer Tiefe von ca. 0,8 mm. Die Vertiefung 5 ist mit einer gepufferten Messlösung 6 (Nährlösung) befüllbar. Bei dem gezeigten Helicobacter pylori-Sensor ist die Vertiefung 5 im befüllten Zustand dargestellt.
  • Die erste Elektrode 3 (Referenzelektrode) besitzt an ihrem einen Ende 3a einen Kontakt 7, der an einer Außenseite des Objektträgers 1 angeordnet ist und zur Kontaktierung eines Potential-Messgeräts dient. Weiterhin weist die Elektrode 3 an ihrem anderen Ende 3b einen Elektrodenkopf 8 auf, der in die sauere Messlösung 6 eingetaucht ist.
  • Die zweite Elektrode 4 (Messelektrode) besitzt an ihrem einen Ende 4a einen Kontakt 9, der an einer Außenseite des Objektträgers 1 angeordnet ist und ebenfalls zur Kontaktierung eines Potential-Messgeräts dient. Weiterhin weist die Elektrode 4 an ihrem anderen Ende 4b einen verbreiterten Elektrodenkopf 10 auf, der ebenfalls in die sauere Messlösung 6 eingetaucht ist.
  • Der gezeigte Helicobacter pylori-Sensor ist – wie aus den 1 und 2 ersichtlich – konstruktiv sehr einfach aufgebaut.
  • Eine mittels Biopsie aus dem Magen entnommene, in den 1 und 2 nicht dargestellte Gewebeprobe (Biopsat) muss auf der zweiten Elektrode 4 zumindest teilweise aufliegen, um bei einem Biopsat, das Ammoniak durch Urease abspaltet, ein Potential zwischen der ersten Elektrode 3 und der zweiten Elektrode 4 zu messen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist aufgrund des verbreiterten Elektrodenkopfs 10 das Auflegen des Biopsats auf die zweite Elektrode 4 problemlos möglich.
  • Der dargestellte Helicobacter pylori-Sensor ist damit nicht nur kompakt und konstruktiv einfach aufgebaut, sondern er er laubt auch eine sehr schnelle Untersuchung von entnommenen Gewebeproben auf Helicobacter Pylori.

Claims (20)

  1. Helicobacter pylori-Sensor, umfassend einen Objektträger (1) mit einer Messzone (2), eine erste Elektrode (3) aus einem Edelmetall, das nicht durch Salzsäure angreifbar ist, und eine zweite Elektrode (4) aus Silber, die eine Silberchlorid-Schicht aufweist, wobei sich die erste Elektrode (3) und die zweite Elektrode (4) wenigstens teilweise in die Messzone (2) hinein erstrecken und bei einer zumindest teilweisen Benetzung der Messzone (2) und der beiden Elektroden (3, 4) mit einer Messlösung (6) und bei in der Messlösung (6) vorhandenem Ammoniak zwischen der ersten Elektrode (3) und der zweiten Elektrode (4) eine Änderung einer elektrischen Größe messbar ist.
  2. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei als elektrische Größe ein Potential messbar ist.
  3. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei als elektrische Größe ein elektrischer Widerstand messbar ist.
  4. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei der zu detektierende Ammoniak in einer Probe enthalten ist.
  5. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 4, wobei die Probe eine biologische Probe ist.
  6. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 5, wobei die biologische Probe eine Gewebeprobe ist.
  7. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 5, wobei die biologische Probe ein Sekret ist.
  8. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei der Objektträger (1) aus Glas besteht.
  9. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei der Objektträger (1) aus Keramik besteht.
  10. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei der Objektträger (1) aus Kunststoff besteht.
  11. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (3) aus Platin oder aus Gold besteht.
  12. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei der Objektträger (1) innerhalb der Messzone (2) eine Vertiefung (5) aufweist.
  13. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 12, wobei in der Vertiefung (5) ein auswechselbarer Einsatz einsetzbar ist.
  14. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (3) und die zweite Elektrode (4) jeweils an einer Außenseite des Objektträgers (1) jeweils wenigstens einen Kontakt (7, 9) aufweist.
  15. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 14, wobei die Kontakte (7, 9) der Elektroden (3, 4) mittels einer Leitpaste hergestellt sind.
  16. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 15, wobei die Kontakte (7, 9) der Elektroden (3, 4) auf ihrer Oberfläche eine Schutzschicht aufweisen.
  17. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1, wobei als Messlösung (6) eine sauere Messlösung vorgesehen ist.
  18. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 17, wobei als sauere Messlösung (6) eine salzsauere Messlösung vorgesehen ist.
  19. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 1 oder 17, wobei als sauere Messlösung (6) eine gepufferte Messlösung vorgesehen ist.
  20. Helicobacter pylori-Sensor nach Anspruch 17, wobei der saueren Messlösung (6) Harnstoff zugesetzt ist.
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