DE102015007029A1 - Fluid sampling device and its manufacture, fluid analysis device and optical measurement method - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Fluidprobenvorrichtung zur Anordnung in einer erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung, aufweisend eine Kanaleinrichtung, die ein Kanalinnenvolumen umgibt, durch das eine Fluidprobe in Kanalrichtung (S) strömbar ist, wobei die Kanalrichtung senkrecht zum Kanalquerschnitt ist und wobei die Kanaleinrichtung mindestens einen sich in Kanalrichtung zwischen einem ersten Kanalquerschnitt (A1) und einem zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstreckenden Kanalabschnitt aufweist, einen ersten Lichtwellenleiter, der eine erste Außenfläche zur Bildung eines ersten evaneszenten Feldes (f1) aufweist, und einen zweiten Lichtwellenleiter, der eine zweite Außenfläche zur Bildung eines zweiten evaneszenten Feldes (f2) aufweist, mindestens eine Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung, wobei die erste Außenfläche und zweite Außenfläche sich jeweils zwischen dem ersten Kanalquerschnitt (A1) und zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstrecken und entlang dieses Kanalabschnitts und im Kontakt mit dem Kanalinnenvolumen angeordnet sind, um das Eindringen des ersten und des zweiten evaneszenten Feldes in das Kanalinnenvolumen des Kanalabschnitts zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft ferner diese Fluidanalysevorrichtung, das Herstellungsverfahren für die Fluidprobenvorrichtung und ein optisches Messverfahren zur Messung an der Fluidprobenvorrichtung.The invention relates to a fluid sampling device for arrangement in a fluid analysis device according to the invention, comprising a channel device surrounding a channel internal volume through which a fluid sample in the channel direction (S) is flowable, wherein the channel direction is perpendicular to the channel cross section and wherein the channel means at least one in channel direction between a first optical waveguide having a first outer surface to form a first evanescent field (f1), and a second optical waveguide having a second outer surface to form a second evanescent Feld (f2), at least one interface device for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide with the interface device of the fluid analysis device, wherein the first outer surface and second outer surface each extending between the first channel cross-section (A1) and second channel cross-section (A2) and are arranged along this channel portion and in contact with the channel internal volume to allow the penetration of the first and second evanescent field in the channel internal volume of the channel portion. The invention further relates to this fluid analysis device, the fluid sampling device manufacturing method, and an optical measurement method for measurement on the fluid sampling device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Fluidprobenvorrichtung für eine Fluidanalysevorrichtung, diese Fluidanalysevorrichtung für diese Fluidprobenvorrichtung, deren Herstellung und ein optisches Messverfahren zur Messung an der Fluidprobenvorrichtung.The invention relates to a fluid sampling device for a fluid analysis device, to this fluid analysis device for this fluid sampling device, to the production thereof, and to an optical measurement method for measurement on the fluid sampling device.
Stand der TechnikState of the art
Bei klassischen Verfahren zur Fluidanalyse einer Fluidprobe, insbesondere in der Blutanalytik spielt die Sedimentation der Fluidprobe durch Gravitationseffekte eine negative Rolle, weil sie je nach Strömungsverlauf zu Konzentrationsinhomogenitäten in der Fluidprobe sorgen, welche die Messungen verfälschen.In classical methods for fluid analysis of a fluid sample, in particular in blood analysis, the sedimentation of the fluid sample by gravitational effects plays a negative role, because they provide concentration inhomogeneities in the fluid sample, which falsify the measurements depending on the flow.
Aus der
Aus der
Die
Allen derartigen Verfahren betreiben hohen apparativen Aufwand um mit einen zumeist zusätzlichen Verfahren eine möglichst gute Mischung aller Partikel im Fluid mit möglichst gleichförmiger statistischer Verteilung aller Partikel zu erreichen. Eine Sedimentation bzw. Entmischung ist unerwünscht, da diese die Messergebnisse und statistischen Auswertungen verfälschen.All such methods operate at high equipment cost to achieve a very good mix of all particles in the fluid with uniform as possible statistical distribution of all particles with a mostly additional method. Sedimentation or segregation is undesirable because they falsify the measurement results and statistical evaluations.
Aufgabe/nTasks
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Fluidprobenvorrichtung, deren Herstellung, und eine Fluidanalysevorrichtung zur Fluidanalyse der Fluidprobe, insbesondere Blutanalytik, und ein schnelles, sicheres optisches Messverfahren bereit zu stellen.The invention has for its object to provide a simple fluid sampling device, their preparation, and a fluid analysis device for fluid analysis of the fluid sample, in particular blood analysis, and a fast, secure optical measurement method.
Eine weitere Aufgabe ist es, Lichtstreuungseffekte zu vermeiden, die durch im Stand der Technik oftmals übliche Beleuchtungsanordnungen bei der Fluidanalyse auftreten, womit u. a. das Problem der blutzellzerstörenden Hämolyse bei der Bestimmung der Konzentrationen der Hämoglobinderivate bei der optischen Laktatbestimmung vermieden wird.Another object is to avoid light scattering effects that occur in the fluid analysis by often common in the prior art lighting arrangements, which u. a. the problem of blood cell destroying hemolysis in the determination of the concentrations of hemoglobin derivatives in optical lactate determination is avoided.
Eine weitere Aufgabe ist es eine einfache, aus wenigen, möglichst gleichen Bauteilen bestehende Fluidprobenvorrichtung bereit zu stellen, die einfach und kostengünstig zu fertigen ist und einfach vorzuhalten ist.A further object is to provide a simple fluid sampling device consisting of a few components that are as similar as possible, which is simple and inexpensive to produce and easy to store.
Diese Aufgaben werden durch die Fluidprobenvorrichtung gemäß Anspruch 1, die Fluidanalysevorrichtung gemäß Anspruch 7 und das optisch Messverfahren gemäß Anspruch 13 und das Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 gelöst.These objects are achieved by the fluid sampling device according to
Beschreibungdescription
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist eingerichtet zur Anordnung in einer erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung, und weist auf: – eine Kanaleinrichtung, die ein Kanalinnenvolumen umgibt, durch das eine Fluidprobe in Kanalrichtung strömbar ist, wobei die Kanalrichtung senkrecht zum Kanalquerschnitt ist und wobei die Kanaleinrichtung mindestens einen sich in Kanalrichtung zwischen einem ersten Kanalquerschnitt (A1) und einem zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstreckenden Kanalabschnitt aufweist, – einen ersten Lichtwellenleiter, der eine erste Außenfläche zur Bildung eines ersten evaneszenten Feldes aufweist, – einen zweiten Lichtwellenleiter, der eine zweite Außenfläche zur Bildung eines zweiten evaneszenten Feldes aufweist, – mindestens eine Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung, – wobei die erste Außenfläche und zweite Außenfläche sich jeweils zwischen dem ersten Kanalquerschnitt (A1) und zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstrecken und entlang dieses Kanalabschnitts und im Kontakt mit dem Kanalinnenvolumen angeordnet sind, um das Eindringen des ersten und des zweiten evaneszenten Feldes in das Kanalinnenvolumen des Kanalabschnitts zu ermöglichen.The fluid sampling device according to the invention is arranged for arrangement in a fluid analysis device according to the invention and comprises: a channel device surrounding a channel internal volume through which a fluid sample is flowable in the channel direction, wherein the channel direction is perpendicular to the channel cross-section and wherein the channel means at least one in the channel direction a first optical waveguide having a first outer surface for forming a first evanescent field, a second optical waveguide having a second outer surface for forming a second evanescent field - at least one interface device for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device, - wherein the first outer surface and zw Each outer surface extending between each of the first channel cross-section (A1) and second channel cross-section (A2) and are arranged along this channel portion and in contact with the channel inner volume to allow the penetration of the first and second evanescent field in the channel internal volume of the channel portion.
Das mittels der Fluidprobenvorrichtung analysierbare Fluid ist vorzugsweise eine nicht-newton'sche Flüssigkeit, insbesondere eine wässrige Partikelsuspension, insbesondere eine biologische Flüssigkeit, insbesondere Blut. Die Fluidprobenvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine laminare Strömung des Fluids zu erzielen.The fluid which can be analyzed by means of the fluid sampling device is preferably a non-Newtonian fluid, in particular an aqueous particle suspension, in particular a biological fluid, in particular blood. The fluid sampling device is preferably configured to achieve a laminar flow of the fluid.
Vorzugsweise besteht die Fluidprobenvorrichtung aus Kunststoff oder weist Kunststoff aus. Die erste Außenfläche des ersten Lichtwellenleiter und die zweite Außenfläche des zweiten Lichtwellenleiters sind vorzugsweise möglichst permeabel für das dort auszubildende evaneszente Feld ausgebildet. Der erste Lichtwellenleiter und/oder der zweite Lichtwellenleiter können aus Kunststoff oder Glas bestehen. Vorzugsweise besteht die Fluidprobenvorrichtung im Wesentlichen aus dem ersten und dem zweiten Lichtwellenleiter, sowie mindestens einem Kanalwandelement, das insbesondere folienartig sein kann oder aus Folie bestehen kann. Ein Trägersubstrat für diese Bauteil kann vorgesehen sein. Es kann die Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung in mindestens einem Flächenabschnitt des ersten und zweiten Lichtwellenleiters bestehen, in den Licht einkoppelbar ist bzw. aus dem Licht austreten kann. Eine derartig kompakte Bauweise ist bevorzugt, um geringe Herstellungskosten der Fluidprobenvorrichtung zu erreichen. Vorzugsweise ist die Fluidprobenvorrichtung ein Einwegartikel. Dadurch wird auf einfache Weise eine sterile und unverfälschte Messumgebung gewährleistet. Preferably, the fluid sampling device is made of plastic or plastic. The first outer surface of the first optical waveguide and the second outer surface of the second optical waveguide are preferably formed as permeable as possible for the evanescent field to be formed there. The first optical waveguide and / or the second optical waveguide may consist of plastic or glass. Preferably, the fluid sampling device consists essentially of the first and the second optical waveguide, and at least one channel wall element, which may in particular be film-like or may consist of film. A carrier substrate for this component can be provided. It can consist of the interface device for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device in at least one surface portion of the first and second optical waveguide, can be coupled into the light or can emerge from the light. Such a compact construction is preferred in order to achieve low manufacturing costs of the fluid sampling device. Preferably, the fluid sampling device is a disposable article. This ensures a simple and sterile measurement environment.
Es ist aber auch möglich die Fluidprobenvorrichtung als wieder verwertbaren Artikel auszubilden, der insbesondere sterilisierbar – z. B. autoklavierbar – ausgebildet ist.But it is also possible to form the fluid sampling device as a reusable article, in particular sterilizable -. B. autoclavable - is formed.
Der erste und/oder der zweite Lichtwellenleiter ist ein für Infrarot und/oder sichtbares Licht transparentes Bauteil, das eine Faser, Röhre, ein Stab oder ein Plattenteil sein kann, das Licht über kurze oder lange Strecken transportieren kann. Die Lichtleitung wird dabei durch Reflexion an der Grenzfläche des Lichtwellenleiters entweder durch Totalreflexion auf Grund eines geringeren Brechungsindex das den Lichtleiter umgebenden Mediums oder durch (Teil-)Verspiegelung der Grenzfläche erreicht. Der erste und/oder der zweite Lichtwellenleiter können aus Glas oder Kunststoff sein oder solche Materialien aufweisen. Der erste und/oder der zweite Lichtwellenleiter sind vorzugsweise im wesentlichen gerade ausgebildet, können aber auch zumindest abschnittsweise gebogen ausgebildet sein, wobei sie insbesondere der Richtung des Kanalabschnitts folgen können.The first and / or the second optical waveguide is a transparent to infrared and / or visible light component, which may be a fiber, tube, a rod or a plate member that can transport light over short or long distances. The light pipe is achieved by reflection at the interface of the optical waveguide either by total reflection due to a lower refractive index surrounding the light guide medium or by (partial) mirroring of the interface. The first and / or the second optical waveguide may be made of glass or plastic or comprise such materials. The first and / or the second optical waveguide are preferably formed substantially straight, but may also be formed bent at least in sections, in particular, they can follow the direction of the channel section.
Vorzugsweise verlaufen der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter im Kanalabschnitt parallel zueinander und sind vorzugsweise durch mindestens ein Kanalwandelement, insbesondere ein flächiges Verbindungselement bzw. eine flächige Verbindung beabstandet, derart, dass die Lichtwellenleiter und das zumindest eine Kanalwandelement den Kanalabschnitt bilden. Für das Messprinzip ist lediglich erforderlich, dass der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter bezüglich eines Schwerefeldes unterschiedlich angeordnet sind, so dass sich durch Partikelsedimentation an der zweiten Außenfläche im Vergleich zur ersten Außenfläche eine andere messbare Beeinflussung des jeweiligen evaneszenten Feldes ergibt. Der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter können auch zumindest abschnittsweise geneigt zueinander angeordnet sein.The first optical waveguide and the second optical waveguide preferably run parallel to one another in the channel section and are preferably spaced apart by at least one channel wall element, in particular a planar connecting element or a planar connection, such that the optical waveguides and the at least one channel wall element form the channel section. For the measuring principle, it is only necessary for the first optical waveguide and the second optical waveguide to be arranged differently with respect to a gravitational field, so that particle measurment on the second outer surface results in a different measurable influencing of the respective evanescent field compared to the first outer surface. The first optical waveguide and the second optical waveguide can also be arranged inclined relative to one another at least in sections.
Es können mehr als zwei Lichtwellenleiter vorgesehen sein, die entlang des Kanalabschnitts angeordnet sind. Dadurch kann die Messqualität verbessert werden.There may be more than two optical fibers arranged along the channel section. This can improve the measurement quality.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Kanalwandelement eine flächige Verbindung, insbesondere eine Folie, die insbesondere die Lichtwellenleiter umfasst oder beidseitig beaufschlagt. Dadurch wird die Herstellung der Fluidprobenvorrichtung kostengünstig.Preferably, the at least one channel wall element is a planar connection, in particular a foil which in particular comprises the optical waveguides or acts on both sides. Thereby, the production of the fluid sampling device becomes inexpensive.
Vorzugsweise ist der Kanalabschnitt zur Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche eingerichtet. Dazu weist der Kanalabschnitt insbesondere eine geeignete Größe des Kanalquerschnitts, insbesondere des ersten und zweiten Kanalquerschnitts auf, der die Sedimentation der Partikel erlaubt.Preferably, the channel section is arranged for sedimentation of particles contained in the fluid between the first outer surface and the second outer surface. For this purpose, the channel section has in particular a suitable size of the channel cross-section, in particular of the first and second channel cross-section, which allows the sedimentation of the particles.
Vorzugsweise weist die Fluidprobenvorrichtung mehr als zwei Lichtwellenleiter auf, die insbesondere entlang des Kanalabschnitts angeordnet sind. Der erste und/oder zweite oder der weitere Lichtwellenleiter kann als Kanalwandelement ausgebildet sein und/oder kann innerhalb des Kanalabschnitts angeordnet sein.Preferably, the fluid sampling device has more than two optical waveguides, which are arranged in particular along the channel section. The first and / or second or the further optical waveguide can be formed as a channel wall element and / or can be arranged within the channel section.
Vorzugsweise weist die Fluidprobenvorrichtung eine Fluid-Schnittstelleneinrichtung zum Anschluss der Kanaleinrichtung an eine Fluidbewegungseinrichtung, insbesondere eine Pumpe auf. Diese Fluid-Schnittstelleneinrichtung kann mindestens einen Befestigungsabschnitt, z. B. einen Befestigungsflansch, aufweisen, und gegebenenfalls ein Dichtungsmittel, z. B. einen O-Ring.The fluid sampling device preferably has a fluid interface device for connecting the channel device to a fluid movement device, in particular a pump. This fluid interface device may comprise at least one attachment portion, e.g. As a mounting flange, and optionally a sealant, for. B. an O-ring.
Die erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung zur Aufnahme mindestens einer erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung weist auf: – mindestens eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der Fluidprobenvorrichtung, – eine optische Messeinrichtung, die zur Messung eines durch den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung transmittierten Lichts (LT1) und zur Messung eines durch den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung transmittierten Lichts (LT2) eingerichtet ist, und – mindestens eine Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung der optischen Messeinrichtung mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidprobenvorrichtung.The fluid analysis device according to the invention for receiving at least one fluid sampling device according to the invention comprises: at least one receiving device for receiving the fluid sampling device, an optical measuring device for measuring a light transmitted through the at least one first optical waveguide of the fluid sampling device and measuring at least one of the at least one a second optical waveguide of the fluid sample device of transmitted light (LT2) is set up, and at least one interface device for connecting the optical measuring device with the interface device of the fluid sampling device.
Die optische Messeinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das in den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung zu leitende Licht (LS1) und das in den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung zu leitende Licht (LS2) zu steuern. Diese Funktion kann auch von einer vorzugsweise vorgesehenen elektronischen Steuereinrichtung der Fluidanalysevorrichtung übernommen sein.The optical measuring device is preferably configured to control the light (LS1) to be conducted in the at least one first optical waveguide of the fluid sampling device and the light (LS2) to be guided into the at least one second optical waveguide of the fluid sampling device. This function can also be taken over by a preferably provided electronic control device of the fluid analysis device.
Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung, insbesondere die optische Messeinrichtung auf: – mindestens eine erste Lichtquelle, um Licht (LS1; LS2) in den ersten und/oder den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung einzukoppeln; – mindestens einen Lichtdetektor, um das durch den ersten und/oder den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangte und das durch die Absorption des ersten und/oder des zweiten evaneszenten Feldes veränderte Licht (LT1; LT2) zu detektieren, und vorzugsweise: – eine elektronische Steuereinrichtung, um in Abhängigkeit vom eingekoppelten Licht und vom veränderten Licht mindestens ein Messsignal zu generieren.Preferably, the fluid analysis device, in particular the optical measuring device, comprises: at least one first light source for coupling light (LS1, LS2) into the first and / or the second optical waveguide of the fluid sampling device; At least one light detector for detecting the light (LT1, LT2) passed through the first and / or the second optical waveguide of the fluid sampling device and the light (LT1, LT2) modified by the absorption of the first and / or the second evanescent field, and preferably: an electronic control device in order to generate at least one measuring signal depending on the coupled-in light and the changed light.
Die mindestens eine erste Lichtquelle und/oder mindestens eine zweite Lichtquelle kann jeweils eine LED sein, insbesondere eine LED mit einem mehrere Wellenlängen umfassenden Farbspektrum, z. B. mit weißem Licht. Die Lichtquelle kann aber auch im wesentlichen monochromatisch sein, und kann z. B. eine Laserdiode sein.The at least one first light source and / or at least one second light source may each be an LED, in particular an LED having a color spectrum comprising several wavelengths, for example a light source. With white light. The light source can also be substantially monochromatic, and z. B. be a laser diode.
Die Emission des in den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter eingeleiteten Lichts (LS1) und die Emission des in den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter eingeleiteten Lichts (LS2) erfolgen vorzugsweise simultan, können aber auch zeitlich überlappend oder nacheinander erfolgen. Die Detektion des durch den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter transmittierten Lichts (LT1) und die Detektion des durch den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter transmittierten Lichts (LT2) erfolgen vorzugsweise simultan, können aber auch zeitlich überlappend oder nacheinander erfolgen.The emission of the light (LS1) introduced into the at least one first optical waveguide and the emission of the light (LS2) introduced into the at least one second optical waveguide preferably take place simultaneously, but can also take place overlapping in time or successively. The detection of the light (LT1) transmitted by the at least one first optical waveguide and the detection of the light (LT2) transmitted by the at least one second optical waveguide are preferably carried out simultaneously, but can also take place overlapping in time or successively.
Der mindestens eine erste Lichtdetektor und/oder der mindestens eine zweite Lichtdetektor kann ein Photodetektor sein, z. B. ein Photomultiplier oder eine Photodiode sein.The at least one first light detector and / or the at least one second light detector may be a photodetector, for. B. be a photomultiplier or a photodiode.
Vorzugsweise ist die Fluidanalysevorrichtung, insbesondere deren Aufnahmeeinrichtung, dazu eingerichtet, die Fluidprobenvorrichtung in einem durch Gravitation oder durch Zentrifugation erzeugten Schwerefeld auszurichten, um in dem Schwerefeld die Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche zu bewirken. Dazu kann die Fluidanalysevorrichtung, insbesondere deren Aufnahmeeinrichtung, z. B. eine Positionierungseinrichtung aufweisen, mittels der die in der Aufnahmeeinrichtung angeordnete Fluidprobenvorrichtung im Schwerefeld unbeweglich gehalten wird oder justiert wird.Preferably, the fluid analysis device, in particular its receiving device, is adapted to align the fluid sampling device in a gravitational field generated by gravity or by centrifugation to effect sedimentation of particles contained in the fluid between the first outer surface and the second outer surface in the gravitational field. For this purpose, the fluid analysis device, in particular its receiving device, for. Example, have a positioning means by means of which arranged in the receiving device fluid sampling device is held immobile in the gravity field or adjusted.
Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung eine Fluidbewegungseinrichtung auf, mittels der die Lichtwellenleiter in Fließrichtung des Fluids der Fluidprobe in ihrer relativen Lage zum Schwerefeld bewegbar sind. Die Fluidbewegungseinrichtung ist vorzugsweise eine Fluidtransporteinrichtung, insbesondere eine Pumpe, z. B. eine Pumpe zur kontinuierlichen Förderung, insbesondere eine kontinuierlich fördernde rotatorische Pumpe, insbesondere eine Impellerpumpe, Axialpumpe, Zahnradpumpe; oder vorzugsweise Zentrifugalpumpe.Preferably, the fluid analysis device has a fluid movement device, by means of which the optical waveguides are movable in the direction of flow of the fluid of the fluid sample in their relative position to the gravitational field. The fluid movement device is preferably a fluid transport device, in particular a pump, for. B. a pump for continuous delivery, in particular a continuously conveying rotary pump, in particular an impeller pump, axial pump, gear pump; or preferably centrifugal pump.
Vorzugsweise weist die elektronische Steuereinrichtung eine A/D-Wandlereinrichtung auf und/oder eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere CPU oder Mikroprozessor, und/oder eine Datenspeichereinrichtung.The electronic control device preferably has an A / D converter device and / or a digital data processing device, in particular a CPU or microprocessor, and / or a data storage device.
Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das durch den ersten Lichtwellenleiter gelangte und das durch die Absorption des ersten evaneszenten Feldes veränderte Licht als ein erstes Messsignal zu erfassen und das durch den zweiten Lichtwellenleiter gelangte und durch die Absorption des zweiten evaneszenten Feldes veränderte Licht als ein zweites Messsignal zu erfassen. Vorzugsweise weist die elektronische Steuereinrichtung eine Auswertungseinrichtung auf, um das erste Messsignal und das zweite Messsignal, insbesondere zeitabhängig und/oder insbesondere durch Bildung einer Differenz aus dem ersten und zweiten Messsignal, zu vergleichen. Auf diese Weise kann die Messung des evaneszenten Feldes erfolgen.The electronic control device is preferably set up to detect the light which has passed through the first optical waveguide and the light changed by the absorption of the first evanescent field as a first measuring signal and the light which has passed through the second optical waveguide and is changed by the absorption of the second evanescent field to capture the second measurement signal. Preferably, the electronic control device has an evaluation device to compare the first measurement signal and the second measurement signal, in particular time-dependent and / or in particular by forming a difference from the first and second measurement signal. In this way, the measurement of the evanescent field can take place.
Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die durch das Eindringen von im Fluid enthaltenen Partikeln in das erste evaneszente Feld bewirkte Veränderung des ersten Messsignals zu detektieren und/oder die durch das Eindringen von im Fluid enthaltenen Partikeln in das zweite evaneszente Feld bewirkte Veränderung des zweiten Messsignals zu detektieren. Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung, insbesondere die Auswertungseinrichtung, dazu eingerichtet, einen zeitlichen Mittelwert des insbesondere zeitabhängigen ersten und/oder zweiten Messsignals zu bestimmen. Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung, insbesondere die Auswertungseinrichtung, dazu eingerichtet, das erste und oder das zweite Messsignal zu analysieren, um die Häufigkeit(en) des Eindringens der im Fluid enthaltenen Partikel in das erste und/oder zweite evaneszente Feld zu detektieren, insbesondere diese Häufigkeiten zu vergleichen und/oder statistisch auszuwerten.Preferably, the electronic control device is configured to detect the change in the first measurement signal caused by the penetration of particles contained in the fluid into the first evanescent field and / or the change in the second caused by the penetration of particles contained in the fluid into the second evanescent field Detect measurement signal. Preferably, the electronic control device, in particular the evaluation device, is adapted to determine a time average of the particular time-dependent first and / or second measurement signal. Preferably, the electronic control device, in particular the evaluation device, is set up to analyze the first and / or the second measurement signal in order to determine the frequency (s) of penetration of the particles contained in the fluid to detect the first and / or second evanescent field, in particular to compare these frequencies and / or to evaluate statistically.
Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung eine Fluidbewegungseinrichtung auf, mit der das Fluid durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung als Fluidstrom transportierbar ist, wobei insbesondere die elektronische Steuereinrichtung der Fluidanalysevorrichtung dazu ausgebildet ist, den durch die Fluidbewegungseinrichtung bewirkten Fluidstrom zu steuern. Die Fluidbewegungseinrichtung kann aber auch als bezüglich der Fluidanalysevorrichtung und/oder der Fluidprobenvorrichtung separate Vorrichtung vorgesehen sein, die zur Förderung des Fluids mit der Fluidanalysevorrichtung und/oder der Fluidprobenvorrichtung verbunden wird.Preferably, the fluid analysis device has a fluid movement device, with which the fluid can be transported as fluid flow through the channel device of the fluid sampling device, wherein in particular the electronic control device of the fluid analysis device is designed to control the fluid flow caused by the fluid movement device. However, the fluid movement device can also be provided as a separate device with respect to the fluid analysis device and / or the fluid sampling device, which device is connected to the fluid analysis device and / or the fluid sampling device in order to convey the fluid.
Die Erfindung betrifft auch eine erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung, an der eine erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung angeordnet ist, insbesondere so, dass sie vom Benutzer ersetzbar ist durch eine andere Fluidprobenvorrichtung. Dadurch lässt sich eine Fluidanalysevorrichtung mit mehreren Fluidprobenvorrichtungen verwenden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Fluidprobenvorrichtungen kostengünstig herstellbar ist bzw. ein Einwegartikel ist. Die Fluidprobenvorrichtung kann aber auch vom Benutzer untrennbar mit der Fluidanalysevorrichtung verbunden sein, indem diese in der Aufnahmeeinrichtung unlösbar fixiert ist.The invention also relates to a fluid analysis device according to the invention, on which a fluid sampling device according to the invention is arranged, in particular such that it can be replaced by the user by means of another fluid sampling device. As a result, it is possible to use a fluid analysis device having a plurality of fluid sampling devices, which is advantageous in particular when the fluid sampling devices can be produced inexpensively or are disposable. However, the fluid sampling device can also be inseparably connected to the fluid analysis device by the user, as it is permanently fixed in the receiving device.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur optischen Messung an einer als Suspension vorliegenden Fluidprobe in der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung, zumindest mit den Schritten: – Einbringen der Fluidprobenvorrichtung in eine Fluidanalysevorrichtung; – Orientieren der Fluidprobenvorrichtung in einem Schwerefeld, um die Sedimentation der in der Suspension enthaltenen Partikel zu ermöglichen, – Bewegen der Fluidprobe durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung, wobei während dieser Bewegung die Sedimentation der Partikel im Fluid stattfindet; – während eines Zeitabschnitts der Sedimenation: Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des ersten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als erstes Messsignal und Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des zweiten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als zweites Messsignal, – optional: Auswertung des ersten und zweiten Messsignals durch eine elektronische Auswertungseinrichtung. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens lassen sich der Beschreibung der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung oder der erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung entnehmen.The invention also relates to a method for optical measurement on a fluid sample in the fluid sample device according to the invention, at least comprising the steps of: introducing the fluid sampling device into a fluid analysis device; Orienting the fluid sampling device in a gravity field to allow sedimentation of the particles contained in the suspension, moving the fluid sample through the channel means of the fluid sampling device, during which movement the sedimentation of the particles takes place in the fluid; - During a period of sedimentation: detection, in particular time-dependent detection, of the first optical fiber of the fluid sampling device and changed by the absorption of the first evanescent field changed light as the first measurement signal and detection, in particular time-dependent detection of the passed through the second optical fiber of the fluid sampling device and by the absorption of the second evanescent field changed light as a second measurement signal, - optionally: evaluation of the first and second measurement signal by an electronic evaluation device. Preferred embodiments of the method can be found in the description of the fluid sampling device according to the invention or the fluid analysis device according to the invention.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung oder der erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung oder des erfindungsgemäßen Messverfahrens zum Zwecke der Blutanalyse.In particular, the invention relates to the use of the fluid sampling device according to the invention or the fluid analysis device according to the invention or the measuring method according to the invention for the purpose of blood analysis.
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist zur Aufnahme einer Fluidprobe eingerichtet, und bevorzugt dazu eingerichtet, in Kombination mit einer erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung ein erfindungsgemäßes optisches Messverfahren zu ermöglichen. Die Verwendung einer optischen Analysemethode besitzt gegenüber chemischen Methoden den Vorteil, dass sie umweltschonend analytische Aufgabenstellungen löst.The fluid sampling device according to the invention is set up to receive a fluid sample, and is preferably configured to enable an optical measuring method according to the invention in combination with a fluid analysis device according to the invention. The use of an optical analysis method has the advantage over chemical methods that it solves environmentally-friendly analytical tasks.
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist bevorzugt für laminar fließende Fluide, insbesondere Suspensionen, vorzugsweise Blut, ausgelegt.The fluid sampling device according to the invention is preferably designed for laminar flowing fluids, in particular suspensions, preferably blood.
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist bevorzugt für ein erfindungsgemäßes Messverfahren für nicht newtonscher Flüssigkeiten, wie z. B. Blut geeignet, aber darauf nicht beschränkt.The fluid sampling device according to the invention is preferred for a measurement method according to the invention for non-Newtonian fluids, such. B. blood suitable, but not limited thereto.
Die erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung ist bevorzugt darauf ausgelegt zumindest eine Fluidprobenvorrichtung je mit Sensorik-, Mess- und Analyseeinheiten aufzunehmen, im Schwerefeld zu orientieren und mit Schnittstellen zu verbinden, um eine Beprobung und Auswertung durchzuführen und für die Fluidprobe der jeweilige Fluidprobenvorrichtung eine insbesondere regelbare Strömungserzeugereinheit mit weiteren Schnittstellen zum jeweiligen Kanal einer Fluidprobe bereitzustellen.The fluid analysis device according to the invention is preferably designed to receive at least one fluid sampling device each with sensor, measuring and analysis units, orient in the gravitational field and connect with interfaces to perform a sampling and evaluation and for the fluid sample of the respective fluid sampling device a particular controllable flow generator unit with more Provide interfaces to each channel of a fluid sample.
Das erfindungsgemäße optische Messverfahren nutzt die begrenzte Eindringtiefe von evaneszenten Feldern von VIS und IR Strahlung in eine Fluidprobe, die in der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung fließt, in Kombination mit der Wirkung von Massenkräften. Dabei werden die Gewichtskraft im Schwerefeld der Erde, allgemein als Gravitationsanteil mit einem Zentrifugalanteil bezeichnet, und/oder zusätzliche künstliche Massenkräfte, wie Zentrifugalkräfte, die mechanisch erzeugt werden, genutzt.The optical measuring method according to the invention makes use of the limited penetration depth of evanescent fields of VIS and IR radiation into a fluid sample flowing in the fluid sampling device according to the invention, in combination with the effect of inertial forces. In this case, the weight force in the gravitational field of the earth, generally referred to as gravitational component with a centrifugal component, and / or additional artificial inertial forces, such as centrifugal forces, which are generated mechanically, are used.
Vorliegend wird vereinfacht bei der Verwendung des Begriffs Gravitation von einer Fallrichtung von oben nach unten ausgegangen, ohne dass dies auf die Orientierung im Raum Bezug nimmt. Es ist bei dieser Betrachtung wichtig, dass dies auch durch die Veränderung der relativen Lage einer Vorrichtung oder von Teilen der Vorrichtung zum Schwerefeld erfolgen kann.In the present case, the term gravitation is assumed to be simplified from top to bottom of a fall direction, without reference being made to orientation in space. It is important in this consideration that this can also be done by changing the relative position of a device or parts of the device to the gravitational field.
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus einem ersten, sich in einer Längsrichtung S erstreckenden Lichtwellenleiter und einem zweiten Lichtwellenleiter, der sich parallel zum zweiten Lichtwellenleiter erstreckt und dabei vorzugsweise einen definierten Abstand zu diesem hält. Verbunden sind die beiden Lichtwellenleiter vorzugsweise durch zumindest eine flächige Verbindung, die vorzugsweise die Lichtwellenleiter, z. B. schlauchartig, umgibt. Vorzugsweise ist zwischen den Lichtwellenleitern und der flächigen Verbindung das Kanal. Die flächige Verbindung kann z. B. aus zwei wandartigen Flächen gebildet werden, die den Kanal zwischen sich einschließen.The fluid sampling device according to the invention preferably consists essentially of a first, in a longitudinal direction S extending optical waveguide and a second optical waveguide which extends parallel to the second optical waveguide and preferably maintains a defined distance thereto. The two optical waveguides are preferably connected by at least one planar connection, which is preferably the optical waveguides, for. B. hose-like, surrounds. Preferably, the channel is between the optical waveguides and the flat connection. The area connection can z. B. be formed of two wall-like surfaces which enclose the channel between them.
Vorzugsweise ist die flächige Verbindung eine Folie bzw. aus einem folienartigen Material, und besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder weist Kunststoff auf.The flat connection is preferably a foil or of a foil-like material, and is preferably made of plastic or has plastic.
Der Kanalabschnitt nimmt die Fluidprobe auf. Vorzugsweise über Schnittstellen an beiden distalen Enden des Kanalabschnitts der Fluidprobenvorrichtung, ist sowohl die Fluidprobe in die Fluidprobenvorrichtung einbringbar, als auch mit einer Strömung, insbesondere einer laminaren Strömung, beaufschlagbar.The channel section receives the fluid sample. Preferably, via interfaces at both distal ends of the channel portion of the fluid sampling device, both the fluid sample can be introduced into the fluid sampling device, as well as with a flow, in particular a laminar flow, acted upon.
Die Fluidprobenvorrichtung orientiert die Fluidprobe in einem Schwerefeld, z. B. Gravitation im Schwerefeld der Erde oder einem künstlichen Schwerefeld. Der Kanalquerschnitt wird senkrecht zur Strömungsrichtung definiert und vorzugsweise durch Höhe mal Breite des Kanalabschnitts definiert. Die Höhe ist vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung zwischen den Außenflächen der Lichtwellenleiter definiert und die Breite ist vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung zwischen den Kanalwänden definiert. Dabei ist vorzugsweise der Betrag der Höhe des Kanalabschnitts höher als der Betrag der Breite des Kanalabschnitts. Dadurch werden Partikel in der einer laminaren Strömung ausgesetzten Fluidprobe, die zwischen den Lichtwellenleitern im Kanalabschnitt fließt, in Abhängigkeit von ihrer Masse und der Expositionszeit im Kanalabschnitt in Richtung der Gravitation in Richtung des mindestens einen unten angeordneten Lichtwellenleiters sedimentiert.The fluid sampling device orients the fluid sample in a gravitational field, e.g. B. gravitation in the gravitational field of the earth or an artificial gravity field. The channel cross-section is defined perpendicular to the flow direction and preferably defined by height times width of the channel portion. The height is preferably defined perpendicular to the flow direction between the outer surfaces of the optical waveguides and the width is preferably defined perpendicular to the flow direction between the channel walls. In this case, preferably, the amount of the height of the channel portion is higher than the amount of the width of the channel portion. As a result, particles in the laminar flow-exposed fluid sample flowing between the optical waveguides in the channel section, depending on their mass and the exposure time in the channel section in the direction of gravity in the direction of at least one arranged below optical waveguide sedimented.
Die Fluidprobenvorrichtung ist in einer ersten Ausführungsform als ein quaderförmiger Schlauch mit innen liegendem quaderförmigem Kanalabschnitt geformt, wobei die erste und zweite Außenfläche der Lichtwellenleiter die obere und untere Fläche des quaderförmigen Kanalinnenvolumens begrenzen und ein flächiges Verbindungselement, insbesondere Folie, die beiden Seitenflächen des quaderförmigen Kanalinnenvolumens begrenzt.The fluid sampling device is formed in a first embodiment as a cuboid tube with inner cuboid channel portion, wherein the first and second outer surface of the optical waveguide delimiting the upper and lower surfaces of the cuboid channel internal volume and a planar connecting element, in particular film, the two side surfaces of the cuboid channel internal volume limits ,
In einer zweiten Ausführungsform ändern der erste und zweite Lichtwellenleiter in Fließrichtung des Fluids ihre relative Lage zum Schwerefeld dadurch, dass die Fluidanalysevorrichtung eine Dreheinrichtung aufweist, mittels der die Fluidprobenvorrichtung um einen Drehwinkel α, insbesondere a = 180'', um ihre Fließrichtungsachse verdreht werden kann, wobei insbesondere der zuvor obere Lichtwellenleiter zum unteren Lichtwellenleiter werden kann und umgekehrt. Auf diese Weise können dauerhafte Partikel Ablagerungen auf dem entsprechenden unteren Lichtwellenleiter vermieden werden. Zudem kann auf diese Weise auch, zeitweise oder ausschließlich, ohne in Kanalrichtung vorliegende Fluidströmung gemessen werden.In a second embodiment, the first and second optical fibers in the flow direction of the fluid change their relative position to the gravitational field in that the fluid analysis device comprises a rotating means, by means of which the fluid sampling device can be rotated by a rotational angle α, in particular a = 180 ", about its flow direction axis In particular, the previously upper optical waveguide can become the lower optical waveguide and vice versa. In this way, permanent particles deposits on the corresponding lower optical fiber can be avoided. In addition, it is also possible to measure in this way, temporarily or exclusively, without fluid flow present in the channel direction.
In einer dritten Ausführungsform ändern der obere und untere Lichtwellenleiter in Fließrichtung des Fluids ihre relative Lage zum Schwerefeld dadurch, dass die Kanaleinrichtung, insbesondere der Kanalabschnitt, insbesondere der erste und der zweite Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung, U-förmig geformt ist, wobei dann auf dem oberen Lichtwellenleiter in antiparalleler Lage der obere Lichtwellenleiter zu liegen kommt und damit der untere Lichtwellenleiter ganz zu oberst zu liegen kommt. Dabei kann die Kanaleinrichtung auch eine mäanderförmige Struktur mit einer mehrfach stattfindenden Richtungsänderung S der Kanaleinrichtung aufweisen.In a third embodiment, the upper and lower optical waveguides change their relative position to the gravitational field in that the channel device, in particular the channel section, in particular the first and the second optical waveguide of the fluid sampling device, is U-shaped, in which case on the upper Optical waveguide comes to rest in an antiparallel position of the upper optical waveguide and thus the lower optical waveguide comes to lie completely supreme. In this case, the channel device may also have a meander-shaped structure with a multi-directional change in direction S of the channel device.
Die erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung ist vorzugsweise ebenfalls dazu eingerichtet gegebenenfalls eine Änderung der Fluidprobenvorrichtung in einem Schwerefeld, z. B. auch mechanischem Weg, durch Veränderung bzw. Orientierung einer Lage der Fluidprobenvorrichtung, z. B. durch Drehen um eine oder mehrere Achsen der Fluidprobenvorrichtung zu bewirken. Dazu kann z. B. eine Rotationsvorrichtung vorgesehen sein, auf der die Fluidanalysevorrichtung gelagert ist, wobei sich das durch die Zentrifugalkraft bedingte Schwerefeld in Richtung senkrecht zur Rotationsrichtung ausbildet.The fluid analysis device according to the invention is preferably also configured to optionally change the fluid sampling device in a gravitational field, e.g. As well as mechanical way, by changing or orientation of a layer of the fluid sampling device, for. B. by rotating about one or more axes of the fluid sampling device to effect. This can z. B. a rotation device may be provided, on which the fluid analysis device is mounted, wherein the centrifugal force caused by the gravitational field in the direction perpendicular to the rotational direction is formed.
Die im bekannten Stand der Technik als unerwünscht angeführte Sedimentation bzw. Entmischung einer Fluidprobe, ist für das erfindungsgemäße optische Messverfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung und einer Fluidanalysevorrichtung erforderlich.The sedimentation or segregation of a fluid sample mentioned in the prior art as undesirable is required for the optical measuring method according to the invention using the fluid sampling device according to the invention and a fluid analysis device.
Obwohl das erfindungsgemäße Messverfahren auch für verschiedenste nicht newtonsche Fluide Anwendung finden kann, wird das Messprinzip nachfolgend am Beispiel einer Blutanalyse erläutert.Although the measuring method according to the invention can also be used for a wide variety of non-Newtonian fluids, the measuring principle is explained below using the example of a blood analysis.
Bei der Nutzung der Sedimentationeffekte in laminar fließenden Blutproben, als Fluidprobe, nach dem erfindungsgemäßen Messverfahren, wird ausgenutzt, dass Blut im Wesentlichen aus Plasma (55%) und den Erythrozyten (44%) besteht. Die übrigen Substanzen sind dabei aufs Erste zu vernachlässigen. Die Dichte der Erythrozyten beträgt etwa 1076 kg/m3 und ist damit etwas größer als die des Plasmas mit 1028 kg/m3, was zu Sinkgeschwindigkeiten von 1 μm/s bis 3 μm/s führt.When using the sedimentation effects in laminar flowing blood samples, as a fluid sample, according to the measuring method according to the invention, it is exploited that blood consists essentially of plasma (55%) and the erythrocytes (44%). The other substances are to be ignored in the first place. The density of the erythrocytes is about 1076 kg / m 3 , which is slightly larger than that of the plasma with 1028 kg / m 3 , which leads to sinking rates of 1 .mu.m / s to 3 .mu.m / s.
Beispielhaft ausgehend von einem Volumenstrom einer Blutprobe von 1 μl/s (60 μl/min) und einem Kanalquerschnitt der Fluidprobenvorrichtung von 0,1 mm × 1 mm ergeben sich eine Fließgeschwindigkeiten des Fluids von 1 cm/s. Dabei wird der Kanal der Fluidprobenvorrichtung in dem die Fluidprobe aufgenommen ist, im Schwerefeld so ausgerichtet, dass der Vektor der Gravitationsbeschleunigung parallel zu Seitenbegrenzungen in Richtung eines Lichtwellenleiters, hier als unterer Lichtwellenleiter bezeichnet, zeigt. Bei einer derartigen Fließgeschwindigkeit ergibt sich nach ein bis drei Zentimetern für den oberen Lichtwellenleiter eine Erythrozyten freie Zone. Unter Berücksichtigung des quantenphysikalischen Effektes, bei dem das in den Lichtwellenleitern totalreflektierte Licht je nach Frequenz, z. B. bei einer Wellenlänge von ca. 600 nm bis ca. 1000 nm, etwa 1 bis 3 μm in das angrenzende Medium eindringt, ergibt sich nach kurzem Einlauf keine optische Wechselwirkung mehr mit den Erythrozyten des Blutes in diesem Bereich. Das evaneszente Strahlungsfeld des oberen Lichtwellenleiters kann daher nur noch mit dem Blutplasma wechselwirken. Für den unteren Lichtwellenleiter sieht die Situation völlig anders aus. Hier befinden sich die Erythrozyten auf dem Boden und können mit dem evaneszenten Feld des unteren Lichtwellenleiters wechselwirken. Das bedeutet, in diesem Bereich wird Strahlung (IR oder VIS) frequenzspezifisch zum Beispiel von den verschiedenen Hämoglobinderivaten absorbiert. Für beide Regionen der Fluidprobe, oben wie unten, gibt es praktisch keine störende Streuung mehr. Damit kann auch das Problem der blutzellzerstörenden Hämolyse bei der Bestimmung der Konzentrationen der Hämoglobinderivate gelöst werden.By way of example, starting from a volume flow of a blood sample of 1 μl / s (60 μl / min) and a channel cross-section of the fluid sampling device of 0.1 mm × 1 mm, a flow rate of the fluid of 1 cm / s results. In this case, the channel of the fluid sampling device in which the fluid sample is received is aligned in the gravitational field so that the vector of the gravitational acceleration parallel to lateral boundaries in the direction of an optical waveguide, here referred to as lower optical waveguide shows. At such a flow rate results after one to three centimeters for the upper optical waveguide an erythrocyte free zone. Taking into account the quantum physical effect, in which the total reflected light in the optical waveguides depending on the frequency, z. B. at a wavelength of about 600 nm to about 1000 nm, about 1 to 3 microns penetrates into the adjacent medium, resulting after a short enema no more optical interaction with the erythrocytes of the blood in this area. The evanescent radiation field of the upper optical waveguide can therefore only interact with the blood plasma. For the lower optical fiber the situation looks completely different. Here, the erythrocytes are on the ground and can interact with the evanescent field of the lower optical fiber. This means that in this area radiation (IR or VIS) is absorbed frequency-specifically, for example, by the various hemoglobin derivatives. For both regions of the fluid sample, top and bottom, there is virtually no disturbing scattering. Thus, the problem of blood cell-destroying hemolysis in the determination of the concentrations of hemoglobin derivatives can be solved.
Ein weiteres Problem bei der optischen Laktatbestimmung ist dadurch ebenfalls gelöst, weil im oberen erytrozytenfreien Bereich gemessen werden kann, ohne die Blutprobe verändern zu müssen.Another problem in the optical lactate determination is also solved because it can be measured in the upper erytrozytenfreien range without having to change the blood sample.
In einer weiteren Ausführung wird die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung durch eine schraubenartige Drehung des Kanals um 180° um die Achse in Strömungsrichtung geführt, um eine Entmischung umzukehren.In a further embodiment, the fluid sampling device according to the invention is guided by a helical rotation of the channel through 180 ° about the axis in the flow direction in order to reverse segregation.
In einer weiteren Ausführung wird die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung durch eine antiparallel Führung des Kanals nach einem 180° U-turn in der Ebene erreicht, wodurch sich z. B. die ursprüngliche Erythrozytenverteilung wieder einstellen kann.In a further embodiment, the fluid sampling device according to the invention is achieved by an anti-parallel guidance of the channel after a 180 ° U-turn in the plane, whereby z. B. can adjust the original erythrocyte distribution again.
Mehrfache Umkehrungen der Schwerefeldwirkung auf das Fluid im Strömungsverlauf, z. B. durch eine abschnittsweise schraubenartige Drehung des Kanals um 180° bzw. durch einen mäandernden Kanalverlauf sind je nach Problemstellung möglich.Multiple inversions of the gravitational field effect on the fluid in the course of the flow, z. B. by a partially helical rotation of the channel by 180 ° or by a meandering channel course are possible depending on the problem.
Ebenso ist die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung durch die Fluidanalysevorrichtung als Ganzes in seiner Position zu einem Schwerefeld absolut und zeitlich veränderbar.Likewise, the fluid sampling device according to the invention as a whole in its position to a gravity field is absolutely and temporally variable by the fluid analysis device.
Insgesamt wird durch die Erfindung auf einfache und zuverlässige Weise eine Bereitstellung, Messung und Analyse von Fluidproben ermöglicht.Overall, a provision, measurement and analysis of fluid samples is made possible by the invention in a simple and reliable manner.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung, insbesondere die Fluidprobenvorrichtung, als portable Vorrichtung ausgebildet, so dass diese vom Benutzer einfach manuell zu tragen und zu transportieren ist. Solche portablen Vorrichtungen eignen sich besonders für patientennahe Labordiagnostik (englisch: point of care testing).Preferably, the fluid analysis device according to the invention, in particular the fluid sampling device, is designed as a portable device, so that it is easy for the user to carry and transport manually. Such portable devices are particularly suitable for near-patient laboratory diagnostics (English: point of care testing).
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung, aufweisend die Schritte: – Bereitstellen der ersten und zweiten Lichtwellenleiter, vorzugsweise durch Spritzgiessen dieser Lichtwellenleiter aus einem Kunststoff, der insbesondere Polycarbonat sein kann oder aufweisen kann; – Bereitstellen der Schnittstelleinrichtung, die geeignet ist zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung; – Ausbildung der Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung; – optional: Bereitstellen mindestens eines Kanalwandelements, das insbesondere aus Kunststoff bestehen kann; – vorzugsweise: Assemblieren der Lichtwellenleiter, der Schnittstelleinrichtung und vorzugsweise des mindestens eines Kanalwandelements, um die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung auszubilden.The invention also relates, in particular, to a method for producing the fluid sampling device according to the invention, comprising the steps of: providing the first and second optical waveguides, preferably by injection molding these optical waveguides from a plastic, which may be or may be polycarbonate in particular; Providing the interface device which is suitable for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device; Formation of the channel means of the fluid sampling device; - Optional: providing at least one channel wall element, which may consist in particular of plastic; Preferably, assembling the optical waveguides, the interface device, and preferably the at least one channel wall element, to form the channel device of the fluid sampling device.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen:Further advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures. Show it:
Die Fluidprobenvorrichtung
Die Fluidprobenvorrichtung
Die erste Außenfläche
Der Kanalabschnitt
Die Fluidprobenvorrichtung weist hier eine Fluid-Schnittstelleneinrichtung (
Der erste Lichtwellenleiter
Es ist auch möglich und bevorzugt, dass die Lichtwellenleiter nicht, wie in
Die Fluidanalysevorrichtung
Die optische Messeinrichtung
Die Fluidanalysevorrichtung
Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung
Die optische Schnittstelleneinrichtung und die Fluid-Schnittstelleneinrichtung der Fluidprobenvorrichtung
Das Schwerefeld kann, wie in
Das in
- – Einbringen der Fluidprobenvorrichtung (
1 ) in eine Fluidanalysevorrichtung; (201 ) - – Orientieren der Fluidprobenvorrichtung (
1 ) in einem Schwerefeld, um die Sedimentation der in der Suspension enthaltenen Partikel zu ermöglichen, (202 ) - – Bewegen der Fluidprobe durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung, wobei während dieser Bewegung die Sedimentation der Partikel im Fluid stattfindet; (
203 ) - – während eines Zeitabschnitts der Sedimenation: Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des ersten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als erstes Messsignal und Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des zweiten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als zweites Messsignal; (
204 ) - – optional: Auswertung des ersten und zweiten Messsignals durch eine elektronische Auswertungseinrichtung (
205 ).
- Introduction of the fluid sampling device (
1 ) in a fluid analysis device; (201 ) - Orienting the fluid sampling device (
1 ) in a gravitational field to allow sedimentation of the particles contained in the suspension, (202 ) - Moving the fluid sample through the channel means of the fluid sampling device, during which movement the sedimentation of the particles takes place in the fluid; (
203 ) - - During a period of sedimentation: detection, in particular time-dependent detection, of the first optical fiber of the fluid sampling device and changed by the absorption of the first evanescent field changed light as the first measurement signal and detection, in particular time-dependent detection of the passed through the second optical fiber of the fluid sampling device and by the absorption of the second evanescent field changed light as a second measurement signal; (
204 ) - Optional: evaluation of the first and second measuring signals by an electronic evaluation device (
205 ).
Das in
- – Bereitstellen der ersten und zweiten Lichtwellenleiter (
301 ); - – Bereitstellen der Schnittstelleinrichtung, die geeignet ist zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung; (
302 ) - – Ausbildung der Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung; (
303 ) - – optional: Bereitstellen mindestens eines Kanalwandelements, das insbesondere aus Kunststoff bestehen kann; (
304 ) - – vorzugsweise: Assemblieren der Lichtwellenleiter, der Schnittstelleinrichtung und vorzugsweise des mindestens eines Kanalwandelements, um die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung auszubilden (
305 ).
- Providing the first and second optical waveguides (
301 ); - Providing the interface device which is suitable for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device; (
302 ) - Formation of the channel means of the fluid sampling device; (
303 ) - - Optional: providing at least one channel wall element, which may consist in particular of plastic; (
304 ) - Preferably, assembling the optical waveguides, the interface device and preferably the at least one channel wall element in order to form the channel device of the fluid sampling device (
305 ).
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 4437758 B4 [0003] DE 4437758 B4 [0003]
- DE 69230420 T2 [0004] DE 69230420 T2 [0004]
- EP 0810026 B1 [0005] EP 0810026 B1 [0005]
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