DE102016113042A1 - Flow cell device for measuring fluid parameters - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Durchflussmesszellenvorrichtung und ein Verfahren zur Messung von zumindest einem Fluidparameter, wie bspw. einen Blutparameter, wobei eine Anregungsstrahlung erzeugt und auf eine Fluoreszenzquelle (103) gerichtet wird. Die Fluoreszenzquelle (103) ist in der Weise angeordnet, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle (103) von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung eine Durchflussmesszelle (102) durchströmt. Zumindest ein Teil der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der zugeführten Anregungsstrahlung wird zum Beispiel mittels einer Strahlungsumlenkeinrichtung (105, 106) in der Weise umgelenkt, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (103) auf einer Seite der Durchflussmesszelle (102) erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt wird. The invention relates to a flow cell device and a method for measuring at least one fluid parameter, such as a blood parameter, wherein an excitation radiation is generated and directed to a fluorescence source (103). The fluorescence source (103) is arranged in such a way that at least part of the fluorescence radiation emitted by the fluorescence source (103) when it is being excited excites a flow measuring cell (102). At least part of the emitted fluorescence radiation or of the supplied excitation radiation is deflected, for example, by means of a radiation deflecting device (105, 106) in such a way that the fluorescence radiation can be detected on one side of the flow measuring cell (102) after flowing through the flow measuring cell (103) also the excitation radiation is supplied.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Durchflussmesszellenvorrichtung für ein Messsystem zur Messung von Fluidparametern (wie bspw. Blutparametern) auf fluoreszenzoptischer Basis, sowie ein Herstellungsverfahren für die Durchflussmesszellenvorrichtung.The present invention relates to a method and a flow measuring cell device for a measuring system for measuring fluid parameters (such as blood parameters) on a fluorescence-optical basis, as well as to a production method for the flow-measuring cell device.

Bei der physiologischen Messtechnik zur Messung von Blutparametern wie bspw. Blutglukose mit Hilfe eines Messsystems auf fluoreszenzoptischer Basis ist eine Weiterentwicklung zur Regelung der Blutglukosekonzentration von Intensivpatienten erwünscht. Bei solchen Systemen kann die Messung der Blutglukosekonzentration bspw. durch ein externes Gerät (z.B. Point-of-Care Messgerät, Blutgasanalyzer, Laboranalyzer) erfolgen. Dabei hat die Weiterentwicklung insbesondere zum Ziel, die Messfunktion in ein therapeutisches Gesamtsystem zu integrieren. Das Messsystem kann gebildet sein aus einem Einmalartikel, der vom Fluid (z.B. Blut bzw. Spüllösung) durchströmt wird und einer mit diesem Fluid in Kontakt stehenden Fluoreszenzquelle (z.B. ein Fluorophor), sowie einem wiederverwendbaren Teil, welches die optoelektronischen und elektronischen Elemente (Strahlungsquelle, Detektor) enthält und mit dem Einmalartikel lösbar verbunden wird.In the physiological measurement technique for measuring blood parameters such as, for example, blood glucose with the aid of a measuring system based on fluorescence optics, a further development for regulating the blood glucose concentration of intensive care patients is desired. In such systems, the measurement of the blood glucose concentration may, for example, be made by an external device (e.g., point-of-care meter, blood gas analyzer, laboratory analyzer). The further development has the particular aim of integrating the measurement function into a therapeutic overall system. The measuring system can be formed from a disposable article through which the fluid (eg blood or rinsing solution) flows and a fluorescence source (eg a fluorophore) in contact with this fluid, as well as a reusable part containing the optoelectronic and electronic elements (radiation source, Detector) and is releasably connected to the disposable article.

Bei der Messung von physiologischen Parametern mittels fluoreszenzoptischer Verfahren können im Wesentlichen zwei technische Ausführungsformen unterschieden werden, nämlich eine Messung im Durchlicht (d.h. die Strahlungsquelle (z.B. Lichtquelle) für die Anregungsstrahlung und der Detektor zur Erfassung der Fluoreszenzstrahlung befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des Fluorophors) und eine Messung im Rücklicht (d.h. Strahlungsquelle und Detektor befinden sich auf der gleichen Seite bezüglich des Fluorophors).In the measurement of physiological parameters by means of fluorescence optical methods essentially two technical embodiments can be distinguished, namely a measurement in transmitted light (ie the radiation source (eg light source) for the excitation radiation and the detector for detecting the fluorescence radiation are located on opposite sides of the fluorophore) and a measurement in the backlight (ie, radiation source and detector are on the same side with respect to the fluorophore).

Aus der WO 02/059585 A2 sind Beispiele für beide vorgenannten technischen Ausführungsformen bekannt. Die Messung erfolgt in beiden Fällen durch ein Phasendetektionsverfahren, d.h. ein sinusförmig moduliertes Anregungslicht erzeugt in fluoreszenzoptischen Elementen ein ebenfalls sinusförmig moduliertes Fluoreszenzsignal, das vom Detektor aufgefangen und an die nachgeschaltete Auswerteelektronik weitergeleitet wird. Aus der Phasenverschiebung zwischen Anregungs- und Fluoreszenzlicht lässt sich der zu messende physiologische Parameter schließlich ermitteln.From the WO 02/059585 A2 Examples of both aforementioned technical embodiments are known. The measurement is carried out in both cases by a phase detection method, ie a sinusoidally modulated excitation light generates a likewise sinusoidally modulated fluorescence signal in fluorescence-optical elements, which is collected by the detector and forwarded to the downstream evaluation. From the phase shift between excitation and fluorescent light, the physiological parameter to be measured can finally be determined.

Daraus wird ersichtlich, dass das von den Lichtquellen ausgehende Anregungslicht auf die fluoreszenzoptischen Elemente trifft. Diese emittieren jeweils Fluoreszenzstrahlung, welche durch eine Durchflussmesszelle, in der sich ein Fluid (z.B. Blut oder Spüllösung) befindet, tritt und schließlich auf die Detektoren trifft. Es wird also das vorgenannte Durchlichtprinzip verwendet, mit seinen spezifischen Vorteilen, aber auch mit den spezifischen Nachteilen. Nachteile beim Durchlichtprinzip sind bspw. die Zweiteilung der optoelektronischen Elemente in eine Anregungs- und eine Detektionsseite. Durch diese Zweiteilung wird mehr Bauvolumen benötigt und der mechanische Aufbau wird komplexer und teurer in der Herstellung. Ferner bedingt das Einfügen der Durchflussmesszelle in den Signalwandler (auch Transducer genannt) eine spalt- oder schlitzartige Einbuchtung am Transducer, welche wegen der erwünschten kurzen Lichtwege in der Regel kleine Dimensionen aufweist, wodurch dieser Bereich in der klinischen Anwendung schlecht zu reinigen und desinfizieren ist.It can be seen that the excitation light emanating from the light sources strikes the fluorescent optical elements. These each emit fluorescence radiation which passes through a flow cell in which a fluid (e.g., blood or rinse solution) is located, and eventually encounters the detectors. It is therefore the aforementioned transmitted light principle used, with its specific advantages, but also with the specific disadvantages. Disadvantages of the transmitted light principle are, for example, the division of the optoelectronic elements into an excitation and a detection side. This division requires more construction volume and the mechanical structure becomes more complex and more expensive to manufacture. Furthermore, the insertion of the flow cell in the transducer (also called transducer) causes a gap or slot-like indentation on the transducer, which usually has small dimensions because of the desired short light paths, whereby this area is difficult to clean and disinfect in clinical application.

Andererseits ergeben sich beim alternativen Rücklichtprinzip Nachteile dahingehend, dass die Wellenlängen des Anregungslichtes aufgrund des wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten des Blutes nur noch stark gedämpft auf den Detektor treffen. Dadurch muss das Anregungslicht vor dem Auftreffen auf den Detektor durch höherwertigere optische Filter gedämpft werden. Ferner kann die Erkennung, ob sich Blut oder Spüllösung in der Durchflussmesszelle befindet, nicht einfach aufgrund des wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten des Blutes erfolgen, da weder Anregungsnoch Fluoreszenzlicht die Messzelle durchqueren.On the other hand, disadvantages arise in the alternative backlight principle in that the wavelengths of the excitation light, due to the wavelength-dependent absorption coefficient of the blood, strike the detector only to a very high degree. As a result, the excitation light has to be attenuated by higher quality optical filters before it hits the detector. Furthermore, the detection of whether blood or rinsing solution is in the flow-measuring cell can not be done simply because of the wavelength-dependent absorption coefficient of the blood, since neither excitation nor fluorescent light traverse the measuring cell.

Der vorliegenden Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zur Messung von Fluidparametern auf fluoreszenzoptischer Basis bereitzustellen, bei dem die Vorteile des Durchlichtprinzips mit den Vorteilen des Rücklichtprinzips kombiniert werden können.The present invention is i.a. The object is to provide a measuring system for measuring fluid parameters on a fluorescence-optical basis, in which the advantages of the transmitted-light principle can be combined with the advantages of the backlight principle.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Durchflussmesszellenvorrichtung gemäß Patentanspruch 1, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 und alternative Herstellungsverfahren gemäß den Patentansprüchen 13 bis 15.This object is achieved by a flow cell device according to claim 1, a method according to claim 12 and alternative manufacturing methods according to claims 13 to 15.

Dementsprechend kann ein fluoreszenzoptisches Messsystem bereitgestellt werden, welches das Durchlichtprinzip verwendet, wobei eine Strahlungsumlenkung dergestalt vorgesehen ist, dass die optoelektronischen Elemente auf einer Ebene bezüglich der Fluoreszenzquelle bzw. der Durchflussmesszelle angeordnet werden können, um so Vorteile bzgl. Baugröße, Kosten und Handling zu erzielen. Damit kann aber bei einem fluoreszenzoptischen Messsystem das Prinzip der Durchlichtmessung mit Ausführungsformen der Rücklichtmessung kombiniert werden, indem das von der Fluoreszenzquelle (z.B. dem Fluorophor) emittierte Fluoreszenzlicht durch ein Strahlungsumlenkelement (z.B. Spiegel, Lichtleiter, etc.) umgelenkt wird und auf den Detektor trifft, welcher sich dann auf der gleichen Ebene/Seite wie die Strahlungsquelle befinden kann. Dadurch wird die unter verschiedenen Aspekten unvorteilhafte Zweiteilung der optoelektronischen Elemente und der zugehörigen Elektronik vermieden.Accordingly, a fluorescence-optical measuring system can be provided, which uses the transmitted light principle, wherein a radiation deflection is provided such that the optoelectronic elements can be arranged on a plane with respect to the fluorescence source or the flow cell, so as to achieve advantages in terms of size, cost and handling , In this way, however, in a fluorescence-optical measuring system, the principle of transmitted light measurement can be combined with embodiments of the backlight measurement by deflecting the fluorescent light emitted by the fluorescence source (eg the fluorophore) through a radiation deflecting element (eg mirror, light guide, etc.) and striking the detector. which is then on the same Level / side as the radiation source can be. This avoids the disadvantageous division of the optoelectronic elements and the associated electronics, which is unfavorable under various aspects.

Da sich nunmehr alle optoelektronischen Elemente und die gesamte Elektronik in einer Ebene/auf einer Seite befinden, können sie auf einer Leiterplatte montiert werden, wodurch der Herstellungsaufwand verringert wird. Zudem wird weniger Bauvolumen benötigt, was sich auf die Handhabung vorteilhaft auswirkt, da das am Patienten anzubringende Messgerät kleinere Abmessungen aufweist.Since now all the optoelectronic elements and the entire electronics are in one plane / on one side, they can be mounted on a printed circuit board, whereby the manufacturing cost is reduced. In addition, less volume is needed, which has a beneficial effect on handling, since the patient to be mounted on the measuring device has smaller dimensions.

Auch kann die mechanische Ausführung des zweiteiligen Messsystems stark vereinfacht werden, da das Gehäuse aufgrund des Wegfalls der zweigeteilten Elektronik einfacher gestaltet werden kann. Insbesondere kann die äußere Kontur an der Verbindungsgeometrie zwischen austauschbarer Durchflussmesszelle und Transducer sehr einfach gestaltet werden. Im einfachsten Fall handelt es sich lediglich um eine plane Ebene im Gegensatz zur herkömmlichen komplexen Kontur mit Einführungsschlitz. Damit ist der Transducer aufgrund der einfacheren äußeren Kontur für eine Reinigung oder Desinfektion besser zugänglich und besitzt keine schlecht zugänglichen Schlitze oder dergleichen.Also, the mechanical design of the two-part measuring system can be greatly simplified, since the housing can be made simpler due to the omission of the two-part electronics. In particular, the outer contour of the connection geometry between replaceable flow cell and transducer can be made very simple. In the simplest case, it is merely a plane plane in contrast to the conventional complex contour with insertion slot. Thus, the transducer is more accessible due to the simpler outer contour for cleaning or disinfection and has no poorly accessible slots or the like.

Spezifische vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben,Specific advantageous embodiments of the present invention are specified in the subclaims,

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Es zeigen:Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung des Grundprinzips eines zweiteiligen Messsystems gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen; 1 a schematic representation of the basic principle of a two-part measuring system according to various embodiments;

2 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit Lichtleitelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; 2 a schematic representation of a two-part measuring system with light guide according to a first embodiment;

3 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit Lichtleitelement mit Bündelungswirkung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; 3 a schematic representation of a two-part measuring system with light guide with bundling effect according to a second embodiment;

4 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit planem Spiegelelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel; 4 a schematic representation of a two-part measuring system with planar mirror element according to a third embodiment;

5 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit Spiegelelement mit Lichtbündelung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel; 5 a schematic representation of a two-part measuring system with mirror element with light bundling according to a fourth embodiment;

6 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen gemäß einem fünftem Ausführungsbeispiel; und 6 a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements according to a fifth embodiment; and

7 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen und räumlich vertauschter Fluoreszenzquelle gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. 7 a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements and spatially interchanged fluorescence source according to a sixth embodiment.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung am Beispiel eines zweiteiligen Messsystems zur Messung von zumindest einem Blutparameter auf fluoreszenzoptischer Basis beschrieben.In the following, preferred exemplary embodiments of the present invention are described using the example of a two-part measuring system for measuring at least one blood parameter on a fluorescence-optical basis.

1 zeigt eine schematische Darstellung des Grundprinzips eines zweiteiligen Messsystems mit Transducer und Einmalartikel mit Messzelle gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele. Das von einer Lichtquelle 202 (z.B. Leuchtdiode, Laserdiode, etc.) emittierte Anregungslicht (oder auch eine Strahlung im nichtsichtbaren Bereich, z.B. Infrarotbereich oder Ultraviolettbereich) durchläuft eine Anordnung aus Blende 203 und optischem Filter 204, wodurch der Lichtstrahl in gewünschter Weise begrenzt wird und unerwünschte Wellenlängen unterdrückt werden. Anschließend tritt das Anregungslicht aus einem Transducergehäuse 201 aus und in das Gehäuse 101 des Einmalartikels (z.B. Meßdose) über ein transparentes Element 104 (z.B. Sichtfenster) ein, worauf es dann auf den Fluorophor 103 trifft. Der Fluorophor 103 steht mit einem in einer Durchflussmesszelle 102 innerhalb des Einmalartikels befindlichen Fluid (Blut, Spülflüssigkeit, Infusionslösung) in Verbindung. 1 shows a schematic representation of the basic principle of a two-part measuring system with transducer and disposable with measuring cell according to the various embodiments. That from a light source 202 (eg light emitting diode, laser diode, etc.) emitted excitation light (or even a radiation in the non-visible area, eg infrared range or ultraviolet range) passes through an arrangement of aperture 203 and optical filter 204 , whereby the light beam is limited in a desired manner and unwanted wavelengths are suppressed. Subsequently, the excitation light emerges from a transducer housing 201 out and into the case 101 of the disposable article (eg load cell) via a transparent element 104 (eg window), whereupon it then on the fluorophore 103 meets. The fluorophore 103 stands with one in a flow cell 102 within the disposable fluid (blood, irrigation fluid, infusion solution).

Infolge der optischen Anregung emittiert der Fluorophor 103 Fluoreszenzlicht mit substanzabhängigem, charakteristischem Wellenlängenspektrum. Das Fluoreszenzlicht wird grundsätzlich in alle Raumrichtungen emittiert, wobei ein gewisser Anteil die Durchflussmesszelle 102 durchdringt und auf einen ersten Spiegel 105 (innerhalb des Einmal-Artikels) und in Folge auf einen darauffolgenden zweiten Spiegel 106 (innerhalb des Einmal-Artikels) trifft, die gemeinsam eine Lichtumlenkung um vorzugsweise ca. 180° bewirken. Das umgelenkte Fluoreszenzlicht durchströmt schließlich einen optischen Filter 205 (außerhalb des Einmal-Artikels), der eine Unterdrückung unerwünschter Wellenlängen – insbesondere die des Anregungslichts – bewirkt. Das gefilterte Fluoreszenzlicht durchläuft dann noch eine Blende 206 (außerhalb des Einmal-Artikels) zur Fokussierung auf einen Detektor 207 (außerhalb des Einmal-Artikels, z.B. Photodiode oder anderer Strahlungsdetektor), der ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welches dann einer Auswertung hinsichtlich des zu messenden Blutparameters zugeführt wird.As a result of the optical excitation, the fluorophore emits 103 Fluorescent light with substance-dependent, characteristic wavelength spectrum. The fluorescent light is basically emitted in all spatial directions, with a certain proportion of the flow cell 102 penetrates and onto a first mirror 105 (within the one-time article) and in succession to a subsequent second level 106 (within the disposable article), which together cause a light deflection by preferably about 180 °. The deflected fluorescent light finally flows through an optical filter 205 (outside of the disposable article), which causes a suppression of unwanted wavelengths - in particular that of the excitation light. The filtered fluorescent light then passes through an aperture 206 (outside the disposable article) to focus on a detector 207 (Outside of the disposable article, such as photodiode or other radiation detector), which generates a corresponding electrical signal, which is then supplied to an evaluation in terms of the measured blood parameter.

Ausgehend von dem in 1 dargestellten grundlegenden Funktionsprinzip sind eine Reihe von Varianten möglich, die alle auf dem Prinzip der Strahlungsumlenkung basieren und jeweils spezifische Vorteile und Eigenschaften mit sich bringen. Diese Varianten werden im Folgenden anhand eines ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels kurz dargestellt und erläutert. Starting from the in 1 As shown in the basic principle of operation, a number of variants are possible, all of which are based on the principle of radiation deflection and each bring specific advantages and properties. These variants are briefly illustrated and explained below with reference to a first to sixth embodiment.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Lichtleitelement 107 statt einem Spiegel. 2 shows a schematic representation of a two-part measuring system according to a first embodiment with a light guide 107 instead of a mirror.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden die beiden Spiegel durch das Lichtleitelement (Prisma) 107 ersetzt. Das Lichtleitelement 107 kann bspw. aus einem transparenten Kunststoff hergestellt sein, dessen Brechungsindex zu einer Totalreflexion des einfallenden Fluoreszenzlichts an abgeschrägten Grenzschichten zwischen Kunststoffmaterial und Umgebungsmedium führt, wodurch die gewünschte Lichtumlenkung erzielt wird. Das Lichtleitelement 107 kann bspw. zusammen mit dem Gehäuse 101 des Einmalartikels in einem gemeinsamen Spritzprozess hergestellt werden oder es kann als separates Teil in einem Montageprozess montiert werden.In the first embodiment, the two mirrors by the light guide (prism) 107 replaced. The light guide 107 For example, it can be made of a transparent plastic whose refractive index leads to a total reflection of the incident fluorescence light at beveled boundary layers between plastic material and surrounding medium, whereby the desired light deflection is achieved. The light guide 107 can, for example, together with the housing 101 of the disposable article can be produced in a common injection process or it can be mounted as a separate part in an assembly process.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit alternativem Lichtleitelement 108 mit Bündelungswirkung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. 3 shows a schematic representation of a two-part measuring system with alternative light guide 108 with bundling effect according to a second embodiment.

Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei hier das alternative Lichtleitelement (Parabolelement) 108 so geformt ist, dass eine Bündelungswirkung entsteht. Dadurch kann die Lichtausbeute erhöht werden, d.h., ein größerer Anteil des von dem Fluorophor 103 emittierten Fluoreszenzlichts trifft auf den Detektor 207. Da das Fluoreszenzlicht ungerichtet ist, gibt es nicht unerhebliche Anteile, die von der Mittelachse der Abstrahlrichtung abweichen und durch die Bündelungswirkung des alternativen Lichtleitelements 108 zusätzlich zum Detektor 207 gelenkt werden. Die geometrische Form des alternativen Lichtleitelements 108 lässt sich bzgl. der Lichtausbeute optimieren und kann beispielsweise einer zweidimensionalen oder auch dreidimensionalen Parabolform entsprechen.The second embodiment substantially corresponds to the first embodiment, in which case the alternative light-conducting element (parabolic element) 108 is shaped so that a bundling effect arises. As a result, the luminous efficacy can be increased, ie, a larger proportion of that of the fluorophore 103 emitted fluorescent light hits the detector 207 , Since the fluorescent light is non-directional, there are not inconsiderable proportions that deviate from the central axis of the emission direction and by the bundling effect of the alternative light-guiding element 108 in addition to the detector 207 be steered. The geometric shape of the alternative light-guiding element 108 can be optimized with respect to the luminous efficacy and can correspond, for example, to a two-dimensional or three-dimensional parabolic shape.

4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit planem Spiegelelement 109 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Funktionsprinzip, wobei die beiden Spiegel durch das einfache, plane Spiegelelement 109 ersetzt wurden. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass das Fluoreszenzlicht von dem Fluorophor 103 ungerichtet emittiert wird, so dass mehr als nur der Mittelpunktstrahl auf den Detektor 207 umgelenkt wird. Das plane Spiegelelement 109 lässt sich sehr einfach herstellen, z.B. durch Anbringen einer reflektierenden Folie (bspw. einer Aluminiumfolie) auf der Außenseite der Durchflussmesszelle 102 oder auf der Innenseite des Gehäuses 101 des Einmalartikels. Alternativ kann das Spiegelelement 109 auch durch Bedampfung des Gehäuses 101 des Einmalartikels mit Metalldampf aufgebracht werden, so dass ein kostengünstiges Herstellungsverfahren gewählt werden kann. 4 shows a schematic representation of a two-part measuring system with planar mirror element 109 according to a third embodiment. The third embodiment substantially corresponds to that in FIG 1 illustrated operating principle, wherein the two mirrors by the simple, planar mirror element 109 have been replaced. The fact is exploited that the fluorescent light from the fluorophore 103 is emitted undirected, leaving more than just the center beam on the detector 207 is diverted. The plane mirror element 109 can be very easily produced, for example by attaching a reflective film (eg an aluminum foil) on the outside of the flow cell 102 or on the inside of the case 101 of the disposable item. Alternatively, the mirror element 109 also by evaporation of the housing 101 of the disposable article are applied with metal vapor, so that a cost-effective manufacturing process can be selected.

5 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit alternativem Spiegelelement 110 mit Lichtbündelung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. 5 shows a schematic representation of a two-part measuring system with alternative mirror element 110 with light bundling according to a fourth embodiment.

Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei das alternative Spiegelelement 110 nunmehr so geformt ist, dass eine Bündelungswirkung ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel entsteht. Dadurch steigt auch hier die Lichtausbeute, d.h., ein größerer Anteil des emittierten Fluoreszenzlichts trifft auf den Detektor 207. The fourth embodiment substantially corresponds to the third embodiment, wherein the alternative mirror element 110 is now formed so that a bundling effect similar to the second embodiment arises. As a result, the luminous efficacy also increases here, ie a larger proportion of the emitted fluorescent light strikes the detector 207 ,

Ähnlich dem dritten Ausführungsbeispiel sind auch hier verschiedene Herstellungsverfahren für das Spiegelelement möglich (z.B. spiegelnde Folie, Metallbedampfung bzw. Oberflächenbeschichtung von Kunststoffoberflächen). Alternativ kann auch hier die geometrische Form hinsichtlich der Lichtausbeute optimiert werden, indem die Bündelungswirkung beispielsweise durch eine zweidimensionale oder auch dreidimensionale Parabolform realisiert wird.Similar to the third embodiment, various manufacturing methods for the mirror element are also possible here (for example, reflective film, metal vapor deposition or surface coating of plastic surfaces). Alternatively, here as well, the geometric shape can be optimized with regard to the luminous efficiency by the bundling effect being realized, for example, by a two-dimensional or three-dimensional parabolic shape.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen (Lichtquelle 202, Detektor 207) gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. 6 shows a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements (light source 202 , Detector 207 ) according to a fifth embodiment.

Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist die Position von Lichtquelle 202 und Detektor 207 räumlich vertauscht. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein. Es sei explizit betont, dass diese Variante mit allen zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen kombinierbar ist, d.h., es können alle im ersten bis vierten Ausführungsbeispiel beschriebenen Modifikationen auch ergänzend verwendet werden, um das Anregungslicht anstatt des Fluoreszenzlichts umzulenken.In the fifth embodiment, the position of the light source 202 and detector 207 spatially reversed. This can be advantageous for certain applications. It should be explicitly emphasized that this variant can be combined with all of the exemplary embodiments presented above, ie all the modifications described in the first to fourth exemplary embodiments can also be used in addition to deflect the excitation light instead of the fluorescent light.

7 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen und räumlich vertauschter Fluoreszenzquelle gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. 7 shows a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements and spatially interchanged fluorescence source according to a sixth embodiment.

Beim sechsten Ausführungsbeispiel ist die Position von Lichtquelle und Detektor wie beim fünften Ausführungsbeispiel vertauscht. Zusätzlich ist auch die räumliche Position des Fluorophors 103 vertauscht. Er ist nämlich hier auf der anderen Seite der Durchflussmesszelle 102 angeordnet. Dies kann vorteilhaft sein, weil eine Lichtumlenkung stets mit Verlusten behaftet ist und bei dieser Ausführungsvariante nicht das relativ schwache Fluoreszenzlicht, sondern das sehr viel hellere Anregungslicht umgelenkt wird. Es sei explizit betont, dass diese Modifikation auch mit allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kombinierbar ist. In the sixth embodiment, the position of the light source and the detector are reversed as in the fifth embodiment. In addition, also the spatial position of the fluorophore 103 reversed. He is here on the other side of the flow cell 102 arranged. This can be advantageous because a light deflection is always associated with losses and in this embodiment, not the relatively weak fluorescent light, but the much brighter excitation light is deflected. It should be explicitly emphasized that this modification can also be combined with all embodiments described so far.

Schließlich ist noch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch zur Messung anderer Fluidparameter in anderen Fluiden eingesetzt werden kann. Auch eine Verwendung von Strahlung außerhalb des Lichtwellenlängenbereichs ist durchaus denkbar.Finally, it should also be noted that the present invention can of course also be used to measure other fluid parameters in other fluids. It is also conceivable to use radiation outside the wavelength range of light.

Zusammenfassend wurden eine Durchflussmesszellenvorrichtung und ein Verfahren zur Messung von zumindest einem Fluidparameter, wie bspw. ein Blutparameter, beschrieben, wobei eine Anregungsstrahlung erzeugt und auf eine Fluoreszenzquelle gerichtet wird. Die Fluoreszenzquelle ist in der Weise angeordnet, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung eine Durchflussmesszelle durchströmt. Zumindest ein Teil der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der zugeführten Anregungsstrahlung wird zum Beispiel mittels einer Strahlungsumlenkeinrichtung in der Weise umgelenkt, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle auf einer Seite der Durchflussmesszelle erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt wird. In summary, a flow cell device and a method for measuring at least one fluid parameter, such as a blood parameter, have been described wherein excitation radiation is generated and directed to a fluorescence source. The fluorescence source is arranged in such a way that at least a part of the fluorescence radiation emitted by the fluorescence source when it is excited by the fluorescence source flows through a flow measuring cell. At least part of the emitted fluorescence radiation or of the supplied excitation radiation is deflected, for example, by means of a radiation deflecting device in such a way that the fluorescence radiation can be detected after flowing through the flow measuring cell on one side of the flow measuring cell, on which the excitation radiation is also supplied.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 02/059585 A2 [0004] WO 02/059585 A2 [0004]

Claims (15)

Durchflussmesszellenvorrichtung zur Messung von zumindest einem Fluidparameter, wobei die Vorrichtung umfasst: – eine Durchflussmesszelle (102) zur Aufnahme eines Fluids; – eine Fluoreszenzquelle (103), die durch eine darauf einfallende und von außen zugeführte Anregungsstrahlung anregbar ist, wobei die Fluoreszenzquelle (103) so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle (103) von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung die Durchflussmesszelle (102) durchströmt; und – mindestens eine Strahlungsumlenkeinrichtung (105, 106; 107; 108; 109; 110) vorzugsweise auf einer bezüglich der Fluoreszenzquelle (103) gegenüberliegenden Seite der Durchflussmesszelle (102), die zumindest einen Teil der von der Fluoreszenzquelle (103) abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der von außen zugeführten Anregungsstrahlung so umlenkt, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (102) auf einer Seite der Durchflussmesszelle (102) erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt ist.A flow cell device for measuring at least one fluid parameter, the device comprising: - a flow cell ( 102 ) for receiving a fluid; A fluorescence source ( 103 ) excitable by an incident and externally supplied excitation radiation, the fluorescence source ( 103 ) is arranged so that at least a part of the upon excitation of the fluorescence source ( 103 ) of this emitted fluorescence radiation flow cell ( 102 flows through; and at least one radiation deflecting device ( 105 . 106 ; 107 ; 108 ; 109 ; 110 ) preferably on a with respect to the fluorescence source ( 103 ) opposite side of the flow cell ( 102 ) containing at least part of the fluorescence source ( 103 ) deflected fluorescence radiation or externally supplied excitation radiation so that the fluorescence radiation after flowing through the flow cell ( 102 ) on one side of the flow cell ( 102 ) is detectable, on which the excitation radiation is supplied. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsumlenkeinrichtung einen ersten Spiegel (105) und einen zweiten Spiegel (106) aufweist, die die Fluoreszenzstrahlung oder die Anregungsstrahlung aufeinanderfolgend reflektieren, so dass sich eine gesamte Strahlungsumlenkung von im Wesentlichen 180° ergibt.Device according to claim 1, wherein the radiation deflecting device comprises a first mirror ( 105 ) and a second mirror ( 106 ), which successively reflect the fluorescence radiation or the excitation radiation, so that a total radiation deflection of substantially 180 ° results. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsumlenkeinrichtung ein Lichtleitelement (107; 108) aufweist, das die Fluoreszenzstrahlung oder die Anregungsstrahlung an zwei Grenzschichten aufeinanderfolgend totalreflektiert, so dass sich eine gesamte Strahlungsumlenkung von im Wesentlichen 180° ergibt.Device according to claim 1, wherein the radiation deflecting device comprises a light-conducting element ( 107 ; 108 ), which totally reflects the fluorescence radiation or the excitation radiation successively on two boundary layers, so that a total radiation deflection of substantially 180 ° results. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei das Lichtleitelement (108) eine gekrümmte Grenzschicht aufweist, so dass bei der Totalreflexion eine Bündelungswirkung entsteht. Apparatus according to claim 3, wherein the light-guiding element ( 108 ) has a curved boundary layer, so that a bundling effect arises in the total reflection. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die gekrümmte Grenzschicht eine zwei- oder dreidimensionale Parabolform aufweist. Apparatus according to claim 4, wherein the curved boundary layer has a two- or three-dimensional parabolic shape. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlungsumlenkeinrichtung ein einzelnes Spiegelelement (109; 110) aufweist, das die Fluoreszenzstrahlung oder die Anregungsstrahlung an einer Spiegelfläche reflektiert.Apparatus according to claim 1, wherein the radiation deflecting means comprises a single mirror element ( 109 ; 110 ), which reflects the fluorescence radiation or the excitation radiation on a mirror surface. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das einzelne Spiegelelement (110) eine gekrümmte Spiegelfläche aufweist, so dass bei der Reflexion eine Bündelungswirkung entsteht. Apparatus according to claim 6, wherein the single mirror element ( 110 ) has a curved mirror surface, so that upon reflection a bundling effect arises. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die gekrümmte Spiegelfläche eine zwei- oder dreidimensionale Parabolform aufweist. Apparatus according to claim 7, wherein the curved mirror surface has a two- or three-dimensional parabolic shape. Messsystem mit einer Durchflussmesszellenvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und einer Wandlervorrichtung mit einer Strahlungsquelle (202) zum Erzeugen der Anregungsstrahlung und einem Detektor (207) zum Erfassen der Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (102).Measuring system with a flow cell device according to one of claims 1 to 8 and a converter device with a radiation source ( 202 ) for generating the excitation radiation and a detector ( 207 ) for detecting the fluorescence radiation after flowing through the flow cell ( 102 ). Messsystem nach Anspruch 9, wobei sich der Detektor (207) innerhalb desselben Gehäuses (201) und im Wesentlichen auf derselben Ebene wie die Strahlungsquelle (202) befindet.Measuring system according to claim 9, wherein the detector ( 207 ) within the same housing ( 201 ) and substantially at the same level as the radiation source ( 202 ) is located. Messsystem nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Durchflussmesszellenvorrichtung und die Wandlervorrichtung lösbar miteinander verbunden sind. Measuring system according to claim 9 or 10, wherein the flow measuring cell device and the converter device are detachably connected to each other. Verfahren zum Messen von zumindest einem Fluidparameter, wobei das Verfahren umfasst: – Erzeugen einer Anregungsstrahlung; – Richten der Anregungsstrahlung auf eine Fluoreszenzquelle (103); – Anordnen der Fluoreszenzquelle in der Weise, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle (103) von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung eine Durchflussmesszelle (102) durchströmt; und – Umlenken von zumindest einem Teil der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der zugeführten Anregungsstrahlung in der Weise, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (103) auf einer Seite der Durchflussmesszelle (102) erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt wird. A method of measuring at least one fluid parameter, the method comprising: generating excitation radiation; - directing the excitation radiation to a fluorescence source ( 103 ); Arranging the fluorescence source in such a way that at least part of the fluorescence source is excited ( 103 ) of this emitted fluorescence radiation a flow cell ( 102 flows through; and - diverting at least part of the emitted fluorescence radiation or the supplied excitation radiation in such a way that the fluorescence radiation after passing through the flow measuring cell ( 103 ) on one side of the flow cell ( 102 ) is detectable, on which the excitation radiation is supplied. Verfahren zur Herstellung einer Durchflussmesszellenvorrichtung nach Anspruch 3, mit dem Schritt des Herstellens der Strahlungsumlenkeinrichtung (107; 108) gemeinsam mit einem Gehäuse (101) der Durchflussmesszellenvorrichtung in einem gemeinsamen Spritzprozess.A method of manufacturing a flow cell device according to claim 3, comprising the step of producing the radiation deflecting device ( 107 ; 108 ) together with a housing ( 101 ) of the flow cell device in a common injection process. Verfahren zur Herstellung einer Durchflussmesszellenvorrichtung nach Anspruch 7, mit dem Schritt des Herstellens der Strahlungsumlenkeinrichtung (109; 110) durch Aufbringen einer reflektierenden Folie auf einer Außenseite der Durchflussmesszelle (102) oder auf einer Innenseite eines Gehäuses (101) der Durchflussmesszellenvorrichtung.A method of manufacturing a flow cell device according to claim 7, comprising the step of producing the Radiation deflecting device ( 109 ; 110 ) by applying a reflective film on an outside of the flow cell ( 102 ) or on an inside of a housing ( 101 ) of the flow cell device. Verfahren zur Herstellung einer Durchflussmesszellenvorrichtung nach Anspruch 7, mit dem Schritt des Herstellens der Strahlungsumlenkeinrichtung (109; 110) durch Oberflächenbeschichtung eines Gehäuses (101) der Durchflussmesszellenvorrichtung.A method of manufacturing a flow cell device according to claim 7, comprising the step of producing the radiation deflecting device ( 109 ; 110 ) by surface coating a housing ( 101 ) of the flow cell device.
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