DE10228089A1

DE10228089A1 - Verfahren und Anordnung zur Bestimmung von Parametern des Atemkondensates

Info

Publication number: DE10228089A1
Application number: DE2002128089
Authority: DE
Inventors: Rüdiger EICHLER; Gunther Dr.med. Becher
Original assignee: FILT LUNGEN und THORAXDIAGNOST; FILT LUNGEN- und THORAXDIAGNOSTIK GmbH
Current assignee: FILT LUNGEN und THORAXDIAGNOST; FILT LUNGEN- und THORAXDIAGNOSTIK GmbH
Priority date: 2002-06-19
Filing date: 2002-06-19
Publication date: 2004-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung verschiedener Parameter im Atemkondensat, bei dem eine Probe des Atemkondensates entlang von unterschiedlichen Sensoren 1a-d strömt und die Sensoren 1a-d gleichzeitig und/oder aufeinanderfolgend die Probenparameter bestimmen und die Messergebnisse einer Anzeige zugeleitet werden. Die Sensoren 1a-d sind in einem Strömungskanal 2 für Atemkondensat angeordnet und/oder der Strömungskanal 2 weist sensorseitig eine oder mehrere Öffnungen 3 auf, über denen oder in denen die Sensoren 1a-d angeordnet sind. Der Strömungskanal 2 kann dabei in einem Abschnitt in parallel, sternförmig oder strahlenförmig verlaufende Arme 4 oder Kombinationen daraus aufgeteilt sein.

Description

In der DE 199 51 204 A1 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Analyse der Inhaltsstoffe der Ausatemluft beschrieben, bei dem aus der Ausatemluft gewonnenes Atemkondensat einer Analyse unterzogen und das Ergebnis angezeigt wird. Hier wird die Menge des aus der Ausatemluft gewonnenen Atemkondensates gemessen und nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge erfolgt eine direkte Bestimmung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Summenparametern mittels elektrochemischer Sensoren. Die Menge ist dabei der Teil, der in einem Filter bzw. einer Speicherschicht gefangen ist, der einem Filter bzw. einer Speicherschicht durch ein Mikro-Dosiersystem entnommen wird, der eine vollständige Füllung oder Sättigung eines Filters bzw. einer Speicherschicht bewirkt oder der durch einen Filter bzw. eine Speicherschicht diffundiert.
Der Nachteil dieser und weiterer Lösungen besteht darin, dass die praktische Anwendung in der Routinediagnostik durch die Notwendigkeit der Anreicherung und Messung sehr geringer Stoffmengen begrenzt ist.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass nur Einzel- oder Summenparameter messbar sind, denn das Kondensat wird auf einen ganz bestimmten Sensor aufgebracht bzw. reagiert mit einer bestimmten Substanz z. B. für eine fotometrische Messung ( WO97/35519 ). Danach ist erneut eine Probenmenge zusammenzustellen.
Aufgabe der Erfindung ist es, Messungen verschiedener Parameter im Atemkondensat einer Probe zu realisieren.
Gelöst wird diese Aufgabe verfahrensseitig mit den Merkmalen des Anspruches 1 und vorrichtungsseitig mit einer Anordnung gemäß Anspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass zur Messung verschiedener Parameter im Atemkondensat eine Probe des Atemkondensates entlang von unterschiedlichen Sensoren strömt und die Sensoren gleichzeitig und/oder aufeinanderfolgend die Probenparameter bestimmen und die Messergebnisse einer Anzeige zugeleitet werden. Dabei werden gleichzeitig oder aufeinanderfolgend insbesondere niedrigmolekulare Substanzen, Proteine, der pH-Wert, die Leitfähigkeit und die Innenkonzentration als Parameter des Atemkondensates bestimmt.
Als vorteilhaft für die Messungen hat es sich erwiesen, wenn die Probe des Atemkondensates in einem Strömungskanal strömt, in dem sich die Sensoren befinden, und/oder die Sensoren sensorseitig über eine oder mehrere Öffnungen im Strömungskanal mit dem Atemkondensat in Kontakt gebracht werden.
Weiterhin sieht eine erfindungsgemäße Ausgestaltung vor, dass das Atemkondensat in Teilströme aufgeteilt wird, indem sich der Strömungskanal in Arme verzweigt und die Messung durch unterschiedliche Sensoren in den Teilströmen erfolgt. Die Teilströme können parallel, stern- oder strahlenförmig oder in Kombination davon verlaufen.
Eine weitere Verfahrensausgestaltung sieht vor, dass sich im Strömungskanal oder den Armen des Strömungskanals Ventile und/oder Strömungswiderstände befinden, durchlässige Speicherschichten oder poröse Schichten (Gel), Einengungen und/oder Stenosen, so dass eine Trennung des Atemkondensates entsprechend der physikochemischen Eigenschaften in Fraktionen mit unterschiedlicher Fliessgeschwindigkeit erfolgt, die dann durch Sensoren gemessen werden. Die Anordnung der Sensoren lässt sich dann auf die Fliessgeschwindigkeit der Bestandteile des Atemkondensates abstimmen, so dass sich eine möglichst große Konzentration des entsprechenden Bestandteils während der Messzeit beim entsprechenden Sensor einstellt.
Eine weitere Verfahrensausgestaltung betrifft im gleichen Strömungskanal oder Arm angeordnete Sensoren, die sich durch ihre Eigenschaften , wie angelegte Spannung, angelegter Strom, Freisetzung von Metaboliten, während einer Messung gegenseitig stören oder zerstören könnten. Hier sieht das Verfahren vor, dass die Sensoren in einem timesharing nacheinander oder wechselseitig angesprochen werden.
Als bevorzugte Messprinzipien der Sensoren werden insbesondere elektrochemische, optische und/oder gravimetrische Methoden genutzt.
Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung verschiedener Parameter in einer Probe des Atemkondensats unter Einsatz von unterschiedlichen Sensoren sieht vor, dass die Sensoren in einem Strömungskanal für Atemkondensat angeordnet sind und/oder der Strömungskanal sensorseitig eine oder mehrere Öffnungen aufweist, über denen oder in denen die Sensoren angeordnet sind, so dass sie entsprechend dem eingesetzten Messprinzip die Parameter bestimmen können.
Der Strömungskanal kann als durchgehender Kanal ausgebildet sein und/oder in einem Abschnitt in parallel, sternförmig oder strahlenförmig verlaufende Arme oder Kombinationen daraus aufgeteilt sein.
Die Arme können gegenüber der Richtung des Strömungskanals in einem Winkel bezogen auf die Ebene und/oder die Tiefe des Strömungskanals angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführung werden die Öffnung oder die Öffnungen des Strömungskanals und/oder der Arme des Strömungskanals durch die Sensoren verschlossen. Das kann durch die einzelnen Sensoren erfolgen oder wenn die Sensoren einen gemeinsamen Träger aufweisen durch diesen. So sieht eine Anordnung vor, dass der Träger bei sternförmiger Anordnung der Arme des Strömungskanals als Kreis- oder kreisähnliche Scheibe ausgebildet ist.
Anhand der Zeichnungen sollen einige der Messanordnungen erläutert werden. Es zeigen:
1 zeigt eine Anordnung von mehreren unterschiedlichen Sensoren 1a–d auf einem Träger 5 in Reihenanordnung über dem Strömungskanal 2. Der Strömungskanal 2 ist hier durchgängig mit einer sensorseitigen Öffnung 3 versehen, d. h. die Öffnung 3 hat dann z. B. eine Länge ≤ der des Trägers 2. Die Sensoren 1a–d werden nacheinander vom Atemkondensat überströmt.
2 zeigt die Möglichkeit, dass der Strömungskanal 2 für jeden Sensor 1a–d eine eigene Öffnung 3 aufweist. Auch hier werden die Öffnungen 3 durch die jeweiligen Sensoren 1a–d verschlossen.
Beide Anordnungen der Sensoren 1a–d in Längsrichtung des Strömungskanals 2 bieten die Möglichkeit, im Strömungskanal 2 Strömungswiderstände (Speicherschichten, poröse Gelschichten, o.ä.) so anzuordnen, dass Bestandteile des Atemkondensates mit unterschiedlicher Geschwindigkeit den Strömungskanal 2 durchströmen.
Die Lage der Sensoren 1a–d auf dem Träger 5 und/oder die der Öffnungen 3 im Strömungskanal 2, wo die Sensoren 1a–d angeordnet sind, lassen sich so auf die Strömungsgeschwindigkeit der Bestandteile des Atemkondensates abstimmen, dass sich eine möglichst große Konzentration des entsprechenden Bestandteils während der Messzeit beim entsprechenden Sensor 1a–d einstellt.
Die 3 und 4 zeigen die Anordnung der Sensoren 1a–d bei einem in Arme 4 aufgefächerten Strömungskanal 2, jeweils über Öffnungen 3 der Arme 4. Das Auffächern kann in parallel, sternförmig oder strahlenförmig angeordnete Arme 4 erfolgen, wobei die Arme 4 auch unter einem Winkel zum Strömungskanal 2 angeordnet sein können, wie 4 zeigt.
Die Sensoren 1a–d werden bei dem in parallele Arme 4 aufgefächerten Strömungskanal 2 zeitlich verzögert vom Atemkondensat überströmt und beim sternförmig aufgefächerten Strömungskanal 2 gleichzeitig. Die aufgefächerten Arme 4 des Strömungskanals 2 werden nach den Messstellen wieder zusammengeführt. In allen dargestellten Beispielen werden die Öffnungen 3 der Arme 4 durch den jeweiligen Sensor 1a–d verschlossen.

1a–d: Sensoren
2: Strömungskanal
3: Öffnungen des Strömungskanals
4: Verzweigungen des Strömungskanals (Arme)
5: Träger der Sensoren
6: Arbeitselektrode
7: Referenzelektrode
8.1–8.4: biologisch aktive Beschichtungen

Claims

Verfahren zur Messung verschiedener Parameter im Atemkondensat bei dem eine Probe des Atemkondensates entlang von unterschiedlichen Sensoren strömt und die Sensoren gleichzeitig und/oder aufeinanderfolgend die Probenparameter bestimmen und die Messergebnisse einer Anzeige zugeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig oder aufeinanderfolgend niedrigmolekulare Substanzen, Proteine, der pH-Wert, die Leitfähigkeit, die Ionen (z.B. Ammonium, Phosphat, Sulfat, Chlorid) als Parameter des Atemkondensates bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Probe des Atemkondensates in einen Strömungskanal strömt, in dem sich die Sensoren befinden, und/oder die Sensoren sensorseitig über eine oder mehrere Öffnungen im Strömungskanal mit dem Atemkondensat in Kontakt gebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Atemkondensat in Teilströme aufgeteilt wird, indem sich der Strömungkanal in Arme verzweigt und die Messung durch unterschiedliche Sensoren in den Teilströmen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilströme parallel, stern- oder strahlenförmig oder in Kombination davon verlaufen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungskanal oder den Armen des Strömungskanals eine Trennung des Atemkondensates entsprechend der physikochemischen Eigenschaften in Fraktionen mit unterschiedlicher Fliessgeschwindigkeit erfolgt, die dann durch Sensoren gemessen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren in einem time-sharing nacheinander oder wechselseitig angesprochen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Messprinzipien der Sensoren insbesondere elektrochemische, optische und/oder gravimetrische Methoden genutzt werden.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Bestimmung verschiedener Parameter in einer Probe des Atemkondensats unter Einsatz von unterschiedlichen Sensoren (1a–d), wobei die Sensoren (1a–d) in einem Strömungskanal (2) für Atemkondensat angeordnet sind und/oder der Strömungskanal (2) sensorseitig eine oder mehrere Öffnungen (3) aufweist, über denen oder in denen die Sensoren (1a–d) angeordnet sind, so dass sie entsprechend dem eingesetzten Messprinzip die Parameter bestimmen können.
Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (2) in einem Abschnitt in parallel, sternförmig oder strahlenförmig verlaufende Arme (4) oder Kombinationen daraus aufgeteilt ist.
Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Arme (4) gegenüber der Richtung des Strömungskanals (2) in einem Winkel bezogen auf die Ebene und/oder die Tiefe des Strömungskanals (2) angeordnet sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (3) oder die Öffnungen (3) des Strömungskanals (2) und/oder der Arme (4) des Strömungskanals (2) durch die Sensoren (1a–d) verschlossen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (1a–d) einen gemeinsamen Träger (5) aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (5) bei sternförmiger Anordnung der Arme (4) des Strömungskanals (2) als Kreis- oder kreisähnliche Scheibe ausgebildet ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungskanal (2) und/oder Armen Ventile und/oder Strömungswiderstände angeordnet sind, durchlässige Speicherschichten oder poröse Schichten (Gel), Einengungen und/oder Stenosen, so dass eine Trennung des Atemkondensates entsprechend der physikochemischen Eigenschaften in Fraktionen mit unterschiedlicher Fliessgeschwindigkeit erfolgt.
Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage von Sensoren (1a–d) im Strömungskanal (2) und/oder die der Öffnungen (3) im Strömungskanal, wo Sensoren (1a–d) angeordnet sind, so auf die Strömungsgeschwindigkeit der Bestandteile des Atemkondensates abgestimmt ist, dass sich eine möglichst große Konzentration des entsprechenden Bestandteils während der Messzeit beim entsprechenden Sensor (1a–d) einstellt.