DE19951204C2 - Procedure for analyzing the ingredients in exhaled air - Google Patents
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Description
Die Erfindung dient zur Diagnostik von Krankheiten und physiologischen Prozessen der Atemwege und der Lunge sowie von über die Ausatemluft ausgeschiedenen Stoffwech sel- oder Abbauprodukten anderer Organe oder Gewebe und Zellen auf der Basis der Analyse des Atemkondensates bzw. ausgeatmeter Partikel.The invention is used for the diagnosis of diseases and physiological processes Airways and lungs as well as metabolism excreted via the exhaled air Sel or degradation products of other organs or tissues and cells based on the Analysis of the breath condensate or exhaled particles.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind bekannt. So wird in der EP 0759 169 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Sammeln von ausgeatmetem Atemkondensat beschrieben, bei dem die Ausatemluft ein Probensammelrohr durchströmt und in diesem auf eine Temperatur unter 0°C abgekühlt wird, wobei schwerer flüchtige Bestandteile kondensieren und an der, eine niedrigere Temperatur als das Atemkondensat aufweisen den Innenwand des Probensammelrohres haften. Diese werden dann nach einer tiefge kühlten Zwischenlagerung einer Analyse unterzogen.Such methods and devices are known. So in EP 0759 169 B1 a method and an apparatus for collecting exhaled breath condensate described, in which the exhaled air flows through a sample collection tube and in this is cooled to a temperature below 0 ° C, with less volatile components condense and have a lower temperature than the breathing condensate stick to the inner wall of the sample collection tube. These are then deep cooled intermediate storage subjected to an analysis.
Aus der DE 197 18 925 A1 ist eine Vorrichtung zur fraktionierten Gewinnung von In haltsstoffen der Ausatemluft sowie ein Verfahren zur Isolierung der Inhaltsstoffe und deren Verwendung zur Diagnostik und Therapieüberwachung bekannt. Bei dieser Lö sung kondensieren schwerflüchtige Bestandteile der Ausatemluft auf einer Kühlfläche, die eine Temperatur bis -196°C aufweist. Der Kühlfläche ist ein Faservlies nach geord net, an dem in der Ausatemluft enthaltene Aerosole sich als zweite Fraktion abscheiden. Das so gewonnene Kondensat wird durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Elu tion isoliert. Anschließend erfolgt die Analyse der Inhaltsstoffe mittels ELISA, RIA oder HPLC.DE 197 18 925 A1 describes a device for the fractional extraction of In ingredients of the exhaled air and a process for isolating the ingredients and their use for diagnostics and therapy monitoring known. With this Lö solution condensate non-volatile components of the exhaled air on a cooling surface, which has a temperature down to -196 ° C. The cooling surface is a non-woven according to geord net, on which aerosols contained in the exhaled air separate as a second fraction. The condensate obtained in this way is centrifuged, vacuum, compressed gas or elu tion isolated. The ingredients are then analyzed using ELISA, RIA or HPLC.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Erfindungen mit Kühlflächen besteht darin, dass in Ab hängigkeit von der Vorrichtung und den Temperaturen zwar unterschiedliche Mengen kondensieren, jedoch die Abscheidungseffizienz sehr gering ist.A major disadvantage of these inventions with cooling surfaces is that in Ab Depending on the device and the temperatures different amounts condense, but the deposition efficiency is very low.
Aus der DE 197 18 924 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Gewinnung von Inhalts stoffen der Ausatemluft sowie ein Verfahren zur Isolierung der Inhaltsstoffe bekannt, das ohne Kühlung arbeitet. Die Inhaltsstoffe aus Atemluft scheiden sich hier an einem Faser vlies direkt ab und werden durch Zentrifugation, Vakuum, Druckgas oder Elution isoliert. Anschließend erfolgt ebenfalls die Analyse der Inhaltsstoffe.DE 197 18 924 A1 describes a further device for extracting content exhaled substances and a method for isolating the ingredients known works without cooling. The ingredients from breathable air separate on one fiber fleece directly and are isolated by centrifugation, vacuum, compressed gas or elution. Then the ingredients are also analyzed.
Auch diese Lösung zeichnet sich noch durch einen zu großen apparativen Aufwand aus.This solution, too, is characterized by an excessive expenditure on equipment.
Die Verfahren und Vorrichtungen nach DE 197 18 924 A1 und DE 197 18 925 A1 wer den durch die DE 197 42 331 A1 bzw. 197 42 332 A1 dahingehend verbessert, dass das Faservlies als Fläche oder als Säule ausgebildet ist und für biologisch aktive Substanzen Fang-Antikörper enthält. Der Nachweis der schwer flüchtigen Bestandteile der Ausa temluft erfolgt ohne Isolierung mit Peroxidase, Phosphatase, Acetylcholinesterase oder Biotin markierten Sekundär-Antikörpern und farbgebenden Substanzen oder Farbstoffen. Die hier vorgeschlagenen photometrischen Analysemethoden verlangen eine mehrfache Umsetzung der angezeigten Farbreaktionen, um zu einem verwertbaren Messergebnis zu kommen. Das ist ein wesentlicher Nachteil dieser Lösungen.The methods and devices according to DE 197 18 924 A1 and DE 197 18 925 A1 who improved by DE 197 42 331 A1 and 197 42 332 A1 in that the Fiber fleece is designed as a surface or as a column and for biologically active substances Contains capture antibodies. Evidence of the low volatility components of the Ausa Tem air takes place without isolation with peroxidase, phosphatase, acetylcholinesterase or Biotin-labeled secondary antibodies and coloring substances or dyes. The photometric analysis methods proposed here require several Implementation of the displayed color reactions in order to achieve a usable measurement result come. This is a major disadvantage of these solutions.
Aus der nicht vorveröffentlichten WO 99/66304 A1 sowie aus der EP 0 634 488 A2 ist das Messen von gesammelten und konzentrierten Bestandteilen aus der Ausatemluft mittels elektronischer oder Biosensoren bekannt.From the unpublished WO 99/66304 A1 and from EP 0 634 488 A2 the measurement of collected and concentrated components from the exhaled air known by means of electronic or biosensors.
Nachteilig bei diesen Verfahren ist es, dass sie nur unter Laborbedingungen einsetzbar sind, denn nur hier ist durch entsprechende Kontrolle und Dosierung der Probenmenge auf die Sensoren gewährleistet, dass die angezeigten Messergebnisse auch den Istwerten entsprechen.A disadvantage of these methods is that they can only be used under laboratory conditions are, because only here is by appropriate control and dosage of the sample amount on the sensors ensures that the displayed measurement results also match the actual values correspond.
In der US 5,861,053 wird ein Feststoffsammler mit Detektor beschrieben, bei dem organische Bestandteile aus der Luft durch ein Absorbens gebunden werden. Durchdrin gen die organischen Bestandteile das Absorbens wird dies durch einen Gassensor signali siert. Danach wird die Absorbens dem Feststoffsammler entnommen und es kann eine Quantifizierung der im Absorbens gebundenen Stoffe z. B. mittels Gaschromatografie erfolgen und deren Dichte bestimmt werden.In US 5,861,053 a solids collector with detector is described in which organic components from the air are bound by an absorbent. Durchdrin This is signaled by a gas sensor against the organic components of the absorbent Siert. Then the absorbent is removed from the solids collector and there can be a Quantification of the substances bound in the absorbent z. B. by means of gas chromatography take place and their density are determined.
Die hier eingesetzten Gassensoren dienen nicht der Analyse der Inhaltsstoffe der Luft, sondern signalisieren eine Sättigung der Absorbens.The gas sensors used here are not used to analyze the contents of the air, but signal a saturation of the absorbent.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, um den Nachweis der Inhalts stoffe der Ausatemluft zur Diagnostik von Krankheiten und physiologischen Prozessen der Atemwege und der Lunge sowie von über die Ausatemluft ausgeschiedenen Stoffwechsel- oder Abbauprodukten anderer Organe oder Gewebe und Zellen zu effektivie ren.The object of the invention is to provide a method for the detection of the content exhaled air substances for the diagnosis of diseases and physiological processes of the airways and lungs as well as metabolism excreted via the exhaled air or breakdown products of other organs or tissues and cells to be effective ren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by a method with the features of claim 1. Advantageous refinements are the subject of the dependent claims.
Bei der Mengenbestimmung durch Diffundieren durch einen Filter oder eine Speicher schicht sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die durch den Filter bzw. die Speicherschicht diffundierte Menge des Atemkondensates unmittelbar auf den elektro chemischen Sensor gelangt. Ferner erfolgt eine Kühlung der Ausatemluft bis zur Kon densation der aerosol- und dampfförmigen Bestandteile.When determining the quantity by diffusing through a filter or a memory The method according to the invention provides that the filter through the filter Storage layer diffused amount of breath condensate directly onto the electro chemical sensor arrives. Furthermore, the exhaled air is cooled to the con densation of aerosol and vapor components.
Die Kalibrierung der Sensoren erfolgt werksseitig mittels Vorgabe chargenspezifischer Kalibrierfaktoren für den Messverstärker oder erfindungsgemäß vor Ort durch spezielle Kalibrierzusätze (Kapseln) oder die Mitführung einer Referenzelektrode.The sensors are calibrated at the factory using a batch-specific specification Calibration factors for the measuring amplifier or according to the invention on site by special Calibration additives (capsules) or the carrying of a reference electrode.
Eine zur Durchführung des Verfahrens verwendete Vorrichtung besteht aus einem kühl baren Sammler für Atemkondensat mit einem Filter oder einer Speicherschicht zum Fan gen des Atemkondensates, wobei dem Filter bzw. der Speicherschicht ein oder mehrere elektrochemische Sensoren zur Bestimmung der Inhaltsstoffe des Atemkondensates nachgeordnet sind, und einer Anzeige, über die die Messergebnisse der elektrochemi schen Sensoren sichtbar gemacht werden.A device used to carry out the method consists of a cool breatable condensate collector with a filter or a storage layer to the fan gene of the breathing condensate, the filter or the storage layer one or more electrochemical sensors for determining the contents of the breath condensate are subordinate, and a display over which the measurement results of the electrochemical sensors are made visible.
Dabei beinhalten die Sensoren eine Schicht, die für spezielle Parameter des Atemkonden sates als spezifisches Substrat für eine chemische Reaktion dienen oder bestimmte Sub stanzen des Atemkondensates über immunologische oder chemische Mechanismen bin den.The sensors contain a layer that is used for special parameters of the respiratory condensate sates serve as a specific substrate for a chemical reaction or specific sub Punch the breath condensate via immunological or chemical mechanisms the.
Die Sensoren sind bevorzugt als Kapillare, röhrenförmig oder als flache Schicht plan- oder muldenförmig oder konvex ausgeführt.The sensors are preferably in the form of a capillary, a tube or a flat layer. or trough-shaped or convex.
In der Zeichnung ist das Prinzip der Bestimmung von Parametern des ausgeatmeten Atemkondensates mittels elektrochemischer Sensoren dargestellt. Im Filter oder in der Speicherschicht 1 wird das Atemkondensat, das durch Kühlung der Ausatemluft bis zur Kondensation der aerosol- und dampfförmigen Bestandteile gewonnen wird, gesammelt. Nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge 2 erfolgt eine direkte Bestim mung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Summenpara metern mittels elektrochemischer Sensoren 3. Dabei wird die Temperatur mittels der Thermostatiereinrichtung 5 konstant gehalten oder definiert verändert, um zu verhindern, dass die Messergebnisse durch eine Zersetzung der Probe verfälscht werden.The drawing shows the principle of determining parameters of the exhaled breath condensate by means of electrochemical sensors. The respiratory condensate, which is obtained by cooling the exhaled air until the aerosol and vapor components are condensed, is collected in the filter or in the storage layer 1 . After reaching a predetermined sample quantity 2 , the substances contained are determined directly by measuring individual and / or sum parameters using electrochemical sensors 3 . In this case, the temperature is kept constant or changed in a defined manner by means of the thermostat 5 in order to prevent the measurement results from being falsified by decomposition of the sample.
Der Einmalsensor oder der für mehrmalige Messungen ausgelegte elektrochemische Sen sor 3 wird durch eine speziell zugefügte Kalibrierkapsel 4 kalibriert, indem ein festge legter Kalibrierimpuls auf dem Sensor erzeugt wird. Möglich ist es auch, dass die Kalib rierung der Sensoren 3 werksseitig mittels Vorgabe chargenspezifischer Kalibrierfaktoren für den Messverstärker erfolgt.The disposable sensor or the electrochemical sensor 3 designed for repeated measurements is calibrated by a specially added calibration capsule 4 by generating a defined calibration pulse on the sensor. It is also possible for the sensors 3 to be calibrated in the factory by specifying batch-specific calibration factors for the measuring amplifier.
Das Messergebnis wird direkt einer Auswerteeinheit 6 zugeführt, die das Ergebnis in bekannter Weise auf einem Display anzeigt und/oder ausdruckt. So liegt bereits kurz nach dem Erreichen einer vorgegebenen Analysemenge ein auswertbares Ergebnis vor.The measurement result is fed directly to an evaluation unit 6 , which displays and / or prints the result in a known manner on a display. An evaluable result is thus available shortly after a predetermined analysis quantity has been reached.
Claims (3)
wobei die Menge des aus der Ausatemluft gewonnenen Atemkondensates gemessen wird und nach dem Erreichen einer vorgegebenen Probenmenge eine direkte Be stimmung der enthaltenen Substanzen durch Messung von Einzel- und/oder Sum menparametern mittels eines oder mehreren elektrochemischen Sensoren erfolgt,
wobei eine Kühlung der Ausatemluft bis zur Kondensation der aerosol- und dampf förmigen Bestandteile erfolgt,
wobei die Menge der Teil ist, der in einem Filter oder einer Speicherschicht gefangen ist und eine vollständige Füllung oder Sättigung des Filters oder der Speicherschicht bewirkt und
wobei der oder die Sensoren dem Filter oder der Speicherschicht so nachgeordnet sind, dass durch den Filter oder die Speicherschicht diffundiertes Atemkondensat unmittelbar auf den oder die Sensoren gelangt.1. A method for analyzing the constituents of the exhaled air, in which breath condensate obtained from the exhaled air is subjected to an analysis and the result is displayed,
wherein the amount of the breath condensate obtained from the exhaled air is measured and, after reaching a predetermined sample amount, the substances contained are determined directly by measuring individual and / or sum parameters using one or more electrochemical sensors,
the exhaled air is cooled until the aerosol and vapor-shaped components condense,
wherein the amount is the portion that is trapped in a filter or storage layer and causes complete filling or saturation of the filter or storage layer, and
the sensor or sensors being arranged downstream of the filter or the storage layer in such a way that breathing condensate diffused through the filter or the storage layer reaches the sensor or sensors directly.
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