DE2009938C - Elektrodenanordnung fur Ionenkon zentrationsmessungen und Herstellungs verfahren hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Elektrodenanordnung für Ionenkonzentrationsmessungen, mit einer ionenempfindlichen Grenzfläche am Ende eines rohrförmigen Teils und mit einem Antikoagulations-Überzug, insbesondere für die vivo-Ionenkonzentrationsmessungen von Körperflüssigkeiten, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Zelluloseüberzugs.

In der letzten Zeit sind unter der Bezeichnung in vivo-Ionenkonzentrationsmessungen von Körperflüssigkeiten Messungen gebräuchlich geworden, bei welchen die Ionenkonzentrationsmessungen direkt an den Körperflüssigkeiten im normalen Kreislauf innerhalb ihres Gefäßsystems vorgenommen wurden, beispielsweise am Blut, Lymphflüssigkeit oder anderen Gewebeflüssigkeiten. Bei dieser Art Messungen wird die Ionenmeßelektrode, typischerweise eine pH-Glaselektrode, in direkten Kontakt mit der Körperflüssigkeit, beispielsweise mit dem in einer Arterie strömenden Blut, gebracht. Dies erfolgt häufig in der Weise, dass man die Glaselektrode am Ende eines Katheters anordnet und der Katheter in die Arterie der Untersuchungsperson eingeführt wird. Außerdem muß auch ein Bezugskontakt mit der Untersuchungsperson hergestellt werden, beispielsweise in Form einer direkten Kontaktierung der betreffenden Körperflüssigkeit durch eine elektrochemische Bezugselektrode wie beispielsweise eine Standard-Kalomel-Bezugselektrode, oder durch Kontaktierung der Haut der Untersuchungsperson mit einer derartigen Elektrode.

Bei dieser Durchführung potentiometrischer Messungen an Körperflüssigkeiten und insbesondere am Blut in vivo, bei der also die Ionenmeßelektrode in direkten Kontakt mit dem Blut gebracht wird, wie etwa bei Verwendung einer Katheter-pH-Elektrode, ergeben sich zwei grundsätzliche Probleme. Eines dieser Probleme besteht in der Auswirkung der Oberfläche der Glaselektrode auf das Blut selbst. Blut ist ein komplexes kolloidales Gemisch aus einer wässrigen Lösung von Ionen, wie beispielsweise Kalium-, Natrium- und Calcium-Ionen, kleinen Molekülen, wie beispielsweise Harnstoff und Glukose, großen Molekülen, Ionen vom Proteintyp und roten Zellen, welche Hämoglobin tragen. Wenn diese Substanzen in Berührung mit der Oberfläche eines ionenempfindlichen Kolbens einer Glaselektrode gelangen, so treten verschiedene Vorgänge auf. Der eine wird als Denaturierung von Protein bezeichnet und bedeutet, dass die Proteinmoleküle im Blut so verändert werden, dass sie sich absetzen und einen Überzug auf den ionenempfindlichen Glaskolben der Meßelektrode bilden. Ein zweiter Vorgang, zu dem es hierbei kommt, wird als Hämolyse bezeichnet und bedeutet, dass die das Hämoglobin tragenden roten Zellen im Blut reißen und daher zerstört werden. Das Vorhandensein einer Fremdsubstanz wie etwa des ionenempfindlichen Kolbens einer Glaselektrode, im Blutstrom hat daher eine Schädigung des Bluts selbst zur Folge. Mit dem zuvor erwähnten Problem der Denaturierung ist die zusätzliche Gefahr verbunden, dass der Blutüberzug auf dem ionenempfindlichen Kolben im Blutstrom einen Knoten hinreichender Größe bilden kann, dass er sich von der Elektrode losreißt und in den Blutkreislauf des Patienten gelangt. Die Gefahren durch derartige Gerinsel im Blutkreislauf eines Lebewesens sind wohl bekannt und können in manchen Fällen für die Untersuchungsperson tödlich sein.

Das zweite Hauptproblem bei der Durchführung von potentiometrischen Messungen in vivo, bei welchen also die ionenempfindliche Grenzfläche einer Glaselektrode oder anderweitigen Meßelektrode in direkten Kontakt mit dem Blut gelangt, besteht in der Beeinträchtigung der für die Messung charakteristischen Eigenschaften der Elektrode selbst durch die zuvor erwähnten Zersetzungsprodukte des Blutes. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, dass eine Glaselektrode, wenn sie sich in der erwähnten Weise mit Zersetzungsprodukten des Blutes überzieht, nicht mehr in der richtigen Weise auf die Ionen, die sie messen soll, anspricht; nach einer kurzen Zeitdauer wird die Elektrode unempfindlich für Änderungen der Konzentration der zu messenden Ionenart. Dies hatte zur Folge, dass in der Vergangenheit genaue potentiometrische Messungen in vivo nur über eine verhältnismäßig kurze Zeitdauer, in der Größenordnung von einigen wenigen Minuten, durchführbar waren.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 228 080 ist bereits eine Vorrichtung bekannt zum Messen des pH-Wertes von Substanzen des lebenden Körpers, in den während des Vorgangs eine hohle Einstecknadel eingeführt wird, mit einer am Ende geschlossenen und einer leitenden Flüssigkeit gefüllten Glaselektrode als Meßelektrode und einer Bezugselektrode. Die in der Einstecknadel frei liegenden Teile der Meßelektrode und der Bezugselektrode sind mit einem Stoff, z.B. Chlorsilane, überzogen, der als Antikoagulat für Proteine wirkt. Nachteilig ist hier jedoch, dass nur Teile der Einstecknadel von dem Überzug bedeckt sind.

Ferner sind aus "The Review of Scientific Instruments", Vol. 30, Nr. 2, 1959, S. 108 und 109, Elektrodenanordnungen für polarographische Sauerstoffmessungen in Blutgefäßen lebender Körper bekannt mit einer Platinenelektrode am Ende eines Katheters, bei denen die unmittelbar angrenzenden Bereiche des rohrförmigen Teils, nicht aber des Katheters mit einer Membran aus Polytetrafluoräthylen überzogen sind. Die Membran ist ionenundurchlässig, aber sauerstoffdurchlässig und schützt daneben die Meßelektrode. Zur Messung der Ionenkonzentration ist eine solche Membran natürlich nicht verwendbar.

Durch die Erfindung soll eine für in vivo-Analysen an Körperflüssigkeiten geeignete Ionenmeßelektrode geschaffen werden, bei welcher ein in mechanisch geometrischer Hinsicht kontinuierlicher einheitlicher Überzug über die gesamte Elektrode und über das angrenzende Ende des Katheterrohres hin erzielt wird, der sowohl auf der Elektrode als auf dem Katheter fest haftet und ohne dass hierbei die Gefahr einer Ablösung des Überzugs von dem das Kunststoff-Katheterrohr überdeckenden Teil her besteht.

Zu diesem Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, dass bei einer Elektrodenanordnung der eingangs genannten Art der Überzug im Bereich der ionenempfindlichen Grenzfläche aus rekonstituierter Zellulose besteht und dass auf den an die ionenempfindliche Grenzfläche angrenzenden Bereichen des rohrförmigen Teils ein zweiter Überzug aus einem Zellulosederivat vorgesehen ist, der fugenlos kontinuierlich an den ersten Überzug aus rekonstituierter Zellulose anschließt.

Es bleibt also die schlechte Haftfestigkeit rekonstituierter Zellulose auf dem Kunststoffkatheterrohr ohne nachteilige Auswirkungen, da erfindungsgemäß der das Katheterrohr bildende Teil des Überzuges aus einem Zellulosederivat statt aus rekonstituierter Zellulose besteht, das eine gute Haftfestigkeit an Polymerkunststoffmaterial besitzt.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung des zweiteiligen Überzugs; nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung kann diese in der Weise erfolgen, dass man eine Lösung eines Zellulosederivats herstellt, dass man auf dem Bereich der ionenempfindlichen Grenzfläche und den angrenzenden Bereichen des rohrförmigen Teils einen Überzug aus dieser Lösung durch Eintauchen in die Lösung herstellt und dass man diesen Überzug im Bereich der ionenempfindlichen Grenzfläche zur Rekonstitution der Zellulose aus der Lösung behandelt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung erläutert.

Die Figur zeigt in vergrößerter Teillängsschnittansicht das Ende eines Katheters, welches mit einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Ionenmeßelektrode versehen ist.

Im einzelnen ist die Ionenmeßelektrodenanordnung als Ganzes mit 10' bezeichnet; sie weist eine in einem Katheterrohr 14' angeordnete Glaselektrode 12' auf. Ein für diesen Zweck geeigneter Katheter ist beispielsweise aus einem Polyestergewebe gefertigt. Die Elektrode 12' weist ein Glasrohr 16' auf, das an seinem unteren (d. h. äußeren) Ende durch einen ionenempfindlichen Glaskolben 18' verschlossen ist. In dem Rohr 16' befindet sich eine innere Halbzelle 20', die in bekannter Weise mit einer geeigneten Lösung 22' in Berührung steht. Das Glasrohr 16' ist in einem Metallrohr 24' eingeschlossen. Sowohl das Rohr 16' als auch das Rohr 24' erstrecken sich in den Katheter 14' hinein.

Ein Überzug 26' aus rekonstituierter Zellulose überdeckt nur den ionenempfindlichen Kolben 18' der Glaselektrode 12'. Der übrige Teil des Überzugs 30, welcher das Metallrohr 24' und das untere (d. h. äußere) Ende des Katheters 14' überdeckt, besteht aus einem Zellulosederivat wie beispielsweise Zelluloseacetat oder Zellulosenitrat. Diese Zelluloseester sind außerordentlich fest und besitzen gute Hafteigenschaften; sie haften daher gut an der Polymer-Oberfläche des Katheters 14' wie auch an dem Metallrohr 24'. Dies steht im Gegensatz zu rekonstituierter Zellulose, die stark wasserabsorbierend ist und daher an Polymer-Werkstoffen überhaupt nicht gut haftet.

Die Herstellung der Überzüge 26' und 30 auf der in der Figur dargestellten Elektrodenanordnung kann in der folgenden Weise vor sich gehen. Zunächst wird ein Zellulosederivat, wie beispielsweise Zelluloseacetat oder Zellulosenitrat, in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst. Für Zelluloseacetat eignet sich Azeton als Lösungsmittel, für Zellulosenitrat ein Alkohol-Äther-Gemisch. Selbstverständlich können auch andere Zellulosederivate verwendet werden, falls sie in Lösungsmitteln löslich sind. Auch hier hängt die dem Lösungsmittel zugesetzte Menge Zullulose wiederum von der für den Überzug auf dem ionenempfindlichen Kolben 18' gewünschten Dicke ab. Die Herstellung des Überzugs auf der Elektrodenanordnung erfolgt in der Weise, dass man den Katheter 14' in die Lösung des Zellulosederivats eintaucht. Und zwar soll die Anordnung so weit in die Lösung eingetaucht werden, dass sich der aus der Lösung bestehende Überzug bis über die Stirnseite des Katheters erstreckt, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Sodann wird die Elektrodenanordnung aus der Lösung herausgenommen und in eine zweite Lösung eingebracht, welche sich zur hydrolytischen Verseifung des Zellulosenitrat- oder Zelluloseacetat-Films auf den ionenempfindlichen Kolben 18' eignet. Hierzu darf nur der Kolben 18' und nicht das mit dem Überzug versehene Metallrohr 24' sowie das angrenzende Ende des Katheters 14' in die zweite Lösung eingetaucht werden. Falls das für den Überzug 26' verwendete Zellulosederivat Zelluloseacetat ist, so kann die zweite Lösung ein Alkohol-Ammoniak-Gemisch sein, beispielsweise ein Gemisch aus 50% Alkohol und 50% konzentriertem Ammoniumhydroxyd. Falls als Zellulosederivat Zellulosenitrat verwendet wurde, kann als zweite Lösung eine Ammoniumbisulfitlösung Anwendung finden. Durch diesen zweiten Behandlungsschritt wird auf dem ionenempfindlichen Kolben 18' die ursprüngliche Zellulose rekonstituiert, während der das Metallrohr 24' und den Polymer-Katheter 14' bedeckende Zelluloseesterfilm 30 unverändert bleibt. Überzüge aus rekonstituierter Zellulose, die in dieser Weise auf Elektroden des in der Figur veranschaulichten Typs aufgebracht wurden, wobei der verwendete Zelluloseester Zelluloseacetat war, haben bis zu zehn medizinische Anwendungen ohne Beschädigung des Zellulosefilms auf dem ionenempfindlichen Kolben oder des Zelluloseesterfilms auf dem Metallrohr und dem Katheter überstanden. Außerdem wurden Elektroden dieses Typs mit Erfolg für kontinuierliche Blut-pH-Messungen in Hunden über insgesamt 50 Stunden verwendet, ohne dass die Überzüge auf der Elektrodenanordnung erneuert zu werden brauchten.

Daraus ist ersichtlich, dass mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren in Verbindung mit der in der Figur gezeigten Elektrodenanordnung ein das untere Ende der Anordnung überdeckender kontinuierlicher Film herstellbar ist, wobei der die ionenempfindliche Grenzfläche 18' bedeckende Teil des Films aus rekonstituierter Zellulose besteht und der übrige Teil des Films ein Zelluloseester ist und hohe Lebensdauer und sehr gute Hafteigenschaften besitzt.

Die Erfindung wurde vorstehend speziell mit Bezug auf das Überziehen von ionenempfindlichen Glaskolben beschrieben; die vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung eignen sich jedoch auch zur Anwendung bei anderen Arten ionenempfindlicher Grenzflächen, beispielsweise Silber-Silberchlorid-Grenzflächen oder Silberchloridgrenzflächen, wie sie zur Messung der Chloridionenkonzentration von Lösungen verwendet werden und bei denen die gleichen Probleme wie eingangs für die ionenempfindlichen Glas-Grenzflächen erläutert, auftreten.

Die Erfindung wurde vorstehend an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert, die jedoch in mannigfacher Weise abgewandelt werden können, ohne dass hierdurch der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (8)

1. Elektrodenanordnung für Ionenkonzentrationsmessungen, mit einer ionenempfindlichen Grenzfläche am Ende eines rohrförmigen Teils und mit einem Antikoagulations-Überzug, insbesondere für die vivo-Ionenkonzentrationsmessungen von Körperflüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug (26') im Bereich der ionenempfindlichen Grenzfläche (18') aus rekonstituierter Zellulose besteht und dass auf den an die ionenempfindliche Grenzfläche angrenzenden Bereichen (24', 14') des rohrförmigen Teils (10') ein zweiter Überzug (30) aus einem Zellulosederivat vorgesehen ist, der fugenlos-kontinuierlich an den ersten Überzug (26') aus rekonstituierter Zellulose anschließt.

2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das für den zweiten Überzug (30) verwendete Zellulosederivat aus der Gruppe Zellulosenitrat und Zelluloseacetat gewählt ist.

3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (14') des rohrförmigen Teils (10') in dem von dem zweiten Überzug (30) überdeckten Bereich aus einem Polymer-Kunststoffmaterial besteht.

4. Elektrodenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das rohrförmige Teil einen Katheter (14') aus einem Polymer-Kunststoffmaterial aufweist.

5. Elektrodenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ionenempfindliche Grenzfläche (18') aus ionenempfindlichem Glas besteht.

6. Verfahren zur Herstellung der beiden kontinuierlich zusammenhängenden Überzüge aus rekonstituierter Zellulose im Bereich der ionenempfindlichen Grenzfläche bzw. aus einem Zellulosederivat auf den angrenzenden Bereichen des rohrförmigen Teils, nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Lösung eines Zellulosederivats herstellt, dass man auf dem Bereich der ionenempfindlichen Grenzfläche (18') und den angrenzenden Bereichen (24', 14') des rohrförmigen Teils (10') einen Überzug aus dieser Lösung durch Eintauchen in die Lösung herstellt und dass man diesen Überzug im Bereich (26') der ionenempfindlichen Grenzfläche (18') zur Rekonstitution der Zellulose aus der Lösung behandelt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellulosederivat aus der Gruppe Zellulosenitrat und Zelluloseacetat verwendet wird und dass die Lösung mit einem Lösungsmittel für das betreffende Zelluloseacetat hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rekonstitution der Zellulose in dem die ionenempfindliche Grenzfläche (18') überdeckenden Bereich (26') durch hydrolytische Verseifung des Zellulosederivat-Überzugs (26') in diesem Bereich erfolgt.