DE2200119C3

DE2200119C3 - Method and apparatus for measuring sugar concentration

Info

Publication number: DE2200119C3
Application number: DE19722200119
Authority: DE
Inventors: J. Raghavendra Dr.; Sturm Ferdinand v Dr.; 8520 Erlangen Rao
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1972-01-03
Publication date: 1977-09-29

Description

2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speisemittel für die Elektroden (2,3) eine Konstantstromquelle (4, 5) dient, die einen Spannungserzeuger (4) mit ohmschen Serienwiderstand (5) umfaßt, der im Vergleich zum Innenwiderstand der Zelle (1) hochohmig ist, welche Konstantstromquelle einen konstanten Elektrodenstrom im μΑ-Bereich, vorzugsweise zwischen 10 und 100 μA, erzeugt, und daß2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that as Feed means for the electrodes (2,3) a constant current source (4, 5), which comprises a voltage generator (4) with an ohmic series resistor (5), which is high in comparison to the internal resistance of the cell (1), which constant current source one constant electrode current in the μΑ range, preferably between 10 and 100 μA, generated, and that

an den Elektroden (2,3) ein Spannungsmesser (9,10) angeschaltet ist.a voltmeter (9,10) on the electrodes (2,3) is turned on.

3. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß als Speisemittel für die Elektroden (2, 3) der Zelle eine Konstantspannungsquelle (11, 12) dient, die einen Spannungserzeuger (11) mit gegenüber dem Innenwiderstand der Zelle (1) niederohmigen Innenwiderstand (12) umfaßt und die eine konstante Elektrodenspannung im niedrigen Volt-Bereich, vorzugsweise 0,6 V, erzeugt, und daß an den Elektroden ein Strommesser (12,13,14) angeschaltet ist.3. Apparatus for performing the method according to claim I, characterized in that as Feed means for the electrodes (2, 3) of the cell, a constant voltage source (11, 12) is used, the one Voltage generator (11) with a low internal resistance compared to the internal resistance of the cell (1) (12) and which have a constant electrode voltage in the low volt range, preferably 0.6 V, and that an ammeter (12,13,14) is connected to the electrodes.

4. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Speisemitlel für die Elektroden (2,3) eine Konstantstromquelle (15, 16) dient, die einen Spannungserzeuger (15) mit ohmschen Serienwiderstand (16) umfaßt, der im Vergleich zum Innenwiderstand der Zelle (1) hochohmig ist, welche Konstantstromquelle einen konstanten Elektrodenstrom mit einem Wert oberhalb des Grenzstromes der Glucoseoxydation, vorzugsweise um mA, liefert, daß ein Schalter (6) zum zeitweisen Anschalten der Konstantstromquelle (15, 16) an die Elektroden (2, 3) der Zelle vorhanden ist und daß an den Elektroden (2, 3) ein Spannungsmesser (9) mit einem Grenzwertindikator (17, 18) angeschaltet ist, welcher Grenzwertindikator ein erstes Ausgangssignal erzeugt, wenn die Elektrodenspannung einen einstellbaren Grenzwert wenig unterhalb einer der Transitions-Potentialstufen der Zelle übersteigt, und der ein zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn die Elektrodenspannung einen einstellbaren Grenzwert wenig oberhalb dieser Transitions-Potentialslufe übersteigt, und daß dem Grenzwertindikator (17, 18) ein Zeitmeßglied (19,20), z. B. digitaler Impulszähler mit zugehörigem Zählimpulserzeuger, zur Erfassung des Zeitabstandes (Transitionszeit der Zellenspannung) zwischen den beiden vom Grenzwertindikator erzeugten Ausgangsimpulsen nachgeschaltet ist.4. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized in that as Feed means for the electrodes (2,3) a constant current source (15, 16) is used, which has a voltage generator (15) with an ohmic series resistor (16) includes, which is high in comparison to the internal resistance of the cell (1), which constant current source a constant electrode current with a value above the limit current of glucose oxidation, preferably around mA, that a switch (6) for temporarily turning on the constant current source (15, 16) on the electrodes (2, 3) of the cell and that on the electrodes (2, 3) one Voltmeter (9) with a limit value indicator (17, 18) is switched on, which limit value indicator a first output signal is generated when the electrode voltage reaches an adjustable limit value a little below one of the transition potential levels of the cell, and that exceeds a second Output signal generated when the electrode voltage slightly above an adjustable limit value this transition potential run exceeds, and that the limit value indicator (17, 18) a time measuring element (19.20) e.g. B. digital pulse counter with associated counting pulse generator to record the time interval (Transition time of the cell voltage) between the two generated by the limit value indicator Output pulses is connected downstream.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Glucoseelektrode (2) zur Oxydation von Glucose aus platiniertem Platin und die Elektrode (3) zur Reduktion des Sauerstoffs aus einem Edelmetall, 2. B. Silber oder5. Device according to one of claims 2 to 4, characterized in that the glucose electrode (2) for the oxidation of glucose from platinum-plated platinum and the electrode (3) for the reduction of the Oxygen from a noble metal, e.g. silver or

6 Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet' daß jede der Elektroden (2, 3) eben ist und e.ne FPi'che von jeweils ca. 1 cm² aufweist.6. Apparatus according to claim 5, characterized in that each of the electrodes (2, 3) is flat and has a surface area of approximately 1 cm ² each.

7 Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Ansoruch 1, dadurch gekennzeichnet, dali durch Kombination einer Elektrode (25) aus platiniertem Platin als Glucoseelektrode mit wenigstens einer für Glucose durchlässigen Kohlekatalysator-Elektrode (23 24) als Sauerstoffelektrode oder durch Kombination einer Glucosc-Elektrode aus Platin mit wenigstens einer Gegenelektrode aus S.lber/Silberchlorid die Zelle (22) selbst stromliefernd ausgebildet ist.7 device for performing the method according to Ansoruch 1, characterized by dali Combination of an electrode (25) made of platinum-coated platinum as a glucose electrode with at least one for Glucose-permeable carbon catalyst electrode (23 24) as an oxygen electrode or a combination a Glucosc electrode made of platinum with at least one counter electrode made of silver / silver chloride the cell (22) itself is designed to supply current.

8 Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet' daß an den Elektroden (25, 23, 24) der selbst stromliefernden Zelle (22) ein Spannungsmesser (26, 27, 10) zum Erfassen der Zellenleerlaufspannung fi/zJangeschaltet ist.8 Device according to claim 7, characterized in that on the electrodes (25, 23, 24) the self current-supplying cell (22) a voltmeter (26, 27, 10) for detecting the cell open circuit voltage fi / zJ is switched on.

9 Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet' daß die Elektroden (25, 23, 24) der selbst stromliefernden Zelle (22) mit einem hochohmigen Widerstand (28), vorzugsweise von 20 kü, belastet und an den Elektroden wahlweise ein Strom- oder Spannungsmesser (27 bis 28) angeschaltet ist.9 Device according to claim 7, characterized in that the electrodes (25, 23, 24) of the self Current-supplying cell (22) with a high resistance (28), preferably of 20 kü, loaded and an ammeter or voltmeter (27 to 28) is optionally connected to the electrodes.

IU Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Elektroden (25, 23, 24) der selbst stromliefernden Zelle (22) mittels Schalter (6) an einen niederohmigen Widerstand (29). vorzugsweise von 200 Ω, anschaltbar sind, und daß an den Elektroden ein Spannungsmesser mit einem Grenzwertindikator (17, 18) angeschaltet ist, welcher Grenzwertindikator ein erstes Ausgangssignal erzeugt wenn die Elektrodenspannung einen einstellbaren Grenzwert wenig unterhalb einer der Transitions-Potentialstufen der Zelle übersteigt, und der ein zweites Ausgangssignal erzeugt, wenn die Elektrodenspannung einen einstellbaren Grenzwert wenig oberhalb dieser Transitions-Potentialstufe übersteigt und daß dem Grenzwertindikator (17,18) ein Zeitmeßglied (19,20), z. B. digitaler Impulszähler mit zugehörigem Zählimpulserzeuger, zur Erfassung des Zeitabstandes (Transitionszeit der Zellenspannung) zwischen den beiden vom Grenzwertindikator erzeugten Ausgangsimpulsen nachgeschaltet ist.IU device according to Claim 7, characterized that the electrodes (25, 23, 24) of the self-supplying cell (22) by means of a switch (6) a low resistance (29). preferably of 200 Ω, can be switched on, and that to the Electrodes a voltmeter with a limit indicator (17, 18) is connected, which Limit indicator generates a first output signal when the electrode voltage is adjustable The limit value exceeds a little below one of the transition potential levels of the cell, and which generates a second output signal when the electrode voltage reaches an adjustable limit value slightly above this transition potential level and that the limit value indicator (17,18) a timing element (19,20), e.g. B. digital pulse counter with associated counting pulse generator for recording the time interval (transition time of the cell voltage) between the two of the limit value indicator generated output pulses is connected downstream.

11 Gerät nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (1 oder 22) als Implantat ausgebildet ist und daß zur Übertragung des jeweils erfaßten Elektrodenstroms oder dtr Elektrodenspannung zum jeweiligen Verarbeitungs- und/oder Anzeigegerät (z. B. 10) eine durch die Haut (7) des Patienten geführte elektrische Leitung (8) oder ein Telemetriesystem (26,27) vorhanden ist.11 Device according to one of claims 2 to 10, characterized in that the cell (1 or 22) as Implant is formed and that for the transmission of the respectively detected electrode current or dtr Electrode voltage to the respective processing and / or display device (e.g. 10) one through the skin (7) the patient-guided electrical line (8) or a telemetry system (26,27) is available.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Gerät zum Messen der Zuckerkonzentration, insbesondere in einer Körperflüssigkeit, z. B. Blut, eines Patienten.The invention relates to a method and device for measuring the sugar concentration, in particular in a body fluid, e.g. B. blood, from a patient.

Zur Bestimmung der Zuckerkonzentration werden häufig nur chemische Methoden angewendet. Nachteilig ist dabei, daß damit nur sehr ungenaue Ergebnisse erzielt werden können, wenn Meßmethoden angewandt werden, die einfach durchzuführen sind; genaue Ergebnisse können dagegen nur von Fachkräften im Labor ermittelt werden. Dieser Nachteil ist besondersOften only chemical methods are used to determine the sugar concentration. Disadvantageous is that with it only very imprecise results can be achieved if measuring methods are used that are easy to perform; exact results, however, can only be provided by specialists in the Laboratory to be determined. This disadvantage is special

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erwiegend für Zuckerkranke, bei denen dermainly for those with diabetes, where the

^C| ι Mckergehalt möglichst genau und kontinuierlich ^C | ι Mcker content as precisely and continuously as possible

: mt werden soll, damit auch bei relativ rasch: mt should be so even with relatively quickly

^)Ch nkenden Zuckerkonzentrationen im Slut die ⁾ Changing sugar concentrations in the slut die

Is richtig dosierte Therapie durchgeführt werden i^ewel _Die Jem Zuckerkranken zur Selbstbestimmung ⁿⁿ Blutzuckers angebotenen Urin-Färbeteststreifen ^SCinCben auch nur einen äußerst groben Anhaltspunk; ^e[f^e den Blutzuckergehalt und sind daher als Grundlage r Pine gezielte Therapie praktisch nicht geeignet. Die ,₀ Is correctly dosed therapy carried out i ^ewel _The ^{urine staining test} strips SCinC offered to those diabetic for self-determination ⁿⁿ blood sugar have only an extremely rough point of reference; ^e [f ^e the blood sugar content and are therefore practically unsuitable as a basis for r Pine targeted therapy. The, ₀

e Bestimmung des Blutzuckers, die nur im Labore Determination of blood sugar, only in the laboratory

^gCMeen kann, erfordert die Abnahme von Blut, wozu ^gC Meen requires drawing blood, for what purpose

η Patient in die Klinik oder zum Arzt kommen muß,η the patient has to come to the clinic or to the doctor,

natürlich wegen der Belästigung des Patienten undof course because of the nuisance of the patient and

H r anfallenden Kosten nicht häufig genug durchgeführt ,5The costs incurred are not carried out frequently enough, 5

,den kann. Aus diesem Grunde hatte man also bereits T Einsatz von Glucosezellen bei der Messung der vnckerkonzentration vorgeschlagen, die eine raschere UI ßanzeige für den Konzentrationswert auch bei α wendung durch technische Laien liefern sollten. Bei j_nrll diesem Zweck bisher vorgeschlagenen Glucose-Sen (z B DT-OS 19 32 581, DT-OS 19 33 302, Nature. V 1 214 1967 S. 986 bis 988) handelt es sich jedoch I?rrhweg um sogenannte Enzym-Elektroden, wo also im Elektrolyten ein Enzym, z.B. Glucose-Oxidase „der Peroxidase, beigefügt ist. Dieses Enzym bewirkt, HR im Elektrolyten vor den eigentlichen Zellen-Elekirnden Glucose mit Sauerstoff direkt chemisch reagiert, hPknielsweise in dem Sinne, daß Glucose mit Sauerstoifthat can. For this reason, had suggested therefore already T cells using glucose in the measurement of vnckerkonzentration that should provide technical lay a more rapid U I ßanzeige for the concentration value even with α application. When j _NRLL this purpose hitherto proposed glucose-Sen (for example DT-OS 19 32 581, DT-OS 19 33 302 Nature. V 1 214 1967 P. 986-988), however, of I? Rrhweg so-called enzyme Electrodes, where an enzyme, for example glucose oxidase, is added to the peroxidase in the electrolyte. This enzyme causes HR in the electrolyte to react chemically directly to glucose in the electrolyte before the actual cell elecrnents, in the sense that glucose reacts with oxygen

, Glucon-Säure und Wasserstoffperoxyd reagiert. nnrch diese chemische Reaktion ändern sich die Eigenschaften des Elektrolyten, beispielsweise im Hinblick auf die Sauerstoffkonzentration, den pH-Wert und/oder die Leitfähigkeit. Die sich jeweils einstellende Änderung eines dieser Werte dient dann als mdirektes Maß 'für den Glucosegehalt der Lösung. Ein solches indirektes Meßverfahren ist jedoch wenig exakt und ehr störanfällig, da z. B. aufgrund von Störungen verursachte Änderungen der Sauerstoffkonzentration. Z{ „Η-Wertes und/oder der Leitfähigkeit im Elektrolyten immer in die Messung mit eingehen und demnach das Meßergebnis auch verfälschen können. Neben den Enzym-Elektroden sind ferner auch noch solche Meßeinrichtungen bekanntgeworden (z.B. GB-PS 7 96 674) die den Zuckergehalt einer Zuckerlosung über eine elektrische Leitfähigkeitsmessung bestimmen Zu Sem Zweck werden in die Zuckerlösung Elektroden e ngeführt und durch Anlegen eines Wechselstromes die sSeitfähigkeit der Lösung zwischen den Elektroden erSelt Leitender Bestandteil ist dabei jedoch nicht to Zucker; die Leitfähigkeit wird vielmehr bestimmt durch die Beweglichkeit der Ionen sonst.ger Bestandteile der Lösung, die mit zunehmender Zuckerkonzentra-L_n entsprechend ,abnimmt. Die Zuckerkonzentrat.on wird .to wie auch'schon bei den Enzym-Elektroden nur Sekt ermittelt und es ergeben sich damit dieselben Nachteile die auch der indirekten Messung mit η Elektroden anhaften. Zu beachten ist außerdem,, Gluconic acid and hydrogen peroxide react. Only this chemical reaction changes the properties of the electrolyte, for example with regard to the oxygen concentration, the pH value and / or the conductivity. The change in one of these values that occurs in each case then serves as a direct measure of the glucose content of the solution. However, such an indirect measurement method is not very precise and more prone to failure, since z. B. changes in oxygen concentration caused by disturbances. Z { „Η value and / or the conductivity in the electrolyte are always included in the measurement and can therefore also falsify the measurement result. In addition to the enzyme electrodes, measuring devices have also become known (e.g. GB-PS 7 96 674) which determine the sugar content of a sugar solution by means of an electrical conductivity measurement Between the electrodes, however, the conductive component is not sugar; the conductivity is rather determined by the mobility of the ions of other components of the solution, which decreases _{with increasing sugar concentration L n.} As with the enzyme electrodes, the sugar concentrate is only determined for sparkling wine, and this results in the same disadvantages as those associated with indirect measurement with η electrodes. It should also be noted that

weise die Elektrodenkombination einer elektrochemi- ^^Hiigender Erfindung ist es nun ein Verfahren nebst Gerät zur Bestimmung der^uckertonzentration anzugeben, das unter Ve^jndung ^ rheinischer Glucosezellen em wesentlich exakteres für den Zuckerkonzentrationswert als die herkömmlichen Meßverfahren und Meßgeräte liefert.the electrode combination of an electrochemical ^^ Due to the invention it is now a Method and device for determining the sugar tone concentration to indicate that under Ve ^ jndung ^ Rhenish glucose cells emit much more precise values for the sugar concentration than the conventional ones Provides measuring methods and devices.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Zucker in einer elektrochemischen Glucosezelle direkt elektrochemisch oxidiert wird und daß dabei wahlweise der von der Glucoseelektrode zur Gegenelektrode fließende Strom oder die sich zwischen diesen Elektroden einstellende Zellenspannung oder die Transitionszeit im Zellenspannungsverlauf gemessenAccording to the invention, the object is achieved in that the sugar is stored in an electrochemical glucose cell is oxidized directly electrochemically and that optionally that of the glucose electrode to the counter electrode flowing current or the cell voltage established between these electrodes or the Transition time measured in the cell voltage curve

Im Gegensatz zum Meßverfahren mit Enzym-Elektroden reagiert beim vorliegenden enindungsgemäßen Verfahren die Glucose nicht enzymatisch mit z. B. Sauerstoff im Elektrolyten vor den Elektroden. Als Maß für den Zuckergehalt dient demnach auch nicht beispielsweise eine gemessene Änderung der Sauerstoffkonzentration, des pH-Wertes und/oder der Leitfähigkeit im Elektrolyten. Gemäß der Erfindung reagiert vielmehr die Glucose nach Antransport an die Oberfläche der Glucoseelektrode direkt elektrochemisch, d. h. das Glucosemolekül ist der elektroaktive Teil. Die Reaktion unmittelbar an den Elektroden verläuft dabei in der Weise, daß an der einen Elektrode (Glucoseelektrode) die Glucose oxidiert, an der anderen Elektrode (Sauerstoffelektrode) hingegen Sauerstoff reduziert wird. Da an der Glucoseelektrode jedoch die Glucose der Körperflüssigkeit direkt umgesetzt wird, ergibt sich über den gemessenen Elektrodenstrom oder die gegebenenfalls gemessene Elektrodenspannung bzw. Transitionszeit auch ein direktes Maß für den Zuckergehalt in der Körperflüssigkeit. Dieses Maß ist jedoch wesentlich exakter als das beispielsweise mit Enzym-Elektroden gewonnene indirekte Maß für den Zuckergehalt, da beispielsweise aufgrund von Störung hervorgerufene Änderungen, z. B. der Sauerstoffkonzentration, des pH-Wertes und/oder der Leitfähigkeit im Elektrolyten in die Messung nicht eingehen und damit für das Meßergebnis ohne Bedeutung sind. Dieselben Vorteile ergeben sich jedoch auch gegenüber jenen Meßverfahren, die mit Leitfähigkeitsmessung arbeiten. Mit der Erfindung erhält man also exakte direkte Konzentrationswerte des Zuckers, die als elektrisches Signal sofort anfallen, d. h. der jeweils ermittelte exakte Konzentrationswert kann dann wie erwünscht sofort an einem geeigneten Signalanzeigegerät abgelesen werden. Das Arbeiten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfordert praktisch keine besondere technische Erfahrung, d. h. die Ermittlung des Konzentrationswertes kann auch durch einen technischen Laien erfolgen. Geräte zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 11 beschrieben. Die bei diesen Geräten eingesetzten Glucosezellen können auf kleinstem Raum aufgebaut werden und eignen sich daher auch für die Implantation im Körper eines Patienten. Damit ergibt sich insbesondere für einen Zuckerkranken die einfache Möglichkeit, sich laufend ausreichend genau über seine Blutzuckerkonzentration zu informieren (z. B. anhand eines am Körper angebrachten Signalanzeigegerätes) und selbst gezielt entsprechende therapeutische Maßnahmen zu ergreifen. Die Übermittlung des jeweiligen elektrischen Signals zum Anzeigegerät kann dabei über durch die Haut geführte elektrische Leitungen oder auf telemetrischem Wege erfolgen.In contrast to the measuring method with enzyme electrodes, the present invention reacts Process the glucose not enzymatically with z. B. Oxygen in the electrolyte in front of the electrodes. As a measure for the sugar content, for example, a measured change in the oxygen concentration does not serve either, the pH value and / or the conductivity in the electrolyte. Responds according to the invention rather, the glucose is directly electrochemically after transport to the surface of the glucose electrode, d. H. the glucose molecule is the electroactive part. The reaction directly at the electrodes runs in such a way that the glucose oxidizes on one electrode (glucose electrode) and on the other Electrode (oxygen electrode), however, oxygen is reduced. Since on the glucose electrode, however, the Glucose is converted directly into the body fluid, results from the measured electrode current or the possibly measured electrode voltage or transition time is also a direct measure of the Sugar content in the body fluid. However, this dimension is much more exact than that for example with Enzyme electrodes obtained indirect measure for the sugar content, for example due to disturbance changes caused, e.g. B. the oxygen concentration, the pH value and / or the conductivity are not included in the measurement in the electrolyte and are therefore irrelevant for the measurement result. However, the same advantages also result compared to those measuring methods that use conductivity measurement work. With the invention one thus obtains exact direct concentration values of the sugar, which as an electrical signal is generated immediately, d. H. the exact concentration value determined in each case can then be as should be read immediately on a suitable signal indicator. Working after the The method according to the invention requires practically no special technical experience, i. H. the investigation the concentration value can also be done by a technical layperson. Implementation devices of the method according to the invention are described in subclaims 2 to 11. The ones with these devices Glucose cells used can be built up in the smallest of spaces and are therefore also suitable for Implantation in a patient's body. This results in the simple one, especially for a diabetic Opportunity to obtain sufficient information about your blood sugar concentration on an ongoing basis (e.g. using a signal display device attached to the body) and targeted therapeutic measures to take. The transmission of the respective electrical signal to the display device can be via electrical lines passed through the skin or by telemetry.

Die Zelle kann mit einer Fremdstromquelle betrieben werden, z. B. einer Primärzelle vom Quecksilberoxid-Zink-Typ, einer Sekundärzelle vom gasdichten Nickel-Cadmium-Typ, einer Brennstoffzelle, beispielsweiseThe cell can be operated with an external power source, e.g. B. a primary cell of the mercury oxide-zinc type, a secondary cell of the gas-tight nickel-cadmium type, a fuel cell, for example

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Glucose/Sauerstoffzelle, einer biogalvanischen Zelle, ζ. Β. Aluminium/Sauerstoffzelle, oder einer Radionuklidbatterie mit thermoelektrischem oder thermionischem Generator. Ebensogut kann die Zelle auch selbst stromliefernd, z. B. als Gluccse-Sauerstoff-Brennstoffzelle oder aus Glucose-Silber/Silberchlorid-Zelle, ausgebildet sein.Glucose / oxygen cell, a biogalvanic cell, ζ. Β. Aluminum / oxygen cell, or a radionuclide battery with thermoelectric or thermionic generator. The cell itself can do just as well power supply, e.g. B. as Gluccse oxygen fuel cell or from glucose-silver / silver chloride cells being.

Bei Fremdstrombetrieb kann die Zelle entweder mit einem konstanten Strom oder einer konstanten Spannung gespeist werden. Das Maß für die Zuckerkonzentration bildet dann die sich jeweils einstellende Zellenspannung bzw. der Zellenstrom. Die Zelle kann auch kurzzeitig an eine Konstantstromquelle angeschlossen werden und als Maß für die Konzentration die jeweilige Transitionszeit der Zellenspannung gemessen werden.In the case of external current operation, the cell can either use a constant current or a constant Voltage are fed. The measure for the sugar concentration is then that which is established in each case Cell voltage or the cell current. The cell can also be connected to a constant current source for a short time are measured and the respective transition time of the cell voltage is measured as a measure of the concentration will.

Bei Selbststrombetrieb kann als Maß für die Konzentration entweder die Leerlaufspannung der Zelle oder der Zellenstrom bzw. die Zellenspannung bei hochohmig betasteter Zelle herangezogen werden. Ebensogut kann durch kurzzeitige Überbrückung der Zelle mit einem niederohmigen Widerstand wiederum die Transitionszeit ermittelt werden.In self-powered operation, either the open circuit voltage of the Cell or the cell current or the cell voltage can be used in the case of a high-resistance cell. You can just as well by briefly bridging the cell with a low resistance the transition time can be determined.

Die Erfindung wird anhand der F i g. 1 bis 6 der Zeichnung, welche Ausführungsbeispiele darstellen, im folgenden noch näher erläutert:The invention is illustrated by means of FIGS. 1 to 6 of the drawing, which represent exemplary embodiments, in the following explained in more detail:

Die F i g. 1 bis 3 zeigen jeweils implantierte fremdstromgespeiste Glucosezellen 1 mit einer Glucoseelektrode 2 aus platziertem Platin sowie einer Gegenelektrode 3 aus Silber oder Platin. Die Elektroden sind in einem Rahmen durch Membranen voneinander isoliert eingegossen, die Gewebeflüssigkeit bildet den Elektrolyten. Die Fläche jeder Elektrode 2,3 beträgt ca. 1 cm², im Betriebszustand liegt die Glucoseelektrode an positivem und die Gegenelektrode an negativem Potential.The F i g. 1 to 3 each show implanted, externally powered glucose cells 1 with a glucose electrode 2 made of placed platinum and a counter electrode 3 made of silver or platinum. The electrodes are cast in a frame insulated from one another by membranes, the tissue fluid forms the electrolyte. ^{The area of each electrode 2} , 3 is approx. 1 cm 2, in the operating state the glucose electrode is at a positive potential and the counter electrode at a negative potential.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 wird die Zelle 1 mit einem konstanten Strom h\ im μΑ-Bereich (z. B. 10 μA) gespeist. Als Konstantstromerzeuger dient eine Spannungsquelle 4 mit einem gegenüber dem Zellenwiderstand hochohmigen Widerstand 5. Als Spannungsquelle kann eine der bereits eingangs genannten Spannungsquellen verwendet werden. Die Konstantstromquellc 4, 5 ist mittels eines Schalters 6, z. B. Magnetschalter, an die Elektroden 2, 3 der Zelle 1 anschaltbar. Das Schließen des Schalters 6 erfolgt zweckmäßig mittels eines durch die Haut 7 des Patienten eingestrahlten Schlicßsignals (Schlicßsignal-Erzeugcr nicht dargestellt).In the embodiment according to FIG. 1, cell 1 is fed with a constant current h \ in the μΑ range (e.g. 10 μA). A voltage source 4 with a resistance 5 which is high in relation to the cell resistance is used as a constant current generator. One of the voltage sources already mentioned at the beginning can be used as the voltage source. The Konstantstromquellc 4, 5 is by means of a switch 6, z. B. magnetic switch, to the electrodes 2, 3 of the cell 1 can be connected. The switch 6 is expediently closed by means of a closing signal radiated through the patient's skin 7 (closing signal generator not shown).

Als Maß für die jeweils vorliegende Zuckerkonzentration dient die Zcllenspannung Uy.. Der jeweilige Spannungswert (7/wird dabei über durch die Hnut 7 des Patienten geführte elektrische Leitungen 8 einem Verstärker 9 mit nuehgeschultetcm Anzeigegerät 10 für die Ziickcrkon/.cntrution zugeführt. The cell voltage Uy serves as a measure of the sugar concentration present in each case.

Im Ausführungsbeispiel gemllß Fig. 2 liegen die Elektroden 2, 3 der Zelle 1 an einer konstanten Spannung ϋ/.κ· Die Spannung wird erzeugt von einem Spannungserzcugcr 11 mit vorgeschaltetem, gegenüber dem Zellen widerstund niederohmigen Widerstand 12. Im Betriebszustand der Zelle (Schulter 6 entsprechend F i g. 1 geschlossen) entsteht ein Zcllcnstrom /*, welcher in seiner Stärke von der Glucosckonzcniration abhängt. Ein dem Strom // proportionales Spnnnungssignal wird über dem Widerstand 12 abgegriffen und wiederum über durch die Haut 7 geführte elektrische Leitungen 8 einem Verstärker 13 mit nachgeschaltetem Anzeigegerät 14 für den Konzentrationswert zugeführt.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, the electrodes 2, 3 of the cell 1 are connected to a constant voltage ϋ / .κ · The voltage is generated by a voltage generator 11 with an upstream, low-ohmic resistance 12 with respect to the cell. In the operating state of the cell (shoulder 6 closed according to FIG. 1) a flow of blood is produced, the strength of which depends on the glucose concentration. A voltage signal proportional to the current // is tapped off via the resistor 12 and, in turn, supplied via electrical lines 8 passed through the skin 7 to an amplifier 13 with a downstream display device 14 for the concentration value.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 werden die Elektroden 2,3 der Zelle 1 mit einem konstanten Strom Im von ca. 2 mA gespeist. Als Konstantstromquelle dient wiederum eine Spannungsquelle 15 mit vorgeschaltetem, gegenüber dem Zellenwiderstand hochohmigen Widerstand 16.
Verfolgt wird in diesem Ausführungsbeispiel der mit dem Schließen des Schalters 6 auftretende zeitliche Verlauf der Spannung Uz- Die Spannung Uz wird hierzu über Leitungen 8 einem Verstärker 9 mit nachgeschalteten Grenzwertmeldern 17 und 18 zugeführt. Der Grenzwertmelder 17 erzeugt ein Ausgangssignal, sobald die Spannung Uz einen festgelegten Wert wenig unterhalb vorzugsweise der ersten Transitions-Potentialstufe der Zelle überschreitet. Der Grenzwertmelder 18 erzeugt ein Ausgangssignal, wenn die Spannung Uz einen bestimmten Wert wenig oberhalb der Potentialstufe überschreitet.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the electrodes 2, 3 of the cell 1 are fed with a constant current Im of approximately 2 mA. A voltage source 15 with an upstream resistor 16 with a high resistance to the cell resistor is used as the constant current source.
In this exemplary embodiment, the time curve of the voltage Uz- that occurs when the switch 6 is closed is tracked. For this purpose, the voltage Uz is fed via lines 8 to an amplifier 9 with limit value indicators 17 and 18 connected downstream. The limit indicator 17 generates an output signal as soon as the voltage Uz exceeds a specified value, preferably slightly below the first transition potential level of the cell. The limit indicator 18 generates an output signal when the voltage Uz exceeds a certain value a little above the potential level.

Das Ausgangssignal des Grenzwertmelders 17 startet einen Impulszähler 19, welcher die Ausgangsimpulse eines Impulserzeugers 20 (z. B. eingeschaltet durch das Schließsignal für den Schalter 6) zählt. Der Ausgangsimpuls des Grenzwertmelders 18 stoppt den Zähler 19.The output signal of the limit indicator 17 starts a pulse counter 19, which the output pulses a pulse generator 20 (e.g. switched on by the closing signal for switch 6) counts. The output pulse of the limit monitor 18 stops the counter 19.

Die Anzahl der vom Zähler 19 gezählten Pulse des Impulserzeugers 20 ist ein Maß für die Transitionszeit der Zellenspannung Uz bei der entsprechenden Potentialstufe. Die Transitionszeit wiederum ist ein Maß für die Glucosekonzentration. Ein dem Zähler 19 nachgcschaltetes Anzeigeinstrument 21 zeigt den Glucosekonzentralionswert unmittelbar an.The number of pulses from the pulse generator 20 counted by the counter 19 is a measure of the transition time of the cell voltage Uz at the corresponding potential level. The transition time, in turn, is a measure of the glucose concentration. A display instrument 21 connected downstream of the counter 19 shows the glucose concentration value directly.

In den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 4 bis 6 sind als Glucosezellen jeweils selbst stromliefernde Glucose/ Sauerstoffzelt 22 verwendet. Jede dieser Zellen 22 besteht aus zwei für die Glucose durchlässige Sauerstoffelektroden 23, 24 sowie einer zwischen diesen Elektroden angeordneten Glucoseelektrode 25 (die Elektroden sind untereinander sowie zur Körperflüssigkeil hin durch Trennwände aus hydrophilem Material, vorzugsweise Ionenaustauscher, abgetrennt). Die Sauerstoffclektrodcn 23, 24 bestehen jeweils aus einem Silbernetz mit aufgebrachter Kohle als Katalysator. Die Glucoseelektrode 25 besteht aus platziertem Platin. Die Flächen der Elektroden betragen jeweils 6,3 cm².In the exemplary embodiments according to FIG. 4 to 6 are used as glucose cells, each self-supplying glucose / oxygen tent 22. Each of these cells 22 consists of two oxygen electrodes 23, 24 permeable to glucose and a glucose electrode 25 arranged between these electrodes (the electrodes are separated from each other and from the body fluid wedge by partition walls made of hydrophilic material, preferably ion exchangers). The oxygen cells 23, 24 each consist of a silver network with applied charcoal as a catalyst. The glucose electrode 25 consists of placed platinum. The areas of the electrodes are each 6.3 cm ² .

Die Übertragung der von den Zellen 22 gelieferten elektrischen Signale durch die Haut 7 des Patienten geschieht hier auf tclcmctrischcm Wege in der üblichen Weise unter Verwendung eines implanticrbaren Senders 26 sowie eines Empfangsverslürkers 27.The transmission of the electrical signals supplied by the cells 22 through the skin 7 of the patient happens here in the usual way using an implantable transmitter 26 as well as a receptionist 27.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 wird dabei jeweils die sich nach Schließen des Schalters 6 einstellende Zcllenlcerluufspannung Uzi. übertragen und an einem Anzeigegerät 10 angezeigt. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the cell opening voltage Uzi which is set after the switch 6 has been closed is in each case. and displayed on a display device 10.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 ist die Zelle 22 mil einem hochohmigen Widerstand 28, z. B. 20 kil, belastet und als Maß für die Glucosekonzcntration wird der sich einstellende Zcllenslrom // gemessen.In the embodiment according to FIG. 5 is cell 22 with a high resistance 28, e.g. B. 20 kil, loaded and as a measure of the glucose concentration the resulting cell flow is measured.

Im Ausführungsbeispiel gemäß F i g. b ist die Zelle 22 un einen niederohmigen Widerstund 29, vorzugsweise 200Ω, anschiiltbar. Es wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 der zeitliche Verlauf der Zcllcnspunnung U? übertrugen und mittels einer entsprechenden Schaltungsanordnung 17 bis 21 die Transitionszeit ermittelt und ange/cigt.In the embodiment according to FIG. b, the cell 22 can be connected to a low-ohmic resistor 29, preferably 200Ω. According to the exemplary embodiment according to FIG. 3, the time profile of the Zcllcnspunnung U? are transmitted and the transition time is determined and displayed by means of a corresponding circuit arrangement 17 to 21.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for measuring the glucose ^{concentration;} especially in a body fluid, e.g. B. blood, of a patient, characterized in that the sugar in an electrochemical glucose cell (1 or 22) is directly electrochemically oxidized and that optionally the current flowing from the glucose electrode (2 or 25) to the counter electrode (3 or 23, 24) or the cell voltage established between these electrodes or the transition time in the cell voltage curve is measured.