DE2321458A1

DE2321458A1 - Verfahren und vorrichtung zur quantitativen bestimmung der von einem papierstreifen aufgesogenen fluessigkeitsmenge

Info

Publication number: DE2321458A1
Application number: DE19732321458
Authority: DE
Inventors: Samuel M Dr Borden; Lorne M Dr Golub; Israel Dr Kleinberg; Morris Settler
Original assignee: Harco Electronics Ltd
Current assignee: Harco Medical Electronics Of Canada Ltd Winnipeg
Priority date: 1972-04-28
Filing date: 1973-04-27
Publication date: 1973-11-15
Also published as: SE388280B; GB1418337A; FR2182172B1; NO137800B; DE2321458C3; JPS584301B2; NO137800C; JPS4981068A; DE2321458B2; FR2182172A1

Description

HARCO ELECTRONICS LTD.
Winnipeg. Manitoba/Kanada

Verfahren und Vorrichtung zur quantitativen Bestimmung der von einem Papierstreifen aufgesogenen Flüssigkeit smenge

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quantitativen Bestimmung der von einem Papierstreifen aufgesogenen Flüssigkeitsmenge und eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens. Ferner betrifft sie einen zur Diagnose der entzündlichen ParodontLüs geeigneten Papierstreifen.

Die chronische entzündliche Parodontj-tds ist eine ziemlich hartnäckige Krankheit. Sie tritt auf, wenn sich Kolonien von Mikroorganismen am Zahnhals zwischen dem Zahnfleisch und den Zähnen ansiedeln und bei ihrem Wachstum toxische Sekrete absondern, die das Zahnfleisch entzünden. Die Kombination der Zahnfleischentzündung mit den bakteriellen Erzeugnissen zerstört die natürliche Abdichtung zwischen dem Zahnfleisch und dem Zahn, wodurch eine Tasche entsteht, in der Bakterien gedeihen. Die Entzündung führt so schließlich zur Lockerung der Zähne.

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Unglücklicherweise ist die Feststellung der Krankheit im Frühstadium, in dem sie am ehesten bekämpft werden könnte, nicht einfach. Der Hauptgrund hierfür liegt darin₉ daß empfindliche und objektive Verfahren zur Frühdiagnose der Krankheit bisher nicht zur Verfügung standen,

Vor kurzem wurde gefunden, daß das Flüssigkeitsvolumen der am Zahnhals gebildeten Taschen in Mikroliter dadurch bestimmt werden kann, daß schmale Papierstreifen zwischen Zahnfleisch und Zahn in die Tasche eingeschoben und dort während einer vorgegebenen Zeitspanne belassen werden« Anschließend wird der Papierstreifen unter ein Mikroskop gelegt und die benetzte Fläche mittels eines Rasters in Quadrate eingeteilt, die ausgezählt werden können. Die Anzahl der benetzten Quadrate kann graphisch in das tatsächliche Flüssigkeitsvolumen umgerechnet werden. Ein größeres Flüssigkeitsvolumen läßt auf ein weiteres Fortschreiten der Zahnfleischentzündung schließen.

Dieses Verfahren ist nicht nur zeitraubend, sondern hat auch viele Fehlerquellen wegen der Verdunstung und des Fehlens einer deutlichen Grenzlinie zwischen den benetzten und den nicht benetzten Teilen des Papierstreifens. Zur Beseitigung des letzteren Nachteils könnte das Papier mit einem Stoff getränkt werden, der durch die Benetzung einen Farbumschlag erfährt. Eine solche Imprägnierung kann aber eine nachfolgende chemische Analyse der Benetzungsflüssigkeit behindern? eine solche Analyse erscheint .aber für diagnostische Zwecke, z.B. zur Feststellung eines Diabetes, besonders wichtig.

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Der in Anspruch. 1 angegebenen Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die quantitative Bestimmung der von einem für

Zwecke

die Frühdiagnose der Parodonti-tds oder andere/benutzten Papierstreifens aufgesogenen Flüssigkeitsmenge zu vereinfachen und zu beschleunigen. Das Verfahren kann auch dazu dienen, Instrumente und sonstige Vorrichtungen zu eichen, die sehr geringe Flüssigkeitsmengen liefern sollen, z.B. Ultramikropipetten, Büretten und dgl.

Durch Einlegen des Papierstreifens zwischen die Platten eines Kondensators als Dielektrikum und Messung der Kapazität desselben läßt sich die von dem Papierstreifen aufgesogene Flüssigkeitmenge ebenso schnell wie einfach und problemlos bestimmen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Messung unter konstantem Druck auf dem Papierstreifen vorgenommen wird. Durch die in Sekundenschnelle durchführbare Messung und Registrierung mittels eines Digitalzählers lassen sich Verluste durch Verdunstung und dgl. nahezu vollständig vermeiden.

Ein entsprechendes Meßgerät mit zwei unter konstantem Druck gegeneinander-gedrückten Kondensatorplatten, zwischen die der Papierstreifen eingelegt werden kann, und einem mit den Kondensatorplatten verbundenen Transistorverstärker mit digitaler Ausgangsschaltung kann von Zahnärzten in der Sprechstunde unmittelbar benutzt und abgelesen werden.

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Vorteilhaft ist es, wenn der Papierstreifen so ausgebildet und gefaltet ist, daß¹ er zum Zweck des Einschiebens unter das Zahnfleisch und des Herausziehens leicht mit einer Zange erfaßt werden kann und trotzdem eine genügende Steifheit aufweist, um ihn auch im feuchten. Zustand ohne Schwierigkeiten zwischen die Platten des Kondensators bringen zu können»

Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben, Hierin sind:

Fig. 1 bis h eine schematische Darstellung des bekannten Verfahrens zur Bestimmung des Flüssigkeitsvolumens in einer Zahnhalsvertiefung;

Fig. 5 eine isometrische Darstellung der neuen Vorrichtung; Fig. 6 ein schematisch.es Schaltbild derselben;

Fig. 7 eine schematische Darstellung des Netzteils der Schaltungsanordnung;

Fig. 8 eine Schnittdarstellung des Oberteils des Gerätes mit der Montage der Kondensatorplatten und

Fig. 9 eine isometrische Darstellung der bevorzugten Ausbildung des Papierstreifens in größerem Maßstab.

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Das bekannte Verfahren besteht daria, daß gemäß Fig. 1 Papierstreifen 1o so weit wie möglich in die Spalten zwischen den Zähnen 11 und dem Zahnfleisch 12 eingeschoben werden und daß die Streifen etwa 3 Minuten dort belassen werden. Dann wird gemäß Fig. 2 ein Papierstreifen 1o mittels einer Zange 13 herausgezogen, wobei die Fläche 1oA ungefähr den durch die Flüssigkeit in der Spalte benetzten Teil des Papierstreifens angibt. Diese» Streifen wird dann gemäß Fig. 3 unter ein durchsichtiges Raster 1k gelegt und durch eine Lupe oder ein Mikroskop 15 betrachtet, woraufhin die Anzahl der benetzten Quadrate ausgezählt werden kann. Fig. k zeigt die Eichkurve, aus der das Flüssigkeitsvolumen der Zahnspalten in Abhängigkeit von der Anzahl der gezählten Quadrate abgelesen werden kann.

Fig. 5 bis 8 zeigen das neue Gerät, und zwar bedeutet 16 eine digitale Anzeigevorrichtung, an der Ziffern ablesbar sind, welche die Stromstärke in Mikroampere bedeuten. 17 ist ein hochfrequenter Festkörperoszillator (etwa 11o kHz). 18 ist ein Netzteil, der eine geregelte Speisegleichspannung von 2k Volt für den Oszillator abgibt. 19 ist eine Vorrichtung zum Festhalten der verhältnismäßig kleinen Papierstreifen 1o zwischen zwei Backen 2o und 21, Die untere Backe 21 ist fest, aber verstellbar, während die obere Backe 2o mittels eines bei 23 an einer Seite der Ablesevorrichtung 16 gelagerten Hebels 22 nach oben verschwenkbar ist. Die Backen sind so ausgebildet, daß sie die Verdunstung verringern und so zu größerer Reproduzierbarkeit führen. Sie können auch so ge-

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staltet sein, daß sie anderes Material als Papier festhalten, z.B.- sehr kleine Proben biologischer" Gewebe«,

Für eine exakte Messung ist es wesentlich,.daß die beiden Backen 2o und 21 genau parallel zueinander stehen und stets. den gleichen Druck auf den dazwischengelegten Papierstreifen ausüben. Zu diesem Zweck ist die untere Backe.21 in der Mitte eines Klotzes 27 aus glasfaserverstärktem Epoxyharz oder dgl. -befestigt, der seinerseits von einer Grundplatte 28 getragen wird» Diese Grundplatte wird von vier Schrauben 29 gehalten, die vom oberen Abdeckbrett 3° des Gerätes nach unten weisen und in die Grundplatte 28 eingeschraubt sind. Dadurch wird der Klotz 27 in einer Ausnehmung 31 der Abdeckplatte 3o so gehalten, daß seine Oberseite 32 praktisch mit der Oberseite der Abdeckplatte 3° fluchtet. Die Flächenberührung der Backen 2o und 21 kann so mittels der Schrauben 29 eingestellt und geprüft werden, indem man entlang der Berührungsfläche eine kräftige Lichtquelle anvisiert. -

Das Gerät wird vom Lichtnetz Zk gespeist und die ganze Schaltungsanordnung befindet sich vorzugsweise in. einem Kasten 33» zu dem die obere Abdeckplatte 3o gehört. Die Backen 2o und 21 und die Ablesevorrichtung 16 sind auf der Oberseite der Abdeckplatte 3o montiert»

Die beiden Backen 2o und 21 bestehen aus kräftig anodisch oxidiertem Aluminium₉ so daß sie vollkommen gegeneinander isoliert sind. Sie bilden, also die Platten eines Kondensators 25- (Figo 6), dessen .Kapazität durch Einlegen des Papier-

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Streifens 1o veränderbar ist. Die Odydationsschicht der Backen 2o und 21 und der Papierstreifen bildet das Dielektrikum des Kondensators. Dieser Kondensator hat bei vollständig trockenem Papierstreifen to eine Kapazität von etwa 5 P^- Wird der Papierstreifen durch die Zahnhalsflüssigkeit benetzt, so ändert sich einerseits der dielektrische Verlustfaktor und andererseits die relative Dielektrizitätskonstante E

des Papiers. Beide Faktoren beeinflussen die Kapazität des Kondensators 25 im Oszillatorkreis 17» wobei die Kapazität von einem vollständig trockenen Papierstreifen zu einem vollständig nassen Papierstreifen von etwa 5 pF auf I5 pF ansteigt. Die Änderung des Verlustfaktors bewirkt eine Amplitudenänderung der Schwingungen (Faktor k von trocken zu.naß). Die Änderung der Dielektrizitätskonstante E ändert die Schwingfrequenz (von II0 kHz zu 37 kHz).

Da die Amplitudenänderung der Schwingungen weit stärker ist, wird diese Änderung zur Messung verwendet. Sie führt im wesentlichen zu einer Änderung des Basisstroms im Transistor 26 (um etwa I00 Mikroampere von trocken zu· naß). Dieser Basisgleichstrom wird in dem digitalen Anzeigegerät 16 angezeigt, wobei das Flüssigkeitsvolumen und der entsprechende Feuchtigkeitsgrad des Papierstreifens eine Stromstärkenänderung bedeuten, die an dem Meßinstrument angezeigt wird. Die Änderung des Basisgleichstroms ist proportional zum Flüssigkeitsvolumen.

Die Hauptvorteile der beschriebenen Anordnung sind die folgenden:

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a) Das Gerät ist im Stande, Mikrovolumina in einem sehr kleinen Papierstreifen 1o zu messen. Diese Mikrovolumina

sind in der Größenordnung von 1o und Vo Mikroliter.

b) Der Kondensator 25 wird von den beiden anodisch oydierten Backen 21 und 2o gebildet_e die durch die starke Oxydation ständig voneinander isoliert, und doch in sich leitend sind. Die leitenden Teile _t d.h. die Kondensatorpiatten sind durch ein Dielektrikum getrennt ₉ das im wesentlichen aus dem kleinen Papierstreifen Io besteht_o Die dielektrischen Veränderungen desselben durch Beaetzen mit einem Mikro-Flüssigkeitsvolumen ist groß g©nug₉ um auf dem digitalen Mikro-· amperemeter 16 angezeigt au werden, und zeigt weitgehend

-linearen Verlauf. .

c) Ba der Druck auf den Papierstreifen zwischen den Backen kritisch ist und während der Lebensdauer des Gerätes konstant bleiben SoIi₅ übt di© bewegliche Backe 2o auf den Papierstreifen to ©inen Druck Mittels der Feder 3^ aus, die über. lange Zeiten-zuverlässig-.arbeitete - :' .

d) Das Instrument* enthält ©ia.® Vorrichtung 35 zur Nullpunkt·= • Verschiebung in-Form. eisa©s Potentiometers₉ vm kleine O±ft©rmnsmn in den Abmesstmgsss. und dem Feuchtigkeitsgehalt

su erhalt©ss.ο

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Der in Fig. 7 dargestellte Netzteil des Gerätes wird vom Wechselstromnetz 2k über den Netztransformator 36 gespeist. Daran schließt sich ein mit Transistoren bestückter Netzteil 18 bekannten Aufbaus an, der eine geregelte Gleichspannung liefert, um die Reproduzierbarkeit und Stabilität der Anzeige auch bei NetζspannungsSchwankungen zu gewährleisten. Der Netzteil hat einen Ausgang ⁿA^w für + I5 YoIt₈ einen Ausgang "B" für - 15 Volt und einen geerdeten Ausgang "C₉ Diese drei Anschlüsse sind in Fig. 6 mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Eine Mehrzahl integrierter Schaltkreis© 37 (z.B. Fair-child 7^1) erhalten Signale vom Oszillatorkreis 17 und geben sie zusammen mit dem veränderlichen Ausgangsgleichstroiü des Transistors 26, der seinerseits von der Kapazität des Kondensators 25 abhängt, verstärkt auf das digitale Milliaraperemeter 16.

Fig. 9 zeigt die bevorzugte Form der Papierstreifen 1o. Der Papierstreifen ist an der Stelle 38 in der Nähe seines einen Endes geknickt. Ferner ist eine längsverlaufende Rippe 39 in den Papierstreifen eingepreßt. Die Rippe 39 erstreckt sich von einer Schmalseite ko des Papierstreifens bis zu einer Stelle kl, die einen gewissen Abstand von der anderen Schmalseite k2 hat und so einen Abschnitt ^ 3 freiläßt, der in die Spalte zwischen Zahn und Zahnfleisch eingeführt und dann zwischen die Backen 2o und 21 gelegt wird. Die Längsrippe erleichtert die Arbeit mit den Papierstreifen und verhindert das Durchbiegen derselben, während der Knick bei 38 das Erfassen des abgeknickten Teils kk mit einer Zange erleichtert,

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wenn die Streifen auf einer Unterlage oder auf dem Zahn aufliegen.

Als weitere Anwendungsmöglichkeit des beschriebenen Gerätes außer dem bereits erwähnten zur Eichung kleiner Flüssigkeifsgefäße und zur Messung des Flüssigkeitsvolumens in Gewebe oder dgl. seien die Bestimmung der Schweißbildung für physiologische Versuche, die Bestimmung der Tränenabsonderung beim Tragen von Kontaktlinsen, die Bestimmung der Speichelabsonderung zur Beurteilung der Verträglichkeit eines Gebisses und ähnliche Anwendungen genannt, wo es auf die Messung sehr kleiner Flüssigkeitsmengen bis zu einem Mikroliter mit einer Auflösung von zwei Dezimalen ankommt.

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Claims

P a t e nt an sp'r tic h e

Ϊ1.)Verfahren zur quantitativen Bestimmung der von einem Papierstreifen aufgesogenen Flüssigkeitsmenge, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Papierstreifien als Dielektrikum zwischen die Platten eines Kondensators eingelegt und die Kapazität desselben digital gemessen wird. ■
2. Vorrichtung zur Atisführung des Verfahrens aach Aneprueia. 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der veränderliche Kondensator (25) in einer Schwingechaltung (17) liegt, deren Ausgängestrom einen Transietor (26) diarchfließt, dessen .Basis-* gleichstrom von einem digitalen Meßinstrument (16) angezeigt wird.
3» Vorrichtung jaacii Anspruch. 1 oder 2, dadiarch gekennzeichnet, daß der veränderliche.Kondensator ©ine fast© Backe (21) und eine bewegliche Backe (2o)_s die mit konstantem Druck gegen die feste Baclce gepreßt wird₉ aufweist*
h. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Backe (20) an einem schwenkbaren Hebel (22) sitzt, an dem eine Feder (3^) angreift.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder h, dadurch gekennzeichnet_#

daß zur Einstellung der Flächenberührung der beiden Backen die feste Backe (21) an der Oberseite eines Isolierklotzes

(27) befestigt ist, der seinerseits auf einer Grundplatte

(28) sitzt und daß die Grundplatte mit Hilfe von oben einstellbarer Schrauben (29) an der oberen Abdeckplatte (3°) des Meßgerätes befestigt ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Netzteil (18), der eine geregelte Speisegleichspannung für die Schwingschaltung (I7) erzeugt.
7. Rechteckiger Papierstreifen zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein eitles Ende (kk) zwecks besseren Erfassens mit einer Zange abgeknickt ist und daß er eine sich von diesem Ende bis zu einer von dem gegenüberliegenden Ende (^2) entfernten Stelle (41) erstreckende, längsverlaufende Versteifungsrippe (39) aufweist. -

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