DE2418397B2 - Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für polarographische Messungen in physiologischen Medien - Google Patents

Description

einsetzen lassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß von einem in Isolierstoff, vorzugsweise einem Polyurethan, eingebetteten durchgehenden Edelmetalldraht, vorzugsweise Golddraht, ein Kabelstück als Edelmetallkathode abgeschnitten wird und daß die so gebildete Edelmetallkathode zusätzlich noch mit einem körperverträglichen Isoliermaterial ummantelt wird in der Weise, daß die Edelmetallkathode zwischen wenigstens zwei Folien aus dem zusätzlichen Isoliermaterial eingebettet ist, welche Folien durch thermisches Verschweißen innig miteinander verbindbar und durch thermoplastische Verformung, z. B. in Rundform, preßbar sind, so daß die jo hergestellte Edelmetallkathode selbst zur Einführung unmittelbar in den Blutkreislauf Bestandteil eines Katheters ist

Bei dem Herstellungsverfahren nach der Erfindung wird demnach als Grundmaterial für die Edelmetallkathode ein als Meterware kontinuierlich herzustellendes Edelmetalldraht-Isolierkabel verwendet, von dem die Kathode beispielsweise im Schnittverfahren stückweise abzuschneiden ist Im gleichen Arbeitsgang werden die Kabelstücke mit dem zusätzlichen Isoliermaterial durch Einbetten, Verschweißen und plastische Verformung als Katheter fertiggestellt Das somit definierte Herstellungsverfahren ist also durch wenige Einzelschritte gekennzeichnet; damit wird die Herstellung der Elektroden billig und ist für eine Massenfertigung bei guter Reproduzierbarkeit der Elektrodeneigenschaften geeignet Die so gewonnenen, in den Organismus einführbaren Katheter brauchen dann lediglich noch proximal mit der sauerstoffdurchlässigen Membran überzogen und distal mit den elektrischen Verbindungsleitungen für die elektrische Versorgungs- sowie Anzeige- und/oder Verarbeitungseinheit verlötet oder z. B. mittels übergeschobener Hülse verklemmt werden. Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektroden können als Einweg-Artikel für den einmaligen Gebrauch eingesetzt und nach Benutzung weggeworfer werden.

In Ausbildung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sollte in einem separaten Arbeitsgang die Edelmetallkathode zum Zwecke der Erzielung einer definierten Goldoberfläche vor Anbringung der sauerstoffdurchlässigen Membran am proximalen Ende vorzugsweise geätzt werden. Es empfiehlt sich dabei, den Atzvorgang so weit durchzuführen, daß der Metalldraht am proximalen Ende der Kathode gegenüber dem zusätzlichen Isolierstoff zurückversetzt ist, d. h. daß sich eine Edelmeftllaussparung gegenüber dem zusätzlichen Isolierstoff am proximalen Ende ergibt. Diese Met?Uaussparung sollte anschließend mit einem Elektrolyten gefüllt und erst dann die Aussparung mit der Membran abgedeckt werden. Das zusätzliche Einbringen eines Elektrolyten in die Aussparung bringt insbesondere bei geeignetem Pulsbetrieb der Elektrode den Vorteil mit sich, daß die während der Meßphase auftretenden polarographischen Ströme weniger von den momentanen Diffusionseigenschaften der Membran abhangig sind Bei längerer Lagerung in Kochsalzlösung kann der Elektrolyt auch durch Diffusion durch die poröse Membran mit physiologischer NaCI-Lösung gefüllt werden. Eine Vorabfüllung der Aussparung mit Elektrolytlösung in einem separaten Verfahrensschritt vor Anbringen der Membran erübrigt sich dann.

Neben der Verwendung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektroden als Katheter im Blutkreislauf können solche Elektroden natürlich

auch im Körpergewebe mit einer Injektionskanüle appliziert werden. Dabei ist die gesamte Edelmetallkathode in die Injektionskanüle einlegbar und durch den Kanülenkolben in das Körpergewebe injizierbar. In beiden Fällen kann die Gegenelektrode (Anode) wahlweise auf der Körperoberfläche oder im physiologischen Medium appliziert werden. Es zeigt

F i g. 1 bis 4 vier verschiedene Ausführungsbeispiele einer monopolaren Elektrode,

Fig.5 die Ummantelung einer Elektrode nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig.6a bis 9c die Ausbildung einer Elektrode als Katheter, wobei die jeweilige Gegenelektrode entweder separat vom Katheter im Blut bzw. auf der Hautoberfläche in der Nähe der Meßstelle zu plazieren ist oder zusammen mit der Kathode am Katheter angeordnet ist

Bei den Elektroden nach den F i g. 1 bis 4 ist als Grundmaterial für die Edelmetallkathode jeweils ein Rundkabelstück, bestehend aus einem Golddraht 1 sowie einer Isolierlackummantelung 2, z. B. aus einem Polyurethan, verwendet Der Golddrahl 1 weist dabei einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 bis ΙΟΟμπι vorzugsweise 60μΐη, auf. Die Teilstücke des Kathodengrundmaterials sind Schnittstücke eines längeren, kontinuierlich zu fertigenden Golddraht-Isolationskabels (Meterware).

Im Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 ist das Grundkabelstück 1,2 mit einer zusätzlichen Isolilermasse 3 aus körperverträglichem Isoliermaterial, ζ. Β. Teflon, ummantelt Das proximale Ende der Elektrode ist dabei auf eine Ebene abgeätzt und auf der abgeätzten Ebene eine sauerstoffdurchlässige Membran 4 aufgebracht Als Membranmaterial kommen hierbei bevorzugt hydrophile und nur für kleine Moleküle und Ionen, nicht jedoch für Makromoleküle, wie z. B. Eiweiß, durchlässige Stoffe, wie vernetzte Polymethacrylate, Polystyrole oder Zelluloseacetate, in Frage. Am distalen Ende des Golddrahtes 1 ist ferner die elektrische Verbindungsleitung Γ zwischen Draht 1 und einer (nicht dargestellten) Versorgungs- sowie Anzeige — und/oder Verarbeitungseinheit zur Vorgabe des Elektrodenpotentials einerseits und zur Messung und Anzeige bzw. Verarbeitung der polarographischen Ströme andererseits angelötet oder mittels Hülse eingeklemmt Diese Art der Verbindung zwischen Signalleitung Γ und Golddraht 1 gilt für sämtliche weiteren Ausführungsbeispiele entsprechend.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 ist bei der Ausführungsform nach F i g. 2 durch nachträgliches Her&usätzen von Gold gegenüber dem Isolierstoff am proximalen Ende der Kathode eine Aussparung 5 angebracht, in der unmittelbar die Mcmb.an 4 eingesetzt ist. Die Ausführungsbeispiele nach den F i g. 3 und 4 weisen entsprechende Aussparungen 5 auf.

Im Vergleich zur Ausführung nach der F i g. 2 enthält jedoch die Ausführung nach der Fig.3 in der Aussparung 5 zwischen Golddraht 1 und der Membran 4 noch einen Elektrolytraum 6. Ein entsprechender Elektrolytraum 6 ist auch bei der Ausführung nach der Fig.4 vorgesehen. Im Gegensatz zu den anderen Ausführungsformen ist hier die Membran 4 jedoch nicht mit in die Aussparung 5 eingesetzt, sondern deckt entsprechend dem Arsführungsbeispiel nach der F i g. 1 wiederum das gesamte distale Ende der Elektrode ab. Entsprechend den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 bis 3 können selbstverständlich auch die Kathoden nach

den Fig.2 und 4 ebenso mit einem zusätzlichen körperverträglichen Isoliermaterial, z. B. Teflon, ummantelt sein.

Die Fig.5 zeigt in einem Schnitt wiederum ein Teilstück des Elektrodengrundmatenals mit dem Golddraht I und dem Isolierlack Z Das Drahtkabelstück 1,2 ist hierbei zwischen Kunststoffolien 7 und 8, z. B. aus Teflon, eingelegt Die Folien weisen bei einer Breite von etwa 500 μηι eine Dicke von etwa 50 μηΊ auf. Die beiden Folien 7, 8 werden an den Anlageflächen innig miteinander thermisch verschweißt. Nach Verschweißung werden sie durch Erwärmen und Pressen in eine Rundform gebracht. Das in die Rundform gepreßte zusätzliche körperverträgliche Isoliermaterial entspricht dann der in den Fig.) und 3 aufgezeigten zusätzlichen Kunststoffummantelung 3.

In den Katheterausführungen nach den F i g. 6a bis 9c Bei der Ausführungsform nach den F i g. 6a, b, sowie 8a, b mündet dabei der Durchgangskanal 9 jeweils unmittelbar an der Katheterspitze neben der monopolaren Elektrode 1,2, bei den Ausführungsformen nach den , Fig. 7a, b und 9a bis c hingegen seitlich vor der eigentlichen Katheterpitze. Sämtliche Katheter nach den Fig. 7a bis 9c weisen außerdem zur Verstärkung der Zugfestigkeit noch eine Textilseele 10 (Textilfaden) auf.

in Die Elektroden der Katheter nach den Fi g. 6a bis 7b sowie 9a, b ergeben zusammen mit einer z. B. auf der Hauptoberfläche zu plazierenden Gegenelektrode, insb. Ag/Ag Cl-Elektrode (die z.B. auch gleichzeitig zur Abnahme weiterer physiologischer Meßgrößen, wie

ι , z. B. EKG od. dgl., dienen kann), ein einfaches unipolares MeBsystem für den Sauerstoffpartialdruck.
Ein entsprechend einfaches bipolares Meßsystem

(KäiiiciOfspiiici'i li'ii Langs- unü v/uerscimiiij Mim Golddraht, Isolierlack sowie zusätzliches Isoliermaterial (das hier gleichzeitig das Kathetermaterial bildet) der Elektrode wieder mit den Kennziffern I, 2 und 3 versehen. Entsprechend sind auch Membran sowie gegebenenfalls Elektrolyt wieder mit 4 bzw. 6 bezeichnet

Sämtliche dieser Ausführungsformen weisen ferner im Kathetermaterial einen Durchgangskanal 9 (Lumen) auf, der insbesondere zur zusätzlichen Abnahme von Blut- oder Gewebeproben oder wie z. B. in der Katheterausführung nach den Fig. 9a bis 9c auch zur Spülung des proximalen Sauerstoffelektrodenendes mit einem Spülmedium, insbesondere Na Cl-Lösung, dient.

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unmittelbar am Katheter. Im Ausführungsbeispiel nach

j!, den F i g. 8a, b besteht beispielsweise die Gegenelektrode aus einer Silberhülse II. Die Zuleitung zu dieser Gegenelektrode ist z. B. ein Kupfer- oder Stahldraht 12 mit der Isolierung 13. Zur Kontaktierung wird hierbei der Draht 12 vor der Katheterspitze freigelegt,

■, herausgebogen und anschließend die Silberhülse 11 über das freiliegende Drahtende übergeschoben und festgepreßt, f'.'.t Kontaktierung am distalen Ende kann durch Löten oder Anbringen eines entsprechenden Steckteils erfolgen. Der durch das Herausbiegen des Drahtes

in zwischen Gegenelektrode und Katheterspitze entstehende Hohlraum 14 wird mit Kunststoff verschlossen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für polarographische Messungen in physiologischen Medien, insbesondere Sauerstoffelektrode zum Messen des Sauerstoffpartialdruckes im menschlichen oder tierischen Körper, dadurch gekennzeichnet, daß von einem in Isolierstoff (2), vorzugsweise einem Polyurethan, eingebetteten durchgehenden Edelmetalldraht (1), vorzugsweise Golddraht, ein Kabelstück als Edelmetallkathode (1, 2) abgeschnitten wird und daß die so gebildete Edelmetall kathode (1, 2) zusätzlich noch mit einem körperverträglichen Isoliermaterial ummantelt wird in der Weise, daß die Edelmetallkathode (I₁'2) zwischen wenigstens zwei Folien (7, 8) aus dem zusätzlichen Isoliermaterial eingebettet ist, weiche Folien durch thermisches Verschweißen innig miteinander verbindbar und durch thermoplastische Verformungen, z. B. in Rundform (3), preßbar sind, so daß die so hergestellte Edelmetallkathode (1, 2) selbst zur Einführung unmittelbar in den Blutkreislauf Bestandteil eines Katheters ist

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbetten der Edelmetallkathode (1, 2) im zusätzlichen Isoliermaterial ein Durchgangskanal (9) (Lumen) belassen wird, der. in besonderem zur Abnahme voc Blutproben und/oder zur Spülung der proximalen Kathodenfläche dient.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbetten der Edelmetallkathode (1, 2) im zusätzlicher; Isoliermaterial eine zugfeste Textilseele eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch .' und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Einbetten der Edelmetallkathode (1,2) im zusätzlichen Isoliermaterial neben der Edelmetallkathode (1,2) wenigstens eine weitere Metallader (12) in das Isoliermaterial eingebracht wird, die als Zuleitung zu einer unmittelbar am Katheter angeordneten Anode (11), z. B. Silberhülse, dient

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Edelmetalldraht (1) einen Durchmesser in der Größenordnung von 10 bis 100 μ, vorzugsweise 60 μ, aufweist

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katheterdurchmesser (1, 2) nach dem Einbetten in das zusätzliche Isoliermaterial in der Größenordnung von 150 bis 250 μιη liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Edi:lmetalldraht (1) am proximalen Ende der Kathode eine Edelmetallaussparung gegenüber dem Isolierstoff, z. B. durch Herausätzen od. dgl., hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Edelmetallaussparung (5) eine sauerstoffdurchlässige Membran eingesetzt wird,

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am distalen Ende des Edelmetalldrahtes (1) elektrische Anschlußleitungen (V) für die Versorgungs- sowie Anzeige- und/oder Verarbeitungseinheit angebracht werden.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für polarographische Messungen in physiologischen Medien, insbesondere Sauerstoffelektroden zum Messen des Sauerstoffpartialdrukkes im menschlichen oder tierischen Körper. Solche Elektroden umfassen im wesentlichen eine mit Isolierstoff ummantelte Edelmctallkathode, welche am distalen Ende mit einem Anschluß für eine elektrische Versorgungs- sowie Anzeige- und/oder VerarLeitungseinheit versehen und am proximalen Ende mit einer sauerstoffdurchlässigen, leitenden Membran überzogen sowie über das physiologische Medium mit einer Anode leitend verbunden ist Im Gegensatz dazu stehen die sogenannten Clark-EIekiroden, wo EdelmetaJlkathode end Anode in einem gemeinsamen Elektrolytraum liegen, der durch eine sauerstoffdurchlässige, elektrisch isolierende Membran vom physiologischen Medium getrennt ist

Durch den Artikel »The Measurement of Oxygen Tension in Tissues« von I. A. Silver, aus Symposion on Oxygen Measurement in Blood and Tissues and their Significance Churchill Ltd, London, 1966, S. 135, sind z.B. bereits Elektroden für Sauerstoffpartialdruckmessungen (pOrMessungen) in Hirn, Muskeln und sonstigen Körpergeweben vorbekannt, bei denen als Kathode ein in einer Glaskapillare eingeschmolzener kurzer Platin- oder Gold^aht verwendet ist, der zu einer Spitze von einigen μιη (3 bis 10 μπι) Durchmesser in einem gesonderten Arbeitsgang ausgezogen ist Die Spitze kann mit einer sauerstoffdurchlässigen Membran bedeckt sein. Die Gegenelektrode, meist chlorierter Silberdraht, wird getrennt von der Meßelektrode im Gewebe plaziert

Ferner ist durch den Artikel »Catheter-Mounted Oxygen Electrode for Monitoring Oxygen Tension« von S. Shinmaru et al. aus der Zeitschrift Cardiovascular Research Center Bulletin, April-June 1972, insbesondere Seite 112, eine weitere Elektrode dieser Art vorbekannt, bei der die Kathode durch ein windiges, an der Spitze eines Stahldrahtes angesetztes Goldstückchen gebildet ist Stahldraht und Gold sind dabei in einem Isoliermaterial (Epoxy Cement) eingegossen, wobei die Vergußmasse zusätzlich noch mit einer weiteren Isolierschicht aus körperverträglichem Material (Teflon) ummantelt ist Das proximale Ende dieser Elektrode (Goldspitze) ist mit einer sauerstoffdurchlässigen Membran abgedeckt

Nachteilig beim Stand der Technik ist, daß die bekannten Elektroden einen relativ komplizierten und im Falle der Glaselektroden zudem auch noch zerbrechlichen Aufbau aufweisen. Der komplizierte konstruktive Aufbau bringt wegen der Vielzahl und Komplexität der erforderlichen Einzelmontageschritte bei der Herstellung der Elektroden erhebliche fertigungstechnische Schwierigkeiten mit sich. Durch solche Herstellungsverfahren werden die Elektroden insgesamt teuer; eine billige Massenfertigung im Sinne der Herstellung eines Einmal-Artikels ist nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Herstellungsverfahren für eine Elektrode der eingangs genannten Art anzugeben* das wesentlich einfacher ist als die für die bekannten Elektroden verwendeten Verfahren. Das Herstellungsverfahren soll sich für eine problemlose und billige Massenfertigung bei guter Reproduzierbarkeit der Elektrodeneigenschaften eignen. Die mit einem solchen Verfahren hergestellten Elektroden sollen sich insbesondere für die strömungsarme Langzeitüberwachung des Sauerstoffpartialdruckes im Organismus