DE2724543A1 - Verfahren zur transcutanen, verletzungsfreien ueberwachung des blutglukosespiegels in lebenden organismen sowie zur quantitativen schnellanalyse von harnzucker - Google Patents

Verfahren zur transcutanen, verletzungsfreien ueberwachung des blutglukosespiegels in lebenden organismen sowie zur quantitativen schnellanalyse von harnzucker

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DE2724543A1 DE19772724543 DE2724543A DE2724543A1 DE 2724543 A1 DE2724543 A1 DE 2724543A1 DE 19772724543 DE19772724543 DE 19772724543 DE 2724543 A DE2724543 A DE 2724543A DE 2724543 A1 DE2724543 A1 DE 2724543A1
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Description

Verfahren zur transcutanen, verletzungsfreien Überwachung des Blutglukosespiegels in lebenden Organismen sowie zur quantitativen Schnellanalyse von Harnzucker (Glukose).
Zur Blutzuckerbestimmung wird eine Blutprobe, entweder aus der Fingerkuppe ader aus einer Vene entnommen, deren Glukosekonzentration meist nach Trennung im Serum entweder enzymatisch oder polarimetrisch, oder auch mit einer kombinierten Methode gemessen wird ( Pikrinsäuremethode, Glukoseaxdydose, Peroxydose, Hexokinasemethade). Die angeführten Methoden beruhen auf den Prinzipien der visuellen Koloriemetrie, Titrimetrie oder Photometrie. Bei den verbreiteten Reduktionsmethoden (z.B. Hagedorn-Jensen) wird die reduzierende Uirkung der Glukose ausgenützt. Die Reduktionsproben sind jedoch nicht glukosespezifisch, da auch andere reduzierende Stoffe im Blut vorhanden sind. Beim Reflomaten, einem halbautomatisch mit der Verfärbung eines Teststreifens arbeitendem Gerät, wird auch nach der Entnahme eines Bluttropfens, die Testreaktion gemessen, was quantitative Blutzuckerwerte liefert (optische Koloriemetrie). Entsprechend der Gffenlegungsschrift Nr. 2326 265, die eine Vorrichtung zum Überwachen des Blutgluküsespiegels in einem lebenden Organismus beschreibt, wird eine Brennstoffzelle in den Organismus eingepflanzt, die über eine Telemetrievorrichtung die charakteristischen Messwerte (pH-Wert, Glukosekonzentration usw.) in elektrische Signale umsetzt.
Allen diesen l/erfahren ist gemeinsam, daß stets durch eine Verletzung Blut zur Analyse entommen oder eine Zelle durch chirurgischen Eingriff Eingepflanzt werden muß. Mit Hilfe des erfindungsgemäBen Verfahrens ist es möglich dies zu vermeiden und den Glukosespiegel direkt transcutan zu messen.
Der Erfindung entsprechend wird eine am menschlichen Körper mit einem Lichtstrahl durchstrahlbare Stelle ausgesucht (z.B. das Ohrläppchen oder die Haut zwischen den Fingern) und aus der Änderung der physikalischen Eigenschaften des die Körperstelle durchstrahlenden Lichtes (Absorption und/oder Polarisation) die BlutglukosekDnzentration ermittelt. Im einzelnen kann entweder durch tüahl einer
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geeigneten Wellenlänge des Lichts (Lambda= 2,8; 4,8; oder 6,1 Mikrometer) eine, für Glukose spezifische Seitengruppenschuingung ausgenützt werden und dabei nur die Absorption dieser Wellenlänge gemessen werden oder es wird, bei einer zunächst beliebigen Wellenlänge die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes der ausgesuchten Wellenlänge gemessen. Probleme sind beim letztgenannten V/erfahren die Messung der Drehung der Polarisationsebene (die absolute Empfindlichkeit muß sehr hoch sein: 10~ bis 10~ Grad), die Tatsache, daß die Haut und alle umliegenden Geuiebeteile depolarisierend wirken, und der Einfluß störender Substanzen, die auch eine Drehung der Polarisationsebene verursachen können (Lipide, Polysaccharide, Pharmaka, etc.) Durch Wahl einer geeigneten Lichtwellenlänge (z.B. im Bereich der Dptischen-Rotations-Dispersion) können diese Störfaktoren jedoch weitgehend umgangen werden.
In Fig. 1 ist das Prinzip des erstgenannten Verfahrens dargestellt. Eine Lichtquelle (1) sendet Licht nur einer Wellenlänge Lambda, aus (nicht notwendigerweise kohärentes Licht) das die Probe durchdringt. Das Filter (2) schaltet mögliche Störeinflüsse von Streulicht aus, der Lichtempfänger (3) ( Fotomultiplier, Fotodiode, Fototransistor oder Fotozelle) setzt das Lichtsignal in ein elektrisches Signal um, das nach l/erstärkung in (4), dem Anzeigegerät (5) zugeführt wird. Fig. 2 zeigt ein Prinzip das erfindungsgemäß zur Messung der Drehung der Polarisationsebene des von einer Laserdiode oder auf andere Weise erzeugten polarisiert eingestrahlten Lichtes der Wellenlänge Lambda verwendet werden kann. Nach Durchgang durch die Probe (10) blendet ein Strahlteiler (3) Licht aus, das vom Lichtempfänger (6) in ein elektrisches Referenzsignal umgewandelt wird. Der Hauptstrahl durchläuft den Analysator (4) und trifft auf den Lichtempfänger (5), der ein der Lichtintensität proportionales elektrisches Signal erzeugt. In (7) wird die Differenz zwischen Hauptsignal und Referenzsignal gebildet. Sie wird in (8) nochmals verstärkt und in (9) angezeigt oder registriert.
Ein Ausfilhrungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Es ist nach dem Prinzip der Fig. 2 aufgebaut. Das Licht wird von einer CW-Laserdiode (1) erzeugt, durchdringt die Probe (2) und dann das Lambda-Viertelplättchen (3). Ein Strahlteiler (4) blendet einen Referenzstrahl aus, dessen Intensität von einem Fototransistor (5) in ein
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elektrisches Signal umgewandlet wird. Der direkte Strahl durchläuft den Analysator (6) und kommt zum Fototransistor (7). Dort wird seine Intensität ebenfalls in ein elektrisches Signal umgewandelt. Ein Differenzverstärker (B) vergleicht die beiden Signale. Die Differenz uird im Spannungsverstärker (V.) nachmals verstärkt und im Anzeige- und/oder Registriergerät (9) zur Anzeige gebracht. Der Absolutpegel des Referenzsignals wird, in einem Spannungsverstärker (V2) verstärkt, einer Schaltung zugeführt, die ein optisches Lichtsignal bei Erreichen einer bestimmten Spannung liefert (Lampe L). Mit den Widerständen R und R„ kann die Empfindlichkeit der Fototransistoren der Intensität des Laserlichtes der Diode (1) angeglichen werden. Widerstand R, wird benötigt um den Differenzverstärker (Θ) auf einen geeigneten Wert einzustellen. Da die Diode (1) eine sehr steile Strom-Lichtintensitäts-Kennlinie besitzt ist die Hontrolle des Diodenstroms durch den Widerstand R, erforderlich. Die Widerstände R5 bis Rg sind so zu wählen, daß ein genügend großer Spielraum zum Einstellen des, die Anzeige des Absolutpegels bewerkstelligenden Lichtsignals gewährleistet ist. Diese Anzeige bewerkstelligt das Reed-Relias (Re), das die Lampe (L) zum Aufleuchten bringt. Erfindungsgemäß kann mit dem genannten Prinzip auch ein Polarimeter aufgebaut werden, das besonders empfindlich ist und deshalb leicht zu handhaben, weil die Absorption der Probe automatisch bei der Anzeige korrigiert, d.h. nicht mitgemessen wird. Bei der reinen Absorptionsmessung nach Fig. 1 sind erfindungsgemäß alle spezifischen Absorptionsbanden benutzbar von UU bis zum fernen Infrarot.
In Betracht gezogene Dffenlegungsschriften:
Wr. 232 6265, IMr. 19098Θ2, Nr. 26375D1, IMr. 211^064, Nr. 1932581.
In Betracht gezogene öffentliche Druckschriften:
G.Kraus and M. Maier, and Mils Kaiser, Optics Communication,11, Nr.2(1974)
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    V/erfahren zur transcutanen oder subcut^nen, verletzungsfreien Überwachung und Bestimmung der Glukosekanzentratian im Blut, Plasma oder Serum lebender Organismen dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderungen der physikalischen Eigenschaften des den Drganismus durchstrahlenden oder in ihm strahlenden Lichtes mit bekannten Meßgeräten angezeigt und/oder registriert werden.
    2. Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Verwendung einer Wellenlänge Lambda, die speziell auf einen bestimmten Molekülschwingungsmodus abgestimmt ist, um die Konzentration dieser Moleküle zu bestimmen.
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß speziell die Absorption bei einer bestimmten Wellenlänge zur Bestimmung des Glukosespiegels im Blut ausgenutzt wird.
    it. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung der Polarisationsebene des Lichtes nach Durchgang durch die Probe angezeigt und registriert iuird.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 und it, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl nach Durchlaufen der Probe in zwei Teilstrahlen zerlegt wird, wobei ein Strahl als Referenzstrahl dient, der andere im Analysator auf die Drehung der Polarisationsebene untersucht wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Glukosespiegel im Harn mit einem der Verfahren nach Anspruch 3, it oder 5 ermittelt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB
    zur Aufhebung der depolarisierend wirkenden Probe das Licht ein Lambda-Viertel-Plättchen vor dem Analysator durchläuft.
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    ORIGINAL INSPECTED
    Β. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Dauerstrich-Laserdiode verwendet wird.
    9. l/erfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtempfanger Fototransistoren verwendet werden.
    10. V/erfahren nach Anspruch 1,ί+,5,θ und 9,dadurch gekennzeichnet, daß das Erreichen eines bestimmten Referenzpegels optisch oder mechanisch angezeigt ader akustisch signalisiert wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 1, U, 5, Θ, 9 und 1D,dadurch gekennzeichnet, daß das Licht mittels Lichtleiter zur Probe und von der Probe zum Registriergerät geleitet wird.
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