DE2853897C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung der Konzentration einer Verbindung in einem flüssigen Medium, wobei daß zu untersuchende Medium entlüftet wird, bevor es durch ein Enzymbett zwecks Umwandlung der untersuchten Verbindung unter Bildung von oder Entfernen eines Reaktionsproduktes, das in einer nachfolgenden Meßeinheit gemessen werden kann, geführt wird.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens mit einer Leitung zur Zuleitung des zu untersuchenden Mediums zum Enzymbett sowie Mitteln zur Abführung desselben über eine Meßeinheit.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist durch die US-PS 39 37 615 bekanntgeworden.

Diese Patentschrift beschreibt ein automatisches Glykosemeßsy­ stem, bei welchem die zu untersuchende Lösung vor dem Erreichen eines Enzymreaktors durch eine Entlüftungseinrichtung geführt wird. Vor und hinter der Entlüftungseinrichtung ist je eine Pumpe (Schlauchpumpe) angeordnet. Bei dem bekannten Aufbau muß, damit tatsächlich nur entlüftete Lösung den Enzymreaktor durchströmt, die eine Pumpe permanent eine größere Lösungsmenge fördern als die andere Pumpe. Wäre nämlich die Fördermenge der einen Pumpe mit der Fördermenge der anderen Pumpe identisch, so würde der Flüssigkeitsspiegel in der Entlüftungskammer allmäh­ lich sinken, wenn die eine Pumpe teilweise auch Gas befördert, während die andere Pumpe durch eine Leitung aus dem tiefer gelegenen Teil der Entlüftungskammer zunächst nur Flüssigkeit befördert. Schließlich würde der Flüssigkeitspegel den Einlaßbe­ reich dieser Leitung erreichen, so daß nunmehr auch die andere Pumpe Gas bzw. Luft befördern würde, das dann in den Reaktor eindringen würde. Stellt man jedoch, um diese Gefahr zu unter­ binden, die eine Pumpe so ein, daß sie permanent mehr Lösung befördert als die andere Pumpe, so muß der Überschuß durch einen Abfluß entfernt werden, so daß ein Teil der Lösung vergeudet wird. Diese Einstellung der Pumpen ist deshalb notwendig, weil das Gas in der Zuführleitung zur Entlüftungskammer nicht notwendigerweise kontinuierlich anfällt und auch bei einem plötzlich vermehrten Gasanfall in dieser Leitung gewährleistet sein soll, daß nur entlüftete Lösung in den Reaktor eintritt.

Darüber hinaus ist die Entlüftungskammer im wesentlichen unterhalb des Enzymreaktors angeordnet bzw. strömt die von der Entlüftungskammer kommende Lösung von unten durch den Reaktor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeich­ nete Verfahren und die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß auch eine einfache und wenig aufwendige Weise die Lösung entlüftet werden kann, ein Flüssigkeitsverlust vermieden wird und das Risiko des Eindringens von Luft in das Enzymbett verringert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß bei dem Verfahren dadurch, daß die Entlüftung kontinuierlich an einem Punkt oberhalb des Enzymbettes durch eine dort angeordnete Membrane geschieht, die gasdurchlässig, aber im wesentlichen flüssigkeitsdicht ist, während die Strömung durch das Enzymbett von oben nach unten gerichtet ist.

Bei der zugehörigen Vorrichtung gelingt die Lösung dadurch, daß am oberen Teil des Enzymbettes zur Entfernung von Luft eine gasdurchlässige, aber im wesentlichen flüssigkeitsdichte Membran vorgesehen ist.

Ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art jedoch ohne Entlüf­ tung des Mediums, bevor es durch das Enzymbett strömt, ist durch die DE-OS 27 52 909 bekanntgeworden. In diesem bekannten Fall besteht das untersuchte Medium aus dem Dialysat eines Dialysa­ tors, in dem ein komplexer Stoff zur Abtrennung einer gewissen Menge der zu untersuchenden Verbindung, die vorzugsweise aus einer niedrigmolekularen Verbindung besteht, die in dem komple­ xen Stoff mit hochmolekularen Verbindungen und/oder anderen niedrigmolekularen Verbindungen gemischt ist, dialysiert wird.

Hierbei kann die zu untersuchende Verbindung beispielsweise aus Glykose bestehen, die in den komplexen Stoff eingeht, der von Blut gebildet wird. Das Meßergebnis kann man zur Regulierung der Zufuhr von Insulin und/oder Glykose zum untersuchten Patienten heranziehen.

Dieses Dialysat ist auch im Fall der Erfindung ein bevorzugtes Probenmedium.

Auch die DE-AS 26 42 232 betrifft ein eingangs bezeichnetes Verfahren, jedoch ebenfalls ohne das Merkmal, daß der flüssige Stoff entlüftet wird, bevor er in das Enzymbett eingeführt wird.

Zwar wird in dieser Patentschrift von einer Entfernung von Gasblasen oder ähnlichen Störungen aus dem Kreislauf gesprochen, jedoch geht es dabei nicht um eine Entlüftung im Sinne der vorliegenden Erfindung. Für den Fall, daß Gasblasen (Luft oder dergleichen) in der zu untersuchenden Lösung vorhanden sind, wird der die Gasblasen enthaltende Teil der Lösung in den Speicherbehälter zurück- bzw. umgeleitet. Dadurch wird jedoch nicht die Lösung vor Erreichen des Enzymreaktors entlüftet, sondern der die Gasblasen enthaltende Teil der Lösung wird einfach nicht durch den Reaktor hindurchgeführt, sondern an diesem vorbei in den Speicherbehälter geleitet.

In bekanntem Fall wird daher dem Enzymreaktor überhaupt nur Lösung zugeführt, die keine Gasblasen enthält, während der Gasblasen enthaltende Teil der Lösung zurück- bzw. umgeleitet wird, so daß er den Enzymreaktor gar nicht durchströmt. Eine Entlüftung findet erst nach dem Durchströmen eines zweiten Reaktors statt, wenn nämlich die Lösung in den oben offenen Speicherbehälter fließt.

Bei einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird das bevorzugt untersuchte Dialysat vom vorerwähnten Dialysator in zwei Teilströme aufgeteilt, nämlich einen durch das Enzymbett und einen an diesem vorbei direkt zur Meßeinheit zwecks Zustandebringung eines von den übrigen Faktoren im komplexen Medium abhängigen Nullwertes. Die Entlüftung erfolgt hierbei nur in dem das Enzymbett passierenden Teilstrom.

Die Entlüftung kann beispielsweise erfolgen, indem eine gewisse Menge des zu untersuchenden Mediums vom oberen Teil des Enzym­ bettes zusammen mit dort angesammelter Luft durch eine spezielle Ablaufleitung fortgeleitet wird, und zwar jedesmal, wenn eine Umschaltung von einem Teilstrom nach einem anderen erfolgt.

Hierdurch kann die Entlüftung mit der erwähnten Umschaltung koordiniert werden. Auf diese Weise sind zur Durchführung der Entlüftung keine gesonderten Regelanordnungen erforderlich.

Die Ablaufleitung kann beispielsweise aus einem zusammendrückba­ ren Schlauch bestehen, der kontinuierlich zusammengedrückt gehalten wird, nur gerade nicht, wenn die Umschaltung von einem Teilstrom nach einem anderen erfolgt. Auch die letzterwähnte Umschaltung kann durch Zusammendrücken von zusammendrückbaren Schläuchen geschehen, durch die der untersuchte Stoff geführt wird. Der Vorteil der Benutzung solcher zusammendrückbaren Schläuche besteht darin, daß keine Berührung mit dem zu untersu­ chenden Medium stattfindet. Statt dessen können Schläuche und übrige Details, die von diesem Medium berührt werden, als Einwegartikel hergestellt sein, die nach Gebrauch fortgeworfen werden.

Die erfindungsgemäß vorgesehene gasdurchlässige, aber flüssig­ keitsdichte Membran kann beispielsweise eine hydrophobe Membran mit gasdurchlässigen Poren sein. Als Materialbeispiele für solche Membrane können Polypropylen, Teflon oder Polyethylen mit Poren genannt werden, die vorzugsweise kleiner als 0.002 mm sind, zweckmäßig in der Größenordnung 0.0005 mm liegen.

Damit sich die Durchlässigkeit dieser Membranen nicht ändert, können Mittel zur Verhinderung einer Berührung der Membrane von außen angeordnet werden, beispielsweise in Form einer Glocke mit einem oder mehreren kleineren Entlüftungslöchern.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben, auf denen zwei bevorzugte Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind, und zwar eingeordnet in ein übergeordnetes System zur Analyse und Steuerung des Glykosegehaltes eines Patienten. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer im wesentlichen vollständigen Vorrichtung.

Fig. 2, 3 und 4 Detailansichten spezieller Entlüftungsvor­ richtungen, die in Verbindung mit dem in Fig. 1 dargestellten System benutzt werden können.

Im dem gezeigten Beispiel besteht das zu untersuchende komplexe Medium aus Blut, das einem Patienten 1 entnommen und mit einer Pumpe 2 durch einen Dialysator 3 und über eine Luftfalle 4 und eine Schlauchklemme 5 zum Patienten zurückgepumpt wird. Hierbei wird das Blut durch eine Arterienleitung 7 bzw. eine Venenlei­ tung 8 geleitet.

Dem Fachmann ist jedoch klar, daß man mit dem gezeigten System auch viele andere komplexe Medien als Blut untersuchen kann.

Nachstehend beschränkt sich die Beschreibung jedoch nur auf das letzterwähnte Medium.

Eine Dialysenflüssigkeit wird dem Dialysator 3 über eine Leitung 9 durch eine Pumpe 10 und einen Druckgeber 11 zugeführt. Der Aufbau derartiger Dialysatoren, beispielsweise mit Hohlfasern, durch die die Dialysierflüssigkeit geleitet wird, ist bekannt.

Das erhaltene Dialysat fließt durch eine Leitung 12 bis zu einem Verzweigungspunkt 13. Von diesem Verzweigungspunkt aus kann das Dialysat mit Hilfe eines Durchflußumstellers 14 entweder durch eine Shuntleitung 15 oder durch eine Hauptleitung 16 mit einer Entlüftungsanordnung 6 und einem Enzymbett 17 nach einem Verbindungspunkt 18 geleitet werden. Danach wird das Dialysat durch eine Meßeinheit, die in dem gezeigten Beispiel aus einer Meßelektrode 19 besteht, geführt. Schließlich wird das Dialysat durch einen Durchlußmesser 20 nach einer Abflußleitung 21 weitergeleitet.

Durchflußmesser dieser Art sind bekannt, beispielsweise durch die deutsche Offenlegungsschrift 28 48 350.3.

Daß in Meßeinheit 19 erhaltene Resultat wird über eine elektri­ sche Leitung 22 an ein Elektrometer 23 und weiter an einen Computer 24 übertragen. Dieser Computer 24 wird zudem mit Impulsen eines Taktgebers 25 gespeist, der auch Impulse an den Durchflußumschalter 14 bzw. Durchflußmesser 20 abgibt. Letztere Impulse werden über Leitungen 26 bzw. 27 geleitet. Durch Leitungen 28 und 29 bedient der Computer auch Pumpenanordnungen 30 und 31, durch die man beispielsweise über Leitungen 32 bzw. 33 Insulin bzw. Glykose direkt zum Venenschlauch 8 leiten kann.

Mit 34 wird eine Alarmzentrale bezeichnet, die entweder als separate Einheit arbeitet, die einen Teil des Computers 24 darstellt. In dem dargestellten Beispiel ist diese Alarmeinheit als separate Einheit gefertigt und erhält daher Impulse von dem Computer 24 über eine Leitung 35. Ferner erhält sie Impulse von der Luftfalle 4 durch eine Leitung 36 sowie vom Druckgeber 11 durch Leitung 37.

Die Alarmeinheit 34 gibt wiederum Impulse über die Leitung 38 und die Abzweigleitungen 39, 40 und 41 an die Pumpe 10 für die Dialyseflüssigkeit, an die Pumpe 2 für das Blut, sowie an die Schlauchklemme 5 für daß Blut, bzw. an die Pumpen 30 und 31 für Insulin bzw. Glykose ab. Auf diese Weise kann das Verfahren schnell unterbrochen werden, falls ein Defekt auftritt.

Vorstehend sind nur die allerwichtigsten Funktionen der Vorrich­ tung nach Fig. 1 beschrieben worden. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß das vorstehend grob skizzierte System ganz nach den im einzelnen Falle geltenden Erfordernissen verfeinert werden kann.

Von Entlüftungsanordnung 6 zweigt eine Leitung 42 ab. In der Praxis besteht diese Leitung, wie die Leitungen 15 und 16, aus zusammendrückbaren Schläuchen oder dergleichen. Leitung 42 ist daher mit Hilfe einer Klemmanordnung 43 von außen beeinflußbar.

Wie mit der gestrichelten Linie 44 angedeutet, wird die Klemman­ ordnung 43 abhängig von der Umschaltanordnung 14 gesteuert. Dies geschieht zweckmäßigst so, daß die Anordnung 43 jedesmal einen kurzen Augenblick geöffnet wird, wenn in der Umschaltanordnung 14 eine Umschaltung erfolgt. Auf diese Weise wird eine kleinere Menge des untersuchten Mediums von der Entlüftungsanordnung 6 zusammen mit der dort angesammelten Luft entfernt. Wie diese Entlüftung geschehen kann, ist in Fig. 2 und 3 genauer be­ schrieben.

Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 stimmt bezüglich ihrer Funktion wesentlich mit der in Fig. 1 wiedergegebenen Entlüftungsanord­ nung überein. Daher werden die gleichen Bezugszeichen, jedoch mit einem Strich versehen, verwendet. Das Dialysat oder das andere zu untersuchende Medium wird über eine Leitung 12′ nach einem Verzweigungspunkt 132 hingeleitet. Von dort aus wird das zu untersuchende Medium entweder durch eine Shuntleitung 15′ oder eine Hauptleitung 16′ geleitet. Die Umschaltung zwischen diesen Leitungen erfolgt hierbei mit Hilfe einer Umschaltanordnung 14′. Die Shuntleitung 15′ führt direkt zu einer Meßelektrode 19′. Auch die Hauptleitung 16′ führt zu dieser Meßelektrode 19′; dies geschieht jedoch über eine Entlüftungsanordnung 6′ bzw. ein Enzymbett 17′. Von der Entlüftungsanordnung 6′ geht eine separate Abflußleitung 42′ ab, die durch eine Druckanordnung 43′ geöffnet und geschlossen wird. Wie mit der gestrichelten Linie 44′ angedeutet, wird die Klemmanordnung 43′ in Abhängigkeit von der Umschaltanordnung 14′ gesteuert. Dies geschieht in der in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebenen Weise. Bei sämtlichen Schaltlagen wird das Dialysat schließlich durch eine Abflußlei­ tung 21′ fortgeführt.

In Fig. 3 ist eine Modifikation der Vorrichtung gemäß Fig. 2 dargestellt. Auch hier werden die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen, jedoch mit Zusatz zweier Striche.

Das zu untersuchende Medium wird durch eine Einlaufleitung 12′′ nach einem Verzweigungspunkt 13′′ geleitet und über Leitungen 15′′ bzw. 16′′, die von einer Umschaltanordnung 14′′ gesteuert werden, weitergeleitet. Die Leitung 15′′ führt direkt nach einer Meßelek­ trode 19′′, während die Leitung 16′′ über eine Entlüftungsanord­ nung 6′′ und ein Enzymbett 17′′ zur gleichen Elektrode führt. Bei der Entlüftungsanordnung 6′′ erfolgt die Entlüftung mit Hilfe einer flüssigkeitsdichten, aber gasdurchlässigen Membrane 45′′.

Diese Membrane kann beispielsweise aus einer hydrophoben Membrane mit gasdurchlässigen Poren bestehen. Als Beispiele für anwendbare Materialien können Polypropylen, Polyethylen oder Teflon unter der Voraussetzung genannt werden, daß sie mit geeigneten Poren hergestellt worden sind. Die Gas- und Flüssig­ keitsdurchlässigkeit kann sich ändern, wenn die Membrane einer äußeren Einwirkung ausgesetzt wird. Daher ist sie in dem gezeigten Beispiel von einer Haube 46′′ mit einem Entlüftungsloch 47′′ geschützt.

Schließlich wird das Dialysat durch eine Abflußleitung 21′′ entfernt. Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der gemäß Fig. 2 dadurch, daß die Entlüftung kontinuierlich erfolgt, so daß sich oberhalb des Enzymbettes nie eine größere Menge Luft ansammeln kann.

Für die Elektroden 19, 19′ und 19′′ wählt man an und für sich bekannte, im Handel vorkommende Konstruktionen. Bei Analysen von Glykose kann man entweder den Sauerstoffgehalt oder den Peroxyd­ gehalt messen. Hierbei unterscheiden sich die Elektroden bezüglich der benutzten Membrane bzw. des angewandten Potentials voneinander.

Schließlich zeigt Fig. 4 eine weitere Modifikation der erfin­ dungsgemäßen Entlüftungsanordnung. Auch diese Vorrichtung funktioniert im Prinzip in gleicher Weise, wie die gemäß den Fig. 1 bis 3. Daher sind die gleichen Bezugszeichen mit Zusatz a benutzt worden. Mit 12a ist eine Leitung von einem Dialysator oder einer anderen Substratquelle bezeichnet worden.

Die Leitung 12a mündet in eine separate Entlüftungsanordnung 6a mit einer gasdurchlässigen Membran 45a und einer Entlüftungsöff­ nung 47a ein. Erst danach teilt sich die Leitung in zwei Abzweigleitungen 15a bzw. 16a, zwischen denen durch einen Durchflußumsteller 14a eine Umschaltung erfolgen kann. Die Leitung 16a führt über ein Enzymbett 17a nach der Elektrode 19a. Die Leitung 15a führt dagegen direkt zu der Elektrode 19a, d.h. ohne das Enzymbett 17a zu passieren. Das untersuchte Dialysat wird schließlich durch eine Abflußleitung 21a abgeleitet.

Claims (8)

1. Verfahren zur Messung der Konzentration einer Verbindung in einem flüssigen Medium, wobei das zu untersuchende Medium entlüftet wird, bevor es durch ein Enzymbett (17) zwecks Umwandlung der untersuchten Verbindung unter Bildung von oder Entfernung eines Reaktionsproduktes, das in einer nachfolgenden Meßeinheit (19) gemessen werden kann, geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftung kontinuier­ lich an einem Punkt oberhalb des Enzymbettes (17′′) durch eine dort angeordnete Membrane (45′′) geschieht, die gas­ durchlässig, aber im wesentlichen flüssigkeitsdicht ist, während die Strömung durch das Enzymbett von oben nach unten gerichtet ist.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu untersuchende Medium aus dem Dialysat von einem Dialysa­ tor (3) besteht, in dem ein komplexes Medium dialysiert wird zwecks Abtrennung einer gewissen Menge der zu untersuchenden Verbindung, die vorzugsweise aus einer niedrigmolekularen Verbindung besteht, die in dem komplexen Medium mit hochmo­ lekularen Verbindungen und/oder anderen niedrigmolekularen Verbindungen vermischt ist.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dialysat von Dialysator (3) in zwei Teilströme (15, 16) aufgeteilt wird, nämlich einen (16) durch Enzymbett (17) und einen (15) an demselben vorbei direkt zur Meßeinheit (19) zwecks Schaffung eines von den übrigen Faktoren in dem komplexen Medium abhängigen Nullwertes, wobei die Entlüftung nur in dem das Enzymbett (17) passierenden Teilstrom (16) erfolgt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftung kontinuierlich an einem Punkt oberhalb des Enzymbettes (17′′) durch eine hydrophobe Membrane mit gasdurchlässigen Poren geschieht.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung einer Berührung der Membrane (45′′) von außen eine Glocke (46′′) mit einem oder mehreren Entlüftungslöchern (47′′) angeordnet ist.

6. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der vorstehenden Ansprüche mit einer Leitung (12) zur Zuleitung des zu untersuchenden Mediums zum Enzymbett (17) sowie Mitteln (18) zur Abführung desselben über eine Meßeinheit (19), dadurch gekennzeichnet, daß am oberen Teil des Enzymbettes (17, 17′, 17′′) zur Entfernung von Luft eine gasdurchlässige, aber im wesentlichen flüssigkeitsdichte Membrane (45′′) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernung von Luft eine hydrophobe Membrane mit gasdurchlässigen Poren vorgesehen ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung der Berührung der Membrane (45′′) von außen eine Glocke (46′′) mit einem oder mehreren kleineren Entlüftungslöchern (47′′) vorhanden ist.