DE2943457A1

DE2943457A1 - Polarographische kathetersonde

Info

Publication number: DE2943457A1
Application number: DE19792943457
Authority: DE
Inventors: J.G. Dr.Dr. 3550 Marburg Schindler
Original assignee: Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG; Dr Eduard Fresenius Chemisch Pharmazeutische Industrie KG Apparatebau KG
Current assignee: Fresenius SE and Co KGaA
Priority date: 1979-10-27
Filing date: 1979-10-27
Publication date: 1981-04-30
Also published as: JPS56145838A; US4413627A

Description

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Dr. E. Fresenius Chemisch-pharmazeutische Industrie KC Apparatebau KG, 836 Bad JJomburg ν,ό,Η*

Polarographische Kathetersonde

18/054S

Oat-urn: ^c>. Oktober 1979
Mein Zeichen: lol/o

Dr. E. Fresenius Chemisch-pharmazeutische Industrie KG Apparatebau KG, 638 Bad Homburg v.d.H.

Polarographische Kathetersonde

Die Erfindung betrifft eine polarographische Meßsonde
in Katheterform für die Bestimmung von Analysewerten
biologischer Flüssigkeiten von Menschen, Tieren oder
Pflanzen mit einer Kathode, einer Anode und einem beide verbindenden Elektrolyten, welche von einer flexiblen, im Spitzenbereich der Kathode von einer ionenundurchlässigen, aber gaspermeablen Membran verschlossenen Hülle umgeben sind.

Es ist bereits ein Meßfühler bekannt gev/orden, bei dem

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die Kathode und die Anode zueinander parallel in einem Bauteil aus Kunststoff verlaufen und von einer Kunststoffhülle umgeben sind, welche im Spitzenbereich der Kathode eine gaspermeable Membran trägt. Der Kathode und Anode verbindende Elektrolyt befindet sich in einer Ausnehmung im Spitzenbereich der Kunststoffhülle. Diese Meßsonde wird zur Durchführung der Messung in einen Katheterschaft eingebaut. (US-Patentschrift 3 528 4o3)

Bei einem anderen bekannten Meßfühler ist die Kathode von der Anode konzentrisch umgeben, beide sind in einem Block gehaltert. Eine die gaspermeable Membran tragende Kappe ist mit dem Elektrolyten gefüllt und dann auf den die Elektrode tragenden Block aufgeschraubt (US-Patentschrift 3 758 398).

Eine ebenfalls bekannt gewordene, für die Messung im menschlichen Körper ausgebildete Meßsonde in Katheterform trägt im vorderen Ende eines mit einer gaspermeablen Membran verschlossenen felxiblen Rohres die Elektrodenanordnung, gebildet von zwei sich konzentrisch umgebenden, voneinander isolierten Elektroden, welche bis zur Sondenspitze reichen und über einen, ebenfalls in der Sondenspitze vorgesehenen Elektrolyten in loi-

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tender Verbindung stehen (US-Patentschrift 3 259 124).

Da bei allen bekannten Meßsonden in Katheterform die Kathode und die Anode in Spitzenbereich der Meßsonde angeordnet sind und folgedessen sich auch das Reservoir für den Elektrolyten in dieser. Dereich befindet, ist eine extreme Iliniaturisierung des Meßfühlers sehr problematisch und stellt vor allem große Anforderungen an die Präzision der Herstellungsverfahren. Die Durchmesser der bisher verfügbaren Kathetersonden können nicht unter 1,5 mm reduziert v/erden. D.h. aber, sie sind für Messungen an besonders kleinen Lebewesen kaum anwendbar, weil diese Abmessungen immer noch zu groß sind, um in die feinen Kanäle der Körperflüssigkeit eingeführt v/erden zu können.

Da die Anwendung einer Kathetersonde umso einfacher und daher auch mit weniger Risiken verbunden ist, je geringer ihr Durchmesser ist, ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine polarographische Kathetersonde zu schaffen, bei der man einen besonders kleinen Durchmesser erreichen kann und deren Aufbau so einfach ist, daß sie auch relativ billig hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die

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Anode an dem von der Kntlioder.spitze nbcrolci onor, Ende des Katheterschaftee angeordnet int, der Elektrolyt innerhalb der Meßsonde von eier /rode bis zur Kothodenspitze reicht, und daß Anode und Kathode init einen an anodenseitigen Ende der Meßnonde angeordneten Anrchluflkopf für Meßgeräte verbunden s.ir.d, der cerrrbenenf al Is einen Vorratsrauin für den Elektrolyten enthält ur.d rit dem einen Ende des Katheterccha^tes flüssigkeitsdicht verbunden ist.

Infolge der räumlichen Trennung von Anode und Kathode worden die innerhalb der Mefs-nnd-r ctg führt en Leituncren auf die der Kathode reduziert. Hierdurch läßt sich erreichen, daß der Innendurchmesser der McPsonäenhülle nur geringfügig größer als der F^thodendurchTnoijF.er zu sein braucht^ da bereits ein dünner Flüssiak.citnfiln des Elektrolyten fi'r die erforderliche Verbindung von Anode und Kathode ausreicht, um polarographinche Messungen durchführen zu können. Dai,it kann aber auch der Gcsamtdurchnesser der Sonde außerordentlich klein nehalten werden. Es hat sich gezeigt, daß jetzt Kath-etcrdurchmcsser von o,3 zrm xinä noch hloiner erreicht werflcn können.

Gemäß der Erfindung befindet siel·; auch der Anschlupkopf

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für die Verbindungsleitungen der Anode und Kathode einerseits und der Meßinstrumente andererseits an den anodenseitigen Ende der Meßsonde, d.h. an dem Ende, welches nicht in den Kanal der zu messenden Flüssigkeit eingeführt wird. Seine Abmessungen brauchen d?- her nicht unter dem Gesichtspunkt einer Miniaturisierung gewählt werden, so daß sein Aufbau daher auch keine besonderenAnforderungen an die Hersteller stellt und den Erfordernissen entsprechend robust ausgebildet sein kann, l.nthült dieser Anschluß.opf einen Vorratsraun für den Elektrolyten, dann ist er flü.«;.;igkeitsdicht mit den einen Ende der Hoßsondenhüllp verbunden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß in Vergleich, zu den bisher bekannten Meßsonden ein relativ rrroßns Cesamtvolunen an Elektrolyt flüssigkeit, zur Verfügung steht, was sich auf die Lebensdauer der I'oßr.ondo oünstig ausv/irkt. Zusätzlich ist es vorteilhaft, gegen das Wandern von Gilberionen aus der Anode zur Kathode zwischen Anode und Kathode cir.e Sperrschicht einzubringen .

Vorteilhafterweise urne·-'¹, t der Elektrolyt die isolierte Kathode konzentrisch und reicht in iOrn oim r rioktrclytsMule von dem im Anschlußkorf voraesehenen rlcktro-

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lytrcGorvoir bis 211 dor von Isolationsmaterial freien Kathodenspitze. Der besondere Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, daß der die Kathode konzentrisch rr.igebende Elektrolyt zugleich, als Λ1. nchirr.uno der Kathodenleituno qe^er. elektrische ftörfelrlor dient. Ixroripcr.te haben eriehen, Caß die erreichte? /M.nchirT.una allen praktischen AnforderuiiTn entspricht und einer litauischen Abschirnunn in i!:rer nrauch].:.arkoit ir. ''einer Weise nachstellt.

Clcnäß einer v/eitercn vorteilhaften Ausbildung kann die Verbindung zv/ischen der\ l.lektrolytrencrvoir und der Kntl:odenspitze mit hilft; eines mj t Ilektrolyt qetr^nV-tcn Fascrstranqes oder Kapillarsyster.es erfolgen. Dieser oder dieses haben die Fioenschaft, infoirre von Kapillarkräftori eine Klcktrolythrücke zv;ischon Kathode und Anode kontinuierlich aufrechtzuerhalten, während tue Sondenhiill-G die Kathode und den Faserstranr- ))zw, das Kapillarsystem dicht uncieben kann. Ihr Innendurchmesser kiinn daher praktisch auf den Durchnonser der Kathodenleitun<j reduziert v/erden.

kiann der Taserstrano oder das Kapillarsystem auch als eine die Kathode konzentrisch umqc-

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bendc Hülle ausgebildet seir . Die Lereits erviihnte Abschirmung qeqen elektrische Störfeider ist hei Vorv/rnduna eines solchen Faserstranges oder Kat'illarsystomes in gleicher Weise vorhanden.

Vorzugsweise kann der Elektrolyt, z.B. Kaliumchlorid oder Natriumchlorid oder dgl., auch in eine schv/ammodor gelartige Masse, z.B. Agar-Agar, eingebettet sein, mit dem die isolierte Kathode beschichtet v/ird. Auch bei dieser Konstruktion erreicht man eine Verringerung des Meßsondenquerschnittes bei gleichzeitig einfachem Sondenaufbau.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstellenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung einer Kathetersonde,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung von der Katheterspitze,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Anschlußkopfes,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung einer vereinfachten Ausführung der Katheterspitze,

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Fig. 5 cine Pchnittc'arstellung einer \:o L-tcren Ausbildung einer J'nthetersorde, und

Fig. G eine Oucrnchnittsdnrstclluna einer Katheter;.^;onde.

Die Kathetersonde <renü^:.n Fig. 1 besteht in resentlichon aus dem Anschlußkopf 1, der sich bei der Benutzung stets außerhalb des Korpers befindet und dem flexiblen Katheterschaft -2, der in den Körper, z.B. in ein Blutgefäß, eingeführt wird. Der Anschlußkopf trägt eine elektrische Steckverbindung für den Anschluß eines Kabels zum Meßgerät oder hat stattdessen ein fest verbundenes elektrisches Anschlußkabel. Die Länge des Katheterschaftes 2 kann je nach Verwendungszweck zwischen Io und 5o cm oder darüberhinaus bzv<. darunter variieren. Fein Durchmesser beträgt o_fB mm oder noch weniger.

Die in Fig. 2 dargestellte Katheterspitze enthält als wichtigsten Bestandteil die Kathode 3. Sie besteht z.B. aus einem Platindraht, der in eine isolierende Urrrhuliunrr 4 aus Glas eingeschmolzen ist. Die freie Stirnfläche des Drahtes bildet die eigentliche Kathodenflache und hat z.B. einen Durchmesser van 2o _/um. Der Draht, der die

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!Cathode 3 bildet, hat eine ebenfalls aus einem Draht 5 oder einer Litze bestehende elektrisch leitende Verbindung zun Anschlußkopf, v/o diese in dem Anschlußstecker oder dem fest angeschlossenen Fabel endet. Diese leitende Verbindung irt von einem Tsolirrschlauch 7 umhüllt. Alternativ können gern." f. Pia. 4 die genannten Teile 3-7 auch wesentlich einfacher ausgeführt v/erden, nänlich in Fom oin^s von der Katheterspitr.e bis κ urn An s ch Iu 3k cn f verlaufenden isolierten Drahten, wobei der Draht 16 sowohl die Kathode als auch die Verbindunasleitung zum Anschlußkopf bildet und die ihn umschließende isolierende Hülle 17 die Teile 4 und 7 der in Fig. 2 gezeigten Anordnung ersetzt. Eeispielsv/eise sind mit PTFE isolierte Platindrh'hte verfügbar, die sich für diesen Zweck eignen.

Der Mantel des Katheterschaftes besteht aus einem Schlauch 8, der am unteren Fnde durch eine naspermea';-Ie Membran 9 al geschlossen ist. Der Innendurchmesser dieses Schlauches ist etwas größer als der Außendurchmesser der isolierenden Umhüllung der Kathode, no daß crfindungsgeruclß ein Zwischenraum Io bestellt, der mit Flektrolytflüssigkeit, z.B. KCl-Lösung, aefüllt ist. Die Membran O liegt der Stirnflache der Kathode an,

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wobei jedoch aufgrund vcn Kanillr.rkrüf ten ein dünner Flüssigkoitsf iln zv/ischen K at Ii ο cc und Mo-il ran lesteht. L'.ci einem polarogrankiscbon 0₉-fonsor konint als I'.ein-Lranr.iaterial z.B. rTFI.·: wegen seiner hohen Durchlässirrkeit für Sauerstoff in Betracht-, und der fchlauch " v;ird in ditisoiii Falle zv/ccknäBigervcise el: onfalls aus ΓΤΤΊ: hergestellt, so daß die .'lon! ran durch Fchv.'Oißcn auf dem Sciilauch.ende befestigt werden, kann.

Der in Fig. 3 in Schnittdarstellung gezeigte Ansch xcpf entJiält erfiridungsgemila die Anode 11 urd idnen riektrolytrauin 12. Die Anode 11 i.enteht in der gezeigten Form aus einen Ilohlzylindor, der in ein Isolierteil 13 flüssigkeitsdicht eirgepaßt ist» Der der r.'lektrolytflüssigkeit ausgesetzte Teil der Anodenoberfläche kann reit einer Beschichtung 14 verschon sein, Ais Material für die Anode koinmen verschiedene Metalle in Petracht, z.E. Silber, wobei in diesem Fallii die Bes-chichturvg 14 aus Silberchiorid bestehen kann. Die Formgebung der Anode spielt für die Funktion keine entscheidende Rolle und kann nach verschiedenen technischen Gesichtspunkten variiert werden. Im vorliegenden Beispiel ist noch eine sogenannte anodische Sperrschicht 21 vorgesehen, die

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den Durchtritt von Silberionen aus der Anode verhindert.

Vor Inbetriebnahme der Kathetersonde wird zweckmäßigerweise der Schlauch 8 und der Elektrolytraum 12 luftblasenfrei mit Elektrolyt gefüllt. Der Schlauch 8 ist flüssigkeitsdicht mit einer Anschlußkappe 15 verbunden, die die äußere Begrenzung des Elektrolytraumes 12 bildet. Mittels eines Gewindes wird die Anschlußkappe 15 auf den Isolierteil 13 aufgeschraubt, wobei der hierbei verdrängte Elektrolyt durch eine Überlauföffnung 22 austritt. Diese Überlauföffnung 22 hat ferner die wichtige Aufgabe, zu ermöglichen, daß der durch die Membran 9 verdunstete Wasserdampf aurch Nachfließen von Elektrolytflüssigkeit an die Katheterspitze aus dem Elektrolytraum 12 ersetzt wird und hierdurch der elektrisch leitende Kontakt zwischen Anode und Kathode aufrechterhalten bleibt. Nach Lösen dieser Befestigung kann die Anschlußkappe 15 zusammen mit dem Schlauch 8 wieder abgezogen und Elektrolytlösung nachgefüllt werden. Anschließend ist der Katheter wieder zusammenzusetzen.

Die gemäß Fig. 4 den im Vorratsraum 12 befindlichen Elektrolyten Io mit der Kathodenspitze verbindende Flüssigkeitssäule ist bei der in Fig. 5 gezeigten Aus-

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bildung einer Meßsondenspitze durch einen Faserschlauch 18 oder ein Kapillarsystem 2o ersetzt, der die isolierte Kathode 16 umgibt und ebenfalls vom Vorratsraum 12 bis zur Sondenspitze reicht.

In Fig. 6 ist im Querschnitt die mit einer Isolierung 17 beschichtete Pt-Kathode 16 gezeigt, die mit einem Kapillarsystem 2o umgeben ist.

Dieser Faserschlauch 18 oder das KapillarEystem 2o können aus Kunststoff, Glasfasern, Pflanzenfasern, Asbest, Haaren, Geweben, Garnen oder dgl. gebildet sein.

Infolge der Kapillarkräfte wird während des Betriebes der Kathetersonde die Elektrolytflüssigkeit von dem Gewebe aus dem Elektrolytraum 12 nachgesaugt und bis zur Meflsondenspitze geführt, von wo sie ebenfalls infolge von Kapillarkräften an die von Isoliermaterial freie Kathodenspitze gelangt. Durch diese Ausbildung der Meßsonde wird sichergestellt, daß unbemerkte, während der Arbeit mit der Messende eintretende Beeinträchtigungen des Katheterschaftes, z.B. Verengungen oder Knicke, keine Unterbrechung der elektrolytischen Verbindung zwischen Anode und Kathode zur Folge haben können, obwohl gerade

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bei dieser Ausführungsform der Abstand zwischen der Innenwandfläche der Sonde 8 und der Oberfläche der isolierten Kathode 16,17 besonders gering, nämlich gleich der Stärke des Faserschlauches 18 oder Kapillarsystemes 2o sein kann.

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, /12.

L e e r s e 11 e

Claims

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^1/ofS43457

Patentansnrüche

Λ
1, Polarographische Meßsonde in 1ntheterform für di^ Bestimmung von Analynewerten biologischer Flüssigkeiten von Menschen, Tieren od».-r Pflanzen njt einer Kathode, einer Ar.cüc u.-.d einem Leide verlandenden Elektrolyten, welche vor. einer flexiblen, im Sritzon! eroich der Kathode von einer ioner.undurchlusriqon, aber riaiiocmon; .lon Mm! ran verschlossenen Hülle um.geh on sir.d, dadurch a r kennzeichnet, dr.R die Anode (11) an C,cv\ von der Kathodenspitze abgelegenen Ende des Katheterschaftes (2) angeordnet ist, der F:iektrolyt (lo) innerhalb der Meßsonde von der Anode bis zur Kathodenspitze reicht, und daß Anode (11)und Kathode (3) mit einem am anodenseitigen hnde der I'eßsor.de ar.npordneton Anschlußkopf (1) f".r MeP.rrer.'j'te ver! unden sind, der gerebenenfall:.? cIi.cü Vorratsraum (1.2) f"^::r den Elektrolyten enthält und rr.it dem η ir.cn Ende cos; Katheterschaftes (2) flüssig!eltsdicht vor!under i

2. t'eßsonde nach Anspruch 1, d a d u r c h q e )' e η η

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ζ ο i c h η e t, OnP, Oxo. "ntl-.oöc- (3) nit einer ihr^ Stirnflache freilassenden isolierenden UnhHlluro (4, 7, 17) verschon i.'3t.

3. üeßsondc nach Anspruch 2, d a c. u r c h π ο }' c η η ζ e i c h η e t, daß die S^itz^ der Knthoco (3) nit Glas (4) upjnnntclt und ihre m] rirye Linnc von einem flexiblen Inolicrrtiantol (7) urgoben ir>t.

4. iTeßsonde nach Ansprucl: 2, d η d u r c h er e k c η η zeichnet, daft die Katiiode unter Frcilassuna der StirTiflächc mit einem Isoliermaterial <17), z.P. ΓΤΓΓ:, beschichtet ist.

5. rießscnde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, OaH der Elektrolyt (lo) die isolierte Kathode konzentrisch unioibt und von dem im AnschluP.kopf vorgesehenen Elektrolytreservoir {12) bis zu ihrer von Isolationsmaterial freien Spitze reicht.

€ . Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektrolytreservoir {12} und der Kathoden-

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spitze ein Fascrr.tranq (IC) oder ein Knpillarsystem (2o) verläuft, der odor das infolge von Kanillarkrüften eine elektrolytische Verbindung zwischen Kathodenspitze und Anode herbeiführt.

7. Meßsonde nach Anspruch 6, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Faserstrang oder das Kapillarsystem die Kathode konzentrisch umgibt.

0. Meßsonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die mit einer isolierenden Umhüllung versehene Kathode mit einer von der Anode bis zur freien Kathodonspitze reichenden schwamm- oder oelartigen Substanz Leschichtet ist, in die der eigentliche Elektrolyt eingebettet ist.

9. Meßsonde nach Anspruch C, dadurch gekennzeichnet, daß als gelartige Substanz Agar-Agar gewählt ist, in das beispielsweise Kaliumchlorid, Natriumchlorid oder dgl. als Elektrolyt eingebettet ist.

Io. Meßsonde nach einen der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwirckcn Anode und Kathode eine das ''.andern von Silberionen aus der Anode zur Kathode verhindernde Sperrschicht vorgesehen ist.

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