DE3725597A1 - Sensor zur messung der aktivitaet von ionen, sowie verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft zunächst einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine derartige ionenselektive Membran besteht aus einer PVC-Grundstruktur, in welche ent­ sprechend den zu messenden Ionen bestimmte Ionophore in be­ simmten quantitativen Verhältnissen eingegeben werden. Der­ artige Ionophore sind chemische Verbindungen ganz bestimm­ ter Struktur, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Je nach Anzahl der aktiven (freien) Ionen wird innerhalb der Membran und zur Ableitung hin ein gewisses Phasengrenz- Potential gebildet, das man als elektromotorische Kraft (EMK) einer elektro-chemischen Halbzelle ansehen kann und ein Maß für die gemessene Ionenaktivität ist. Ionometrische Sensoren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sind zur Durchführung von Serum- und Vollblutanalysen im Patienten­ bereich und im Labor bekannt. Das Blut, dessen Ionenaktivi­ täten gemessen werden sollen, wird als Probe (also invasiv) entnommen und in das Ionometer eingeführt, wobei es an einer Reihe von Membranen vorbei geleitet wird (Durch­ flußelektrode). Nachteilig ist hierbei, daß ein solches Ionometer nur für einen ganz bestimmten, vorstehend ge­ schilderten Anwendungszweck geeignet ist und daß bei je­ der Messung eine bestimmte Menge Vollblut (mindestens 2 bis 3 ml) dem Patienten entzogen werden muß. Dies ist für anämische (blutarme) (Dialyse-) -Patienten und Kin­ der besonders belastend. Darüber hinaus besteht für das Personal bei jeder Blutabnahme prinzipiell eine akute Ansteckungsgefahr (besonders Hepatitis B und auch bei AIDS).

Die Aufgabe der Erfindung besteht zunächst demgegenüber darin, einen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 dahingehend auszugestalten, daß mehrere Membranen und damit mehrere gleichzeitige Möglichkeiten zur nichtinva­ siven Messung unterschiedlicher Ionen für den gesamten medizinischen (therapeutischen und diagnostischen) Be­ reich, aber auch an Flüssigkeiten zur Verfügung stehen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff des Anspruches 1, zunächst in den Merkmalen des Kennzei­ chens des Anspruches 1 gesehen. Menschliche und tierische Organe und Gewebe sind in vivo von einem dünnen Flüssig­ keitsfilm aus interstitieller Flüssigkeit überzogen. Die in ihm enthaltenen Ionen sind ein gutes Maß für die Funk­ tion dieses Organs. Weiterhin läßt sich sogar über eine räumliche Verteilung der einzelnen Ionenaktivitäten ein Rückschluß über die Funktion kleinster Gebiete, bis hin auf die Ebene der Kapillaren (Mikrozirkulation) ziehen. Bei Anwendung der Erfindung müssen weder Proben genommen werden, noch kommt es zu irgendeiner Schädigung des zu messenden Gewebes. Während der Dialyse wären kontinuier­ liche Messungen direkt im Blut des Patienten ohne die Belastung durch Blutabnahmen möglich. Direkte Blutmes­ sungen ermöglicht ein "on-line monitoring" ohne zeitliche Verzögerungen. Bei Messungen von Ionen unterscheidet man Ionenkonzentrationen und Ionenaktivitäten. Ionenkonzen­ tration ist die Gesamtheit der einzelnen Ionen (z.B. alle Natriumionen), die im Körper oder im Blut gemessen werden können. Bei der Ionenaktivität werden nur die freien Ionen gemessen, welche nicht an andere Substanzen gebunden sind, und somit aktiv an den Stoffwechselfunktionen der Organe teilnehmen können. Nur diese aktiven Ionen können von Ionophoren eingefangen werden, wodurch eine Änderung des Phasengrenz-Potentials an der messenden Elektrode ent­ steht. Die Anwendungsbereiche der Erfindung liegen daher zunächst und bevorzugt im medizinischen Bereich, wie: Transplantationszentren, chirurgischen und intensivmedi­ zinischen Abteilungen und in der allgemeinen Medizintech­ nik. Ferner ist der Einsatz in der Dialysebehandlung und der medizinisch-pharmazeutischen Forschung möglich. Es können damit zurzeit bestehende Risiken in medizinischen Behandlungen durch schnelle und gleichzeitige Gewinnung wichtiger Informationen über den Elektrolyt-Haushalt ein­ zelner Organe (z.B. Herz, Niere, Gehirn u.a.), in der Chirurgie (z.B. der Transplantationschirurgie) und den weiteren angegebenen medizinischen Bereichen deutlich ver­ ringert werden. Wie oben erklärt ist die Messung der bio­ logisch relevanten Aktivitäten der unterschiedlichen Ionen möglich, aber auch Ionenmessungen in nicht medizinischen Bereichen. Ferner kann (siehe Anspruch 5) dieser direkt kon­ taktierende, ionenselektive Mehrfach-Oberflächensensor mit seinem Sensorkörper, Träger und Membranen und den Mem­ branen zugeordneten Ableitungen eine bewegliche Einheit bildet, die lediglich über ein Verbindungskabel mit einem Rechner oder dergleichen (rechnergesteuerte Meßdatenver­ arbeitung mit normierten, digitalen Schnittstellen) ver­ bunden, aber demgegenüber beweglich ist und daher z.B. an jeder gewünschten Stelle eines Organes zwecks Durchführung der Messung aufgesetzt werden kann. Dabei ist ein Organ nicht nur eines der vorstehend beispielsweise erwähnten Organe wie Herz, Niere, oder Gehirn, sondern auch die Haut eines Patienten, auf deren Oberfläche der Sensor aufgesetzt wird und die erforderlichen Messungen vor­ nimmt. Die vorstehend erläuterte Beweglichkeit (man kann auch von einer Portabilität sprechen) der Messanordnung ist sowohl im medizinischen, als auch im biomedizini­ schen, bzw. pharmazeutischen Anwendungsbereich für den Einsatz dieses Sensors in der Praxis von großem Vorteil. Der Begriff der Portabilität schließt insbesondere auch ein, daß ein solcher Sensor mit zugehöriger Elektronik relativ klein und beweglich ist, z.B. in einem Hub­ schrauber mitnehmbar oder in einem anderen Beispiel pro­ blemlos von einem Operationssaal in einen anderen Raum transportiert werden kann.

Die Merkmale des Anspruches 2 ergeben die Möglichkeit, die Verteilung der Aktivitäten eines gleichen Ions über eine bestimmte Körperoberfläche zu messen und numerisch oder grafisch darzustellen. Dagegen ist es mit den Merk­ malen des Anspruches 3 erreichbar, mit ein- und demselben Sensor gleichzeitig die Aktivitäten unterschiedlicher Ionen festzustellen. Es sind aber auch Messungen der Kombinationen der beiden vorgenannten Möglichkeiten denkbar (siehe Anspruch 4).

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist Gegen­ stand des Anspruches 5, insbesondere in der praktikab­ len Ausbildung gemäß Anspruch 6. Dies vereinfacht und erweitert den Einsatz des Sensors nach der Erfindung in der Praxis wesentlich. Hierbei ist es ein besonderer Vorteil, wenn der Sensor gemäß Anspruch 7 leicht aus­ tauschbar ist und somit verschiedene Ausführungsformen, insbesondere nach Art und Anzahl der Membranen usw. vor­ gesehen sind und damit die Möglichkeit gegeben ist, sich an verschiedene spezielle Anforderungen anpassen zu kön­ nen. Der Rechner kann tragbar sein. Ein solches Meßsystem (Sensor-Messung von Ionenaktivitäten; Sensor-Halter- Impedanzwandlung und Signalverstärker; Rechner-Analog- Digital-Wandlung und Meßdatenverarbeitung) kann nicht nur stationär eingesetzt sondern auch als transportables Meßsystem aufgrund seiner Beweglichkeit, bzw. Portabili­ tät wie erläutert verwendet werden.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 8. Er ermöglicht, mit einem kompakten und daher gut zu handhabenden und an die Organoberfläche zu legenden Sensorkörper mit Träger einer großen Anzahl glei­ cher oder unterschiedlicher ionenselektiver Membranen auf sehr kleiner Fläche zu messen.

Anspruch 9 beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform des Trägers.

Um die vorgesehene Anzahl von Ableitungen isoliert auf kleinem Raum unterzubringen empfiehlt sich der Aufbau des Sensorkörpers als Multilayersubstrat gemäß den Aus­ führungen der Ansprüche 10 bis 15: Eine alternative Bündelung bzw. Zusammenfassung der Ableitungen (einschließ­ lich der Membranen) auf möglichst kleinem Raum ist Gegen­ stand des Anspruches 16.

Anspruch 17 beinhaltet eine baulich vorteilhafte und einen einwandfreien elektrischen Kontakt zwischen den Ableitungen und den zugehörigen Membranen ermöglichende Ausgestaltung der Erfindung.

Um die Einflüsse wechselnder Temperaturen zu eliminieren, sind die Merkmale des Anspruches 19 von Vorteil.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung von Verfahrensschritten zur Herstellung des Sensorkörpers mit Ableitungen und/oder des Trägers mit Membranen. Hier­ zu wird insbesondere auf die Ansprüche 21 und 23 verwie­ sen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind den weiteren Unteransprüchen sowie der nachstehenden Be­ schreibung und der zugehörigen Zeichnung von erfindungs­ gemäßen Ausführungsmöglichkeiten zu entnehmen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer ersten Ausführungsform der Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 2 eine weitere, prinzipielle Darstellung einer anderen Aus­ führungsmöglichkeit der Erfindung,

Fig. 3 die einzelnen Schichten eines Multilayersubstrates nach der Erfindung in Explosionsdar­ stellung, jedoch ohne Träger und Membranen,

Fig. 4 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles IV auf einen Sensor­ körper gemäß Fig. 3,

Fig. 5 eine Ansicht analog Fig. 4, jedoch mit den Membranen und deren Träger,

Fig. 6 eine Draufsicht gemäß der Pfeilrichtung VI in Fig. 5,

Fig. 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Draufsicht,

Fig. 8 einen Schnitt gemäß der Linie VIII-VIII in Fig. 7,

Fig. 9 in einer vereinfachten, perspek­ tivischen Darstellung eine beweg­ liche, portable Anordnung nach der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Erfindung mit einem Sensorkörper 1, der die Ableitungen 2 auf­ nimmt und hält, sowie einem Träger 3 für Aufnahme und Halt der Membrane 4. Jede Membrane mit zugehöriger Ab­ leitung bildet eine Elektrode. Der Träger 3 liegt auf der Stirnfläche 1′ des Sensorkörpers 1 auf und ist daran fest gehalten. Es sind in diesem Beispiel zwei Membranen 4 vorgesehen. Durch das Material des Trägers 3, bevor­ zugt ein Polymer, sind die Membranen 4 voneinander elektrisch isoliert und ist zugleich dafür gesorgt, daß an den mit 5 bezeichneten Berührungsflächen keine Spal­ ten zwischen Membranmaterial einerseits und Trägermate­ rial andererseits entstehen können, durch die Feuchtig­ keit eindringen oder sogar hindurchtreten könnte. Damit sind parasitäre Effekte verhindert. Durch solche Spal­ ten würde es nämlich zu einem Kurzschluß zwischen der äußeren Kontaktfläche 6, die zur Anlage an eine Körper­ oberfläche oder dergleichen bestimmt ist, einerseits und der inneren Kontaktfläche 7 der Membran mit der jeweiligen Ableitung andererseits führen. Damit wäre es aber nicht mehr möglich, selektiv das Phasengrenz-Potential für das entsprechende Ion zu messen. Mit anderen Worten, das an­ gestrebte Meßergebnis könnte im Falle eines Feuchtigkeits­ ein oder -durchtrittes in den Spalt 5 nicht erreicht, zumindest sehr verfälscht werden. Der Querschnitt der Membranen kann unterschiedlich sein, bevorzugt hat er die in den Fig. 2 und 5 dargestellte Kreisform, die sich auch zur Erzielung der erläuterten Feuchtigkeitsdichtig­ keit empfiehlt. Die Erfindung ist aber keinesfalls an diese Membranform gebunden.

Die im elektrischen Kontakt mit den Membranen 4 stehenden Ableitungen 2 können, wie es mit Ziffer 2′ in strich­ punktierter Darstellung angedeutet ist, durch den gesam­ ten Sensorkörper 1 hindurchgeführt werden und bilden zu­ sammen (s.o.) eine als Elektrode definierte Einheit. Die Ableitungen 2 enden in Anschlüssen 8, die zu einer nur angedeuteten Rechnerelektronik 9 oder einer sonstigen Meß- oder Verarbeitungseinrichtung geführt werden können. Dabei ist zumindest eine der Elektroden eine Meßelektrode. Die andere Elektrode kann die Funktion einer Bezugselek­ trode haben. Es ist aber auch möglich - und diese Variante ist in Fig. 1 dargestellt - daß eine zusätzliche Bezugs­ elektrode 10 vorgesehen und zu einem Anschluß 11 geführt ist, der ebenfalls an den Rechner 9 oder dergleichen an­ schließbar ist. Diese Bezugselektrode wird an die Organ­ oberfläche oder die zu messende Flüssigkeit angelegt. Im Falle der gesonderten Bezugselektrode, wie sie mit Ziff. 10 dargestellt ist, kann diese Bezugselektrode ebenso wie die Meßelektroden aus einer entsprechenden Membran mit Ablei­ tung bestehen. Diese gesonderte Bezugselektrode kann aber auch anders ausgestaltet sein. Es ist aber auch möglich, daß die Bezugselektrode in den Sensorkörper integriert ist. Dann wird sie von einer der erläuterten Membran mit Ablei­ tung usw. gebildet. Die jeweilige Bezugselektrode bildet einen konstanten Bezugspunkt für die Meßelektrode, bzw. die Meßelektroden des Sensors zwecks Messung der Spannungs­ differenzen zwischen ihr und den einzelnen Meßelektroden. Es ist also der ionenselektive Sensor mit den Ableitungen und Membranen die eine Hälfte eines Meßkreises, dessen andere Hälfte von der Bezugselektrode gebildet wird.

Wie die Zeichnung zeigt, ist jeder Membran 4 eine Ableitung 2 zugeordnet und damit im elektrischen Kontakt, wobei aber jede Einheit aus Membran und Ableitung, also jede Elektrode, von den anderen Elektroden elektrisch isoliert ist. Die Elek­ troden sind in Blöcken zusammengefaßt und somit leicht aus der Haltevorrichtung austauschbar. Dies wird nachstehend noch näher erläutert.

Die zum Kontakt mit der Organoberfläche oder Flüssigkeit bestimmten Außenflächen 6 der Membranen 4 sind mit der Außenfläche 12 des Trägers bündig.

Fig. 2 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der der Sensorkörper 1 und der Träger 3 ein einheitlicher Block 13 aus einer Vergußmasse, z.B. Polymer, sind. In der Ver­ gußmasse befinden sich die als Drähte ausgebildeten Ab­ leitungen 14 mit isolierten Anschlüssen 15, sowie die Membranen 16, welche in die in Fig. 2 links gelegene Stirnfläche 17 der sie isolierenden Vergußmasse einge­ lassen sind. Es können zunächst die Ableitungen 14 mit Vergußmasse 13 im Strang hergestellt werden. Danach kann man auf der Stirnfläche 17 durch Abätzen der Ableitungen Vertiefungen schaffen, in denen die Membranen 16 unter­ gebracht werden. Hinsichtlich der Befestigung und feuch­ tigkeitsdichten Anordnung der Membranen innerhalb des Trägers (dies gilt auch für Fig. 1) wird auf die späteren Erläuterungen zu den Fig. 3 bis 6 verwiesen.

Es ist ersichtlich, daß somit an der Organoberfläche und damit nicht invasiv die momentane Ionenaktivität, mit der Möglichkeit, damit auf die Mikrozirkulation in Geweben und Organen rückzuschließen, gemessen werden kann. Mit dem Sensor kann bei gleichartigen Membranen sowohl eine große Anzahl gleichartiger Ionen auf einem sehr kleinen Raum gemessen werden, als auch in einer anderen Ausführung mit unterschiedlichen Membranen gleichzeitig unterschiedliche Ionen, z.B. H⁺, K⁺, Na⁺, Ca²⁺ o.a. In diesem Fall ist eine flächige Verteilung der Ionenaktivitäten entspre­ chend der jeweiligen räumlichen Anordnung der Membranen gleichzeitig mess- und darstellbar. Die vorgenannten Meßmöglichkeiten können auch an einem Sensor kombiniert vorgesehen sein.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 bis 6 zeigt die Zu­ sammensetzung eines Sensors, bzw. Sensorkörpers aus meh­ reren Schichten, die miteinander laminiert sind. Unter Laminieren wird eine Technik verstanden, welche solche Schichten unter Druck und Temperatur zusammenbringt und aneinander "backt", so daß sie innig miteinander ver­ bunden sind. Die hier mit 18 bis 21 bezifferten vier Schichten können z.B. jeweils eine Keramikfolie oder eine polymere Folie darstellen. Anschließend werden die Folien noch im Ofen gebrannt oder gehärtet. Diese Tech­ nik ist bekannt. Von den hier dargestellten vier isolie­ renden Substratschichten 18 bis 21 sind die drei unteren Substratschichten 19 bis 21 jeweils mit leitenden Struk­ turen 22 versehen, welche aus inerten Edelmetallen, z.B. Gold oder Platin bestehen können und die Ableitungen bilden, wobei ihre in Fig. 3 rechts gelegenen Stirnflä­ chen 23 den Flächen 7 im Beispiel der Fig. 1 entsprechen. Diese Stirnflächen 23 sind mit den zugehörigen Stirnflä­ chen 24 der Schichten 18 bis 21 bündig. Die im Bereich der Stirnfläche 23, 24 zwecks Unterbringung der Membran auf einer möglichst kleinen Fläche zusammengeführten Strukturen 22 sind am entgegengesetzten, in Fig. 3 links gelegenen Ende der Schichten 19 bis 21 auseinanderge­ führt und elektrisch leitend durch Kontaktierungen 25 je­ weils mit Anschlußflächen 26 der hier obersten Schicht 18 verbunden, wobei die Anschlußflächen 26 den Anschlüssen 8 der Fig. 1 entsprechen und ebenfalls an eine Rechnerelektronik oder dergleichen angeschlossen werden. Dieser Anschluß ist bevorzugt in Form einer Steckverbindung ausgebildet, so daß schnell und einfach unterschiedliche Sensoren mit der Rechnerelektronik oder dergleichen verbunden werden können (siehe Fig. 9).

Nach dem Laminieren und Einbrennen oder Härten des Sensorkörpers wird die in Fig. 3 rechte Seite mechanisch (z.B. Sägen oder Schleifen) entlang der in Fig. 6 eingezeichneten Schnittlinie A-A so bearbeitet, daß dort die leitenden Strukturen 22 mit ihren Stirnflächen 23 an die Oberflä­ che treten und somit ihr elektrischer Kontakt mit den nachstehend zu erläuternden Membranen 29 möglich ist.

Der Träger 28, z.B. eine Polymerschicht, wird auf die Stirnfläche 24 des Multilayersubstrates aufgegossen oder in anderer Weise fest aufgebracht. Die in Fig. 6 durch Gegenschraffur angedeuteten Membranen 29 sind entweder in den Träger 28 vor dessen Befestigen an dem Multi­ layersubstrat bereits enthalten; oder aber sie werden nach dessen Befestigung am Multilayersubstrat in ihn eingebracht. Dazu können im Träger durch elektrische Entladungen, durch Laserstrahlen oder dergleichen Durch­ brüche erzeugt werden, in welche die Membranen einge­ setzt werden. Insbesondere empfiehlt sich die Einbrin­ gung der Membranen in Form von Lösungen, wobei nach Verdunsten des Lösungsmittels die Membranen die gewünsch­ ten Eigenschaften aufweisen. Hierdurch wird eine beson­ ders innige und damit den Durchtritt von Feuchtigkeit sperrende Verbindung zwischen dem Membranmaterial und dem Trägermaterial erreicht. Man kann aber auch so vorgehen, daß die Membranen auf mechanischem Wege (z.B. durch Stanzen) in ihrer Grundform aus einem folienartigen Material herausgearbeitet und durch ein Klebemittel oder ein Lösungsmittel in den Durchbrüchen des Trägers befe­ stigt und feuchtigkeitsdicht verklebt werden. Die Mem­ branen 29 stehen auch in diesem Ausführungsbeispiel in unmittelbar leitendem Kontakt mit den Stirnflächen 23 der Ableitungen 22.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine, z.B. matrixartige, Struk­ tur der Stirnflächen 23, bzw. der Membranen 29. Dies heißt, daß eine entsprechend große Anzahl leitfähiger Kontaktstellen (Membranen) auf einer sehr kleinen Fläche (z.B. Membrane auf einer Fläche von 1×1 mm²) unterge­ bracht werden kann. Statt dieser matrixartigen Anordnung beispielsweise in drei Reihen zu je vier Membranen könn­ ten die Membranen auch anders, z.B. in mehreren ineinan­ derliegenden Kreisen, spiralförmig und dergleichen mehr angeordnet sein. Andererseits können aber die zugehörigen Anschlußflächen 26 an der Schicht 18 auf einer größeren Fläche untergebracht werden. Dies ist besonders im Fall einer lösbaren Steckverbindung (siehe oben) von Vorteil.

In der Ausführungsform der Fig. 7 und 8 ist ein Träger 30 in Form einer aus Polymer bestehenden zylindrischen Kreis­ scheibe vorgesehen, in deren Durchbrüche 31 Membranen 4 in der Ausbildung gemäß Fig. 1 feuchtigkeitsdicht einge­ lassen sind. Jede Membrane ist unterseitig über eine Ableitung 32 mit einer Kontaktstelle 33 verbunden, die sich am äußeren Umfang der in Fig. 8 dargestellten unte­ ren Stirnfläche 34 des Sensorkörpers 1 befindet. Mit diesem äußeren, die Kontaktstellen 33 aufweisenden Umfang ruht der Sensorkörper 1 auf der oberen (Fig. 8) Stirnfläche eines zylindrischen Halters 35. Dieser Halt wird durch eine Überwurfmutter 36 gesichert, die mit ihrem nach innen weisenden Rand 37 den in Fig. 8 oberen, sowie äußeren Bereich des Sensorkörpers 1 erfaßt und gegen den Halter 35 drückt. Im Halter 35 sind gegen Federwirkung 38 Kontakt­ stifte 39 gelagert, welche die Kontaktstellen oder -flächen 33 kontaktieren. Der Sensorkörper 1 kann laminiert sein (siehe die vorhergehenden Ausführungsbeispiele). Diese Ausführungsform der Erfindung ist mit relativ geringen Kosten herstellbar. Die Überwurfmutter 36, 37 schafft eine sehr gute Abdichtung.

Fig. 9 zeigt im Prinzip die Rechnerelektronik 40 mit einer flexiblen, beweglichen Zuleitung 41 zu einer Haltevorrichtung (gegebenenfalls mit Haltegriff) 42. An das äußere Ende 43 der Haltevorrichtung 42 ist der hier mit 44 bezifferte Sensor lösbar aufgesteckt. Diese leichte und schnelle Auswechselmöglichkeit der Sensoren ist insbesondere bei Operationen von wesentlicher Be­ deutung. Dies kann z.B. beim Ausführungsbeispiel der Fig. 3 so geschehen, daß die Anschlüsse 26 in dieser Zeichnung nach links herausgeführt sind und in Steckern enden, welche in entsprechende Steckeröffnungen des Endes 43 passen. Auch könnte man den Halter 35 gemäß Fig. 7, 8 an seinem Ende mit entsprechenden Steckern ausbilden, welche an die Kontaktstifte 39 angeschlossen sind.

Ferner kann im Sensor ein Temperaturfühler integriert bzw. eine Temperaturmeßeinrichtung vorgesehen sein. Die gemessene Temperatur wird dann in den Rechner 9 oder dergleichen zur automatischen Temperaturkorrektur ein­ gegeben.

Zwischen den abgehenden Kontakten 8, 11 bzw. 26 einer­ seits und der Rechnerelektronik 9 oder dergleichen an­ dererseits kann ein sogenannter Impedanzwandler vorge­ sehen sein. Dieser hat die Aufgabe, die auf beiden Sei­ ten der Membranen zu messenden, sehr hochohmigen La­ dungsunterschiede in niederohmige Signale umzuwandeln, die dann über eine Leitung weitergegeben werden können. Diese Hochohmigkeit bedingt eine entsprechende Störan­ fälligkeit bei Messungen. Um eine ausreichende Abschir­ mung vor Umwelteinflüssen zu erreichen, ist daher mög­ lichst unmittelbar am Sensor die o.g. Impedanzwandlung vorzusehen. Nur somit ist die z.B. für Operationen not­ wendige Kabellänge von kleiner 5 m erreichbar.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander sind erfindungswesent­ lich. Insbesondere können die im Zusammenhang mit einem der Ausführungsbeispiele erläuterten und gegebenenfalls dargestellten Merkmale sinngemäß auch bei einem der anderen Ausführungsbeispiele eingesetzt werden.

Claims (24)

1. Sensor zur Messung der Aktivität von Ionen mit Hilfe von ionenselektiven Membranen, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichzeitigen Messung mehrerer Ionenaktivi­ täten an der Oberfläche von organischen Geweben oder in Flüssigkeiten zumindest zwei ionenselektive Mem­ branen (4, 16, 29) in einem gemeinsamen, isolierenden Träger (3, 13, 28, 30) gehalten sind, daß jeder dieser Membranen eine Ableitung (2, 14, 22, 32) zugeordnet ist und zu ihr in elektrischem Kontakt steht, daß 0 ferner jede Membran im Träger sowohl elektrisch iso­ liert, als auch gegen den Durchtritt von Feuchtigkeit gesichert gehalten ist, daß entweder eine der jeweils aus einer Membran und einer Ableitung bestehenden Elektroden als Bezugselektrode ausgebildet ist, oder daß eine gesonderte Bezugselektrode (10) mit zuge­ höriger Kontaktmöglichkeit an das organische Gewebe, bzw. die Flüssigkeit vorgesehen ist, während die übrigen Elektroden als Meßelektroden dienen, daß zu­ mindest alle Meßelektroden in einem Sensorkörper (1, 13, 18 bis 21) zusammengefaßt sind und daß der Träger und der Sensorkörper aneinander fest gehalten sind.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Membranen (4, 16, 29) eines Trägers (3, 13, 28, 30) auf ein bestimmtes Ion eingestellt sind.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Membranen (4, 16, 29) eines Trägers (3, 13, 28, 30) jeweils auf unterschiedliche Ionen eingestellt sind.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeich­ net durch die Kombination von Membranen gemäß den Ansprüchen 2 und 3 in einem einzigen Träger.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor als bewegliche Einheit ausgebildet ist.

6. Sensor nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Haltevorrichtung (42), an der der Sensor (44) ange­ bracht ist (Fig. 9), wobei die Haltevorrichtung als Handgriff ausgebildet oder mit einem Handgriff ver­ sehen ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensor gegen einen Sensor mit anderen Membranen austauschbar ist, wobei im Falle des Vorsehens einer Haltevorrichtung (42) die je­ weiligen Sensoren (44) daran lösbar zu befestigen sind und eine lösbare Kontaktierung zwischen den Ab­ leitungen des Sensors und entsprechenden Anschlüssen der Haltevorrichtung besteht.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Membranen (4, 16, 29) räumlich dicht beieinander auf einer möglichst kleinen Fläche angeordnet sind, z.B. in Form von Kreisen, einer Spirale einer Linie oder einer sogenannten Matrix.

9. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Träger (3, 13, 28, 30) aus Polymer besteht, bzw. eine Polymerschicht darstellt.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Sensorkörper aus einer Reihe von miteinander fest verbundenen Schichten (18 bis 21) vorgesehen ist, daß die einzelnen Schichten voneinan­ der und nach außen isoliert leitende Strukturen als Ableitungen (22) aufweisen, welche an einer Stirnfläche (24) des Sensorkörpers Kontaktstirnflächen (23) bilden und daß jede dieser Ableitungen mit einem zugehörigen Anschlußkontakt oder einer Anschlußfläche (26) des Sensorkörpers, bevorzugt auf dessen oberster Schicht (18), elektrisch leitend verbunden ist.

11. Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkörper als Multilayersubstrat ausgeführt ist und aus schichtweise übereinanderliegenden und miteinander verbundenen, mit den Ableitungen (22) ver­ sehenen Keramikfolien oder polymeren Folien besteht.

12. Sensor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ableitungen (22) der betreffenden Schich­ ten (19 bis 21) des Multilayersubstrates über Durch­ kontaktierungen (25) elektrisch mit den Anschlußkon­ takten oder Anschlußflächen (26) der weiteren Schicht (18) verbunden sind.

13. Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußkontakte oder Anschlußflächen (26) als Steckverbindungen zur lösbaren und zugleich kontakt­ gebenden Anbringung des Sensors an einer Haltevor­ richtung (42) ausgebildet sind.

14. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sensorkörper (1) als zylindrische Scheibe ausgebildet und auf einem Halter (35), z.B. mit Hilfe einer Überwurfmutter (36) fest aber lösbar befestigt ist.

15. Sensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Ableitungen (32) des Sensorkörpers (1) inKontaktstellen (33) enden, die auf einer Stirnfläche des Halters (35) aufliegen, wobei die Stirnfläche entsprechende Gegen­ kontakte (39) aufweist.

16. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als Ableitungen die Enden vonein­ ander isolierter und zu einem Bündel zusammengefaßter Drähte (14) dienen, wobei dieses Bündel durch eine Vergußmasse (13) zusammengehalten ist, die zugleich den Träger für die Membranen (16) bildet (Fig. 2).

17. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Träger (3, 28) mit den Membra­ nen (4, 29) auf einer von dem jeweiligen Sensorkörper (1, 18 bis 21) gebildeten Stirnfläche (1′, 24) auf­ liegt, wobei die Kontaktflächen (7, 23) der Ablei­ tungen (2, 22) sich in den Stirnflächen (1′, 24) be­ finden und dort in Kontakt mit entsprechenden Gegen­ flächen der Membranen (4, 29) stehen.

18. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß dieser aus sterilisierbaren Matera­ lien besteht.

19. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Temperaturfühler integriert oder eine Temperaturmeßeinrichtung vorgesehen und mit der jeweiligen Rechnerelektronik (9) oder der­ gleichen verbunden ist.

20. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 10 bis 15, 17 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schichten (18 bis 21) des Multi­ layersubstrates miteinander laminiert sind.

21. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Drähte des Bündels miteinander verbunden und danach mit der Vergußmasse vergossen werden, daß danach entsprechend der Dicke der Membranen die Me­ tallseelen der Drähte von der den Träger bildenden Stirnseite (17) der Vergußmasse her entfernt, z.B. weggeätzt werden und daß danach die Membranen (16) in die somit gebildeten Vertiefungen eingebracht werden.

22. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbrüche im jeweiligen Träger (3, 13, 28, 30) für die Aufnahme der Membranen (4, 16, 29) durch elektrische Entladungen oder durch Laserstrahlen er­ zeugt werden.

23. Verfahren zur Herstellung eines Sensors nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (4, 16, 29) in Form von Lösungen in die Durchbrüche des Trägers eingebracht werden und ihre Eigenschaften nach Verdunsten des Lösungsmittels erhalten.

24. Verfahren zur Herstellung von Sensoren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen (4, 16, 29) auf mechanischem Wege in ihrer Grundform aus einem folienartigen Material herausgearbeitet und durch Lösungsmittel in Durch­ brüche des jeweiligen Trägers (3, 13, 24, 30) ein­ gebracht, befestigt und verklebt werden.