DE68926927T2

DE68926927T2 - Zusammensetzung, Apparat und Verfahren zum Nachweis ionischer Komponenten

Info

Publication number: DE68926927T2
Application number: DE68926927T
Authority: DE
Inventors: Henry Ka-Wah-Hui; Masao Yafuso
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: Terumo Cardiovascular Systems Corp
Priority date: 1988-04-28
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2009-04-28
Also published as: DE68926927D1; JPH0216435A; ATE141412T1; JP2655545B2; AU621609B2; EP0340018A2; CA1334926C; EP0340018A3; EP0340018B1; AU3372789A

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung betrifft ein System zur Wahrnehmung von Ionenkomponenten. Spezifisch befaßt sich die Erfindung mit Zusammensetzungen, Geräten und Vorgangsweisen, die zum Wahrnehmen von Ionenkomponenten geeignet sind, wie z.B. Wasserstoff- oder Hydroxylionen, die anhand ihres pH-Wertes in Flüssigkeiten, wie beispielsweise Blut, gemessen werden.
Häufig ist es vorteilhaft, die Konzentration einer Ionenkomponente in gegebener Flüssigkeit festzustellen. So kann z.B. die Bestimmung des pH-Wertes des Blutes oder anderer Körperflüssigkeiten des Patienten Bestandteil der ärztlichen Diagnose und/oder Behandlungsverfahren sein. Solche Bestimmungen werden im Rahmen der Behandlung u.U. häufig oder ununterbrochen durchgeführt.
Ein Problem hat sich herausgestellt, nämlich das ein beliebiger Ionenkomponentenindikator, wie z.B. der pH-Indikator, nur in seinem "effektiven Indikationsbereich" wirksam ist, d.h. einem beschränkten Bereich von Konzentrationen der Ionenkomponente, wie z.B. einem beschränkten pH-Bereich, wo zuverlässige Bestimmungen mit Hilfe eines gegebenen Indikators vorgenommen werden können. So gehört z.B. zu jedem pH-Indikator ein einzigartiges pKa mit einzigartigem pH- Reaktionsbereich. So ist jeder pH-Indikator in beschränktem pH-Bereich wirksam, wie z.B. über ca. eine pH-Einheit. Wenn also die Konzentration der Ionenkomponente in einem gegebenen Medium außerhalb dieses "effektiven Indikatorbereichs" fällt, lassen sich keine zuverlässigen Konzentrationsbestimmungen ohne Änderung des Indikators beziehen. Ein pH-Indikator, wie z.B. Farbstoff, mit unterschiedlichem pKa außerhalb dieses Bereichs ist erforderlich. Die Verwendung eines Indikators außerhalb seines "effektiven Indikatorbereichs" wäre vorteilhaft. Im medizinischen Bereich wäre es u.U. vorteilhaft, einen Indikator im physiologischen Bereich zu verwenden, selbst wenn sein normaler "effektiver Indikatorbereich" außerhalb dieses Bereichs liegt.
Indikatoren werden häufig im Zusammenhang mit Matrixmaterial benutzt, wie z.B. Polymermaterial. Beispielsweise lehren Seitz u.a. in U.S. Patent Nr. 4,548,907 die Verwendung eines pH-empfindlichen Fluorophors (8-Hydroxy-1, 6- Pyrentrisulfonsäure), das elektrostatisch mit einer Ionenaustauschmembran verbunden ist, wie z.B. einem Anionenaustauscher. Seitz u.a. verwenden die Ionenaustauschmembran zum Stillegen des Fluorophors, um physiologische pH-Werte durch eine Rationierungsmethode zu messen.
Edwards lehrt in U.S. Patent Nr. 3,449,080 ein Gerät zum Messen des Elektrolytniveaus in Körperflüssigkeit für diagnostische Zwecke, bestehend aus einem Träger, der ein Polymermaterial mit Ionenaustauscheigenschaften besitzt und die Fähigkeit hat, Ionen mit dem Elektrolyt auszutauschen, dessen Niveau zu messen ist sowie einem Material, das auf das Ausmaß des Ionenaustausches farblich anspricht. Tatsächlich sind die Spezies, auf deren Farbe das Material farblich anspricht, das Ergebnis des Ionenaustausches. Wang eröffnet gleichermaßen in U.S. Patent Nr. 4,473,650 ein System, in dem ein Produkt des Ionenaustausches zum Messen der Eigenschaft einer Probe benutzt wird.
Sommer u.a. eröffnen in U.S. Patent Nr. 4,543,335 eine Vorgangsweise der Vorbereitung eines Geräts zur quantitativen Bestimmung von Herapin in Blutplasma von Säugetieren, wozu das Beschichten einer Trägermatrix mit fluorogenischer oder chromogenischer Substratlösung zählt. In zwei Schichten des Geräts sind Puffermittel enthalten, weil das Ausmaß der thrombinenzymatischen Reaktion vom pH-Wert abhängig ist. Der pH-Wert es Puffermittels in beiden Schichten wurde auf Maximierung der Reaktion von Thrombin und Substrat ausgelegt.
Harper lehrt in U.S. Patent Nr. 3,904,373 über gebundene pH-Indikatoren, wozu alle Komplexe organischer Art zählen, die kovalent über ein Silankopplungsmittel mit einem Träger verkoppelt sind, vorzugsweise ein anorganischer Träger mit verfügbaren Hydroxyl- oder Oxidgruppen. Zu solchen anorganischen Trägern zählen Glassilikagel, Kolloidalsilika, Wollastonit und Bentonit. Harper lehrt nicht über Träger, die nach der Kopplung anionisch oder kationisch sind. Weiter führt Harper eine größere Anzahl von pH-Indikatoren auf, was durch Implikation suggeriert, daß jeder Indikator für einen anderen pH-Bereich benutzt werden sollte. Harper lehrt nicht das Ausdehnen des Effektivbereichs irgendwelcher pH-Indikatoren.
Für biologische Flüssigkeiten benutzt ein Sensor bekannter Technik, zusammen mit der Ionendurchlässigkeit einer vorgeformten, integrierten Zellulosemembran die Leuchtmerkmale eines Farbstoffes. In diesem Sensor ist die Zellulosemembran chemisch so behandelt, daß kovalente, verbindungsfähige Gruppen auf die Membran eingeführt werden. Der Farbstoff wird anschließend zum Verbinden des Farbstoffs mit der Membran kovalent mit diesen Gruppen verbunden. Die kovalent verbindungsfähigen Gruppen, die auf die Membran eingeführt werden, dienen größtenteils dem kovalenten Verbinden des Farbstoffs mit der Membran. So wird der Farbstoff mit einem größtenteils nichtionischen Matrixmaterial verbunden. Aus der Membran wird eine kleine Scheibe ausgeschnitten, die, zusammen mit einem Lichtwellenleiterbündel, an einer Kassette angebracht wird. Wenn der Farbstoff durch Erregerlicht erregt wird, das entlang den Lichtwellenleitern angesetzt wird, wird es fluoreszent und strahlt Licht mit einer vom Erreger abweichenden Wellenlänge aus. Das Emmissionslicht wird als Indikator des pH-Wertes gemessen.

Zusammenfassung der Erfindung

Erfunden wurde ein neues System zum Erkennen oder Messen der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Medium. Dieses System, wie z.B. die Zusammensetzung von Material, Gerät und Vorgangsweise, verwendet wenigstens ein ionisch geladenes Matrixmaterial zum Regeln der Ionenumgebung, der ein Ionenkomponentenindikator oder eine Wahrnehmungskomponente ausgesetzt ist. Letztlich ist es der Wahrnehmungskomponente, zusammen mit dem ionisch geladenen Matrixmaterial möglich, Konzentrationen von Ionenkomponenten im breiteren Konzentrationsbereich und/oder im unterschiedlichen Konzentrationsbereich, relativ zur gleichen Wahrnehmungskomponente und zusammen mit einem nichtionischen oder ionisch neutralen Matrixmaterial, effektiv wahrzunehmen oder zu messen. Durch Regelung der Ladedichte des Matrixmaterials läßt sich der Konzentrationsbereich, in dem ein gegebener Sensor wirksam ist, nach Bedarf verändern. So läßt sich ein gegebener Indikator zur Vermittlung zuverlässiger Konzentrationsbestimmungen auch bei Konzentrationen verwenden, die außerhalb des "effektiven Konzentrationsbereichs" des Indikators liegen.
In einer breiten Sicht hängt die Erfindung mit einer Materialzusammensetzung zusammen, die der Wahrnehmung oder dem Messen der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Medium dient. Diese Zusammensetzung besteht aus einem kationischen oder anionischen Matrixmaterial und einer Wahrnehmungskomponente, die chemisch und vorzugsweise kovalent mit dem Matrixmaterial verbunden und wirksam für die Vermittlung eines auf die Anwesenheit der Ionenkomponente im Medium ansprechenden Signals ist. Ein Gerät zum Messen der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Mittel umfaßt eine Sensorvorrichtung, incl. der oben aufgeführten Zusammensetzung und Signalvorrichtung, mit der das Signal aus der Wahrnehmungskomponente übertragen werden kann.
In einem weiteren breiten Aspekt hängt die Erfindung mit einer Mischung zusammen, die zum Erkennen oder Messen der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Medium nützlich ist. Diese Zusammensetzung besteht aus einer Kombination von wenigstens zwei der folgenden: (1) Einem kationischen Matrixmaterial und einer dazugehörigen ersten Wahrnehmungskomponente, die zum Vermitteln eines auf die Anwesenheit der Ionenkomponente im Medium in einem ersten Konzentrationsbereich ansprechenden Signals geeignet ist; (2) ein größtenteils nichtionisches Matrixmaterial und eine dazugehörige zweite Wahrnehmungskomponente, die zum Vermitteln eines auf die Anwesenheit der Ionenkomponente in einem zweiten Konzentrationsbereich ansprechenden Signals geeignet ist; und (3) ein anionisches Matrixmaterial sowie eine dritte dazugehörige Wahrnehmungskomponente, die zum Vermitteln eines auf die Anwesenheit der Ionenkomponente im Medium in einer dritten Konzentrationszone ansprechenden Signals geeignet ist. Vorzugsweise sind die ersten, zweiten und dritten Wahrnehmungskomponenten größtenteils identisch. Ein Gerät zum Messen der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Medium beinhaltet eine Sensorvorrichtung, incl. diese Mischung und eine Signalvorrichtung mit der Fähigkeit, Signale aus den Wahrnehmungskomponenten zu übertragen.
Diese Erfindung ist besonders nützlich für die Wahrnehmung der Konzentration von Wasserstoffionen (H+) oder Hydroxylionen (OH&supmin;). In dieser Ausführung wird meistens der pH-Wert des Mediums bestimmt.
Das von der oder den Sensorkomponente(n), ansprechend auf die Anwesenheit der Ionenkomponente im Medium vermittelte Signal, variiert vorzugsweise mit der Variation der Ionenkomponentenkonzentration im Medium. Bei der Wahrnehmungskomponente handelt es sich vorzugsweise um einen optischen Indikator, spezifisch einen Absorptions- oder Leuchtstoffindikator. Es gibt viele herkömmliche Wahrnehmungsindikatoren, die zum Vermitteln eines auf die Anwesenheit von Ionenkomponenten ansprechenden Signals geeignet sind und die Fachkundigen einschlägig bekannt sind.
Mit dieser Erfindung kann eine beliebige Wahrnehmungskomponente verwendet werden, vorausgesetzt, daß sich solche Wahrnehmungskomponenten effektiv chemisch mit dem gewünschten Matrixmaterial verbinden lassen. Zu geeigneten pH- Wahrnehmungskomponenten zählen viele gut bekannte pH-Indikatoren und/oder ihre funktionalisierten Derivate. Zu diesen pH-Indikatoren zählen Hydroxypyrentrisulfonsäure und ihre Salze, Phenolphthalein, Fluoreszein, Phenolrot, Kresolrot, Pararosanilin, Magentarot, Xylenolblau, Bromkresolpurpur, Bromphenolblau Bromthymolblau, Metakresolpurpur, Thymolblau, Bromphenolblau, Tetrabromphenolblau, Bromchlorphenolblau, Bromkresolgrün, Chlorphenolrot, O- Kresolphthalein, Thymolphthalein, Metanilgelb, Diphenylamin, N,N-Dimethylanilin, Indigoblau, Alizarin, Alizaringelb GG, Alizaringelb R, Kongorot, Methylrot, Methylorange, Orange I, Orange II, Nilblau A, Ethybis (2,4-Dinitrophenyl)-Acetat, Gammanaphthoibenzein, Methylviolett 6B, 2,5-Dinitrophenol und/oder die verschiedenen funktionalisierten Derivate der o.g. Spezies. Selbst wenn ein Indikator nicht unverändert und unter Beibehaltung der Indikatoraktivität chemisch verbunden werden kann, lassen sich häufig ein oder mehrere seiner Derivate mit befriedigenden Resultaten chemisch verbinden.
Wahrnehmungskomponenten für andere Ionenkomponenten lassen sich aus organischen Spezies herstellen, darunter aus Fluoreszein, Diiodofluoreszein, Dichlorofluoreszein, Phenosafranin, Rosebengal, bläuliches Eosin I, gelbliches Eosin, Magneson, Tartrazin, Eriochromschwarz T und anderen.
Der bevorzugte pH-Indikator der Gruppe besteht aus Hydroxypyrentrisulfonsäure, ihren Derivaten und ihre Mischungen.
Das für diese Erfindung nützliche kationische und/oder anionische Matrixmaterial ist vorzugsweise größtenteils unlöslich im gemessenen oder ausgewerteten Medium. Weiterhin sollte das Matrixmaterial für die gemessene Ionenkomponente durchlässig sein, d.h. das Matrixmaterial sollte so strukturiert sein, daß die gemessene Ionenkomponente das Matrixmaterial physikalisch durchdringen kann. Zu beachten ist, daß die Ladungen auf dem Matrixmaterial u.U. zum Abweisen der Ionenkomponente führt. Jedoch auch unter solchen Umständen muß das Matrixmaterial so strukturiert sein, daß die Ionenkomponente dadurch dringen kann, d.h. so, daß die Ionenkomponente das Matrixmaterial größtenteils ungehindert durchdringen kann.
Das Matrixmaterial ist vorzugsweise ein Polymermaterial. In einer Ausführung besteht das Matrixmaterial aus einem Grundpolymer und, je nach Bedarf, einer Mehrzahl anionischer und kationischer Gruppen. So kann z.B. das Grundpolymer zur chemischen Verbindung kationischer oder anionischer Gruppen mit dem Grundpolymer abgeleitet werden. Makromolekulare, hydrophilische Polymer, die größtenteils unlöslich und für die interessanten Ionenkomponenten durchlässig sind, sind als Grundpolymer in Systemen interessant, die in wäßrigen Medien zu verwenden sind. Zu solchen Grundpolymern zählen beispielsweise Zellulose, Polyvinylalkohol mit hohem Molekulargewicht (d.h. PVA), Polyurethan, quaternäres Polystyrol, sulfoniertes Polystyrol, Polyakrylamid, Polyhydroxyalkylakrylat, Polyvinylpyrrolidon, hydrophilisches Polyamid, Polyester und deren Mischungen. In Systemen zum Messen des pH-Wertes werden Zellulose, PVA mit hohem Molekulargewicht und ihre Mischungen bevorzugt.
Das Grundpolymer kann in der Art, je nach Bedarf, mit herkömmlichen und einschlägig bekannten Methoden anionisch oder kationisch gemacht werden. So kann das Grundpolymer oder ein funktionalisiertes Derivat davon, beispielsweise mit einer säurigen Komponente reagiert werden, wie z.B. einer organischen Sulfonsäure, einer Karbonsäure und ähnlichem, um ein anionisches Matrixmaterial zu formen; gleichermaßen kann es mit einer Basiskomponente reagiert werden, wie beispielsweise mit einem organischen Amin oder ähnlichem, um ein kationisches Matrixmaterial zu formen. Aus dem o.g. geht gleichfalls hervor, daß solche anionischen und kationischen Matrixmaterialien in herkömmlichen und einschlägig bekannten Verfahren hergestellt werden können. Aus diesem Grund wird hier von einer ausführlichen Beschreibung dieser Verfahren abgesehen.
Die chemische Verbindung der Wahrnehmungskomponente und des Matrixmaterials läßt sich entweder durch Direktkopplung der Wahrnehmungskomponente und der reaktiven Stellen auf dem Matrixmaterial, wie z.B. den Hydroxylgruppen auf entweder Zellulose oder PVA oder durch indirekte Kopplung herbeiführen, wobei eine substituierte Gruppe zur Verwendung kommt, die mit dem Matrixmaterial entweder verkoppelt oder chemisch verbunden wird. Beispielsweise kann Alkylamin zunächst mit wenigstens einem Teil der Hydroxylgruppen auf dem Zelluloserückgrat durch Bilden eines Ethers zwischen dem Alkylteil des Alkylamins und dem Zelluloserückgrat verbunden werden. Dadurch bleibt die Aminofunktionalität des Alkylamins für die Reaktion mit der Wahrnehmungskomponente, wie z.B. Farbstoff, verfügbar um die Wahrnehmungskomponente mit dem Matrixmaterial oder dem Rückgrat zu verbinden. Die Verwendung von Alkylamin verleiht dem Matrixmaterial gleichfalls eine kationische Eigenschaft. Die Menge des verwendeten Alkylamins läßt sich nach Bedarf regeln, um dem Matrixmaterial das gewünschte Ausmaß an kationischer Eigenschaft zu verleihen.
Vorzugsweise wird eine kovalente Verbindung, entweder direkt oder indirekt durch eine Substituentgruppe, zwischen dem optischen Indikator und dem Matrixmaterial gebildet. Dadurch wird sichergestellt, daß die Wahrnehmungskomponente für verbesserte Leistung des Sensors fest und unwiderruflich mit dem Matrixmaterial verbunden wird.
Die im Zusammenhang mit den Matrixmaterialien verwendeten Substituentgruppen sind vorzugsweise organisch und enthalten spezifisch ca. 2 bis 20 Kohlenstoffatome. Bei diesen Substituentgruppen kann es sich um geradkettig- aliphatische, zweigkettig-aliphatische, zykloaliphatische, aromatische oder Mischungen aus aliphatischen und aromatischen handeln. Zu den Substituentgruppen können weitere Gruppen zählen, die sich darauf befinden, wobei es sich um hydrophilische, wie z.B. -OH, -NO&sub2;, Karboxyl, Sulfonat oder ähnliche handeln kann. In einer Ausführung ist die Substituentgruppe eine Aminoalkylgruppe. Vorzugsweise beinhaltet die Aminoalkylgruppe ca. 2 bis 8, besser noch 2 oder 3 Kohlenatome.
In einer Ausführung ist der Rohstoff des Matrixmaterials ein festes, fein unterteiltes Polymermaterial, wie z.B. ein Pulver. Der Rohstoff des Matrixmaterials kann jedoch in einem anderen Zustand vorhanden sein, wie z.B. als Flüssigkeit. Aus praktischen Erwägungen ist dagegen die Nutzung eines festen Polymerpulvers vorzuziehen.
Die Wahrnehmungskomponente ist vorzugsweise ein optischer Indikator, insbesondere entweder eine Absorptions- oder Leuchtstoffindikator- Wahrnehmungskomponente. Besonders gute Ergebnisse werden mit Leuchtstoffindikatoren verzeichnet. Zur Verwendung mit einem pH-Sensor werden Wahrnehmungskomponenten, wie beispielsweise Hydroxypyrentrisulfonsäure und ihre Salze, Fluoreszein und Betamethylumbelliferon bevorzugt.
Für einen beispielhaften pH-Sensor dieser Erfindung wird als Polymer Zellulose verwendet. Aminoethylierte Zellulose wird im Handel als Pulver angeboten, wie z.B. von Sigma Chemicals, St. Louis, MO. Bei Bedarf können freie Amingruppen auf aminoethylierter Zellulose erzeugt werden. Wenn beispielsweise im Handel vertriebener Aminoethylzellulose verwendet wird, kann das vom Hersteller angelieferte Rohmaterial zunächst zum Erzeugen freier Amingruppen behandelt werden. Das läßt sich ohne weiteres durch einfaches Behandeln der Aminoethylzellulose mit Natriumkarbonatlösung und Trocknen herbeiführen.
Die Hydroxypyrentrisulfonsäure, nachfolgend HPTS, wird zunächst in eine aktive Spezies verwandelt. Natürlich wird anerkannt, daß dieser Stoff gleichermaßen als Freisäure oder als geeignetes Salz verwendet werden kann, wie z.B. ein Alkalimetallsalz oder Alkalerdmetallsalz. Zur Verwendung mit Aminoethylzellulose oder anderer Aminoalkylzellulose ist Sulfonsäurechlorid eine geeignete aktive Spezies. Die HPTS wird zunächst acetyliert, um die Hydroxyfunktion der HPTS zu schützen, dann wird sie in geeignetes Säurechlorid gewandelt.
Das Säurechloridderivat der HPTS wird mit Aminoethylzellulose reagiert, um die HPTS kovalent mit dem Zelluloserückgratmaterial zu verbinden, wobei Sulfonylamidobindungen genutzt werden. Wie die Reaktion von Säurechlorid mit einem Amin nachweist, bildet sich als Salzsäure-Nebenprodukt. Dieses Salzsäure- Nebenprodukt neigt zur Reaktion mit anderen Amingruppen auf der Aminoethylzellulose. Aus diesem Grund läßt sich die HPTS schrittweise mit der Aminoethylzellulose reagieren, indem zunächst Säurechlorid mit einem Los HPTS behandelt und dann dieses Produkt mit Natriumkarbonatlösung behandelt wird, während zur weiteren Reaktion zusätzliches HPTS-Säurechlorid zur Verwendung kommt. Es läßt sich erkennen, daß die gewünschte Menge HPTS, die auf die kationische Zellulose geladen wird, sich entweder durch stöchiometrische Kontrolle der HPTS-Menge, die einer spezifischen Zellulosemenge beigemischt wird oder Regelung der oben angegebenen schrittweisen Reaktion kontrollieren läßt.
Bei Bedarf können einige der Aminogruppen zum Regeln der kationischen Eigenschaft des Matrixmaterials blockiert werden. Dieses Blockieren läßt sich praktisch durch Acetylieren dieser Amine herbeiführen, wie z.B. durch Nutzung einer Acetylblockiergruppe. Blockieren größtenteils aller verbleibenden Aminostellen resultiert in größtenteils nichtionischem Matrixmaterial, auf das eine Wahrnehmungskomponente kovalent geladen wird.
Ein stärkeres Matrixmaterial mit positiver Ladung läßt sich durch Quartärieren der nichtreagierten Aminogruppen auf dem Matrixmaterial beziehen. Herkömmliche und einschlägig bekannte Quartärierungsreaktionen, wie z.B. solche, die Alkylhalid wie Methyliodid nutzen, können zum Erzeugen quartärer Aminogruppen auf dem Matrixmaterial verwendet werden. Solche Quartärierung findet vorzugsweise nach der Regenerierung der Zellmatrix statt. Um die Dichte der positiv geladenen Gruppen auf der Matrix zu erhöhen, können auf bekannte Weise weitere Aminoalkylgruppen in die Zellmatrix eingeführt werden.
Bei Bedarf läßt sich ein anionisches Matrixmaterial verwenden. Ein solches anionisches Matrixmaterial kann durch Reagieren der nichtreagierten Aminogruppen auf der Aminoalkylzellulose (nach chemischer Verbindung der Wahrnehmungskomponente) mit einem difunktionellen Säurederivat, wie z.B. ein DiKarbonsäureanhydrid oder -chlorid hergestellt werden. Wieder können zur Verstärkung der Dichte der anionischen Gruppen auf dem Matrixmaterial zusätzliche Aminoalkylgruppen in die Matrix eingeführt werden, die weiter mit den difunktionellen Säurederivaten reagiert werden kann.
Das Ausmaß der kationischen oder anionischen Eigenschaft des Matrixmaterials läßt sich durch Kontrolle der Dichte der Aminoalkylgruppen auf der Zellulose und/oder jeweils Kontrolle des Ausmaßes der Quartärierung oder Säurereaktion regeln, der die Aminoalkylzellulose ausgesetzt wird.
Für stärkere kationische Matrizen, wie sie beispielsweise in gewerblich erhältlichen Ionenaustauschkunstharzenvorgefunden werden, besteht unter Umständen kein Zwang zur kovalenten Verbindung der HPTS. Infolge der multianionischen Eigenschaft von HPTS kann sich die ionische Verbindung u.U. als ausreichend beständig erweisen. Die Matrix kann auf der optischen Oberfläche gebildet und dann in eine Lösung mit HPTS-Gehalt eingetaucht werden, um das Wahrnehmungselement zu bilden.
Wenn die Wahrnehmungskomponente chemisch mit dem Matrixmaterial verbunden ist, wird das Material vorzugsweise in die Lösung aufgenommen. Bei Zellulose können sich grundsätzlich drei verschiedene Lösungen bilden. Die erste dieser basiert auf anorganischen Komplexen, die zweite auf organischen Komplexen und die dritte nutzt Hemiester oder Schwefelkomplexe.
Die Zellulose läßt sich durch Säurebehandlung wieder aus allen diesen Lösungen regenerieren. Solche Säurebehandlung umfaßt normalerweise die Nutzung einer verdünnten Säure, wie z.B. herkömmliche Mineralsäuren, so beispielsweise Schwefelsäure und ähnliche.
Auf jeden Fall wird nach Auflösung der Zellulose eine angemessene Aliquote der aufgelösten Zellulose auf eine optische Oberfläche eines Lichtleiters oder einer optischen Oberfläche geladen, die mit dem Lichtleiter verbunden ist. Das aufgelöste Polymer wird dann so regeneriert, daß sich eine feste Matrix der Wahrnehmungskomponente bildet, in der Zellstoff auf der optischen Oberfläche eines Lichtleiter enthalten ist.
Bei Bedarf kann dem vorhandenen regenerierten Material auf der optischen Oberfläche des Lichtleiters weiteres aufgelöstes Polymer hinzugegeben werden. Dem weiteren Hinzufügen folgt ein weiteres Regenerierungssäurebad. Dadurch kann die endgültige Matrix mit präzisen Abmessungen aufgebaut werden. Da die aufgelöste Zellulose sowohl an der regenerierten Zellmatrix wie dem Glas des Lichtleiters haftet, besteht die Möglichkeit, wiederholt neue Aliquoten aufgelöster Zellulose auf vorhandene, regenerierte Zellulose aufzutragen, um schrittweise einen Sensor beliebiger Abmessungen zu bilden.
Für erhöhte Ionendurchlässigkeit der endgültigen Polymermatrix am Ende des Lichtleiters können Durchlässigkeitsverbesserungsmittel hinzugegeben werden. Diese werden entweder dem Lösungsmittel der Zellulose, der Regenerierungslösung der Zellulose oder beiden hinzugegeben. Geeignet als solche Durchlässigkeitsverbesserungsmittel sind Moleküle mit geringem Molekulargewicht, die hydrophilisch und wasserlöslich sind. Zu solchen Mitteln zählen Zucker, Polyole und ähnliche. So kann z.B. Glycerol sowohl der Lösungsmittellösung für die Zellulose wie einem Regenerierungssäurebad beigemischt werden. Ein weiteres, besonders geeignetes Durchlässigkeitsverbesserungsmittel ist wasserlösliches PVA mit niedrigem Molekulargewicht.
Nach Regenerierung der Zellulose auf dem Lichtleiter, kann die Zellulose quartäriert oder mit difunktionellen Säureanhydriden oder -chloriden reagiert werden, um die gewünschte kationische oder anionische Eigenschaft zu beziehen. Danach kann die Zellulose auf dem Lichtleiter mit geeignetem Überzugsmittel überzogen werden, was der Verbesserung gewisser Sensoreigenschaften dient. Ein Überzugsmittel könnte wegen seiner Durchlässigkeitsfähigkeit für Zellulose wie Ionenkomponenten ausgewählt werden. Geeignet als Überzugsmittel wäre mit Rußschwarz und ähnlichem imprägnierte Zellulose.
Im Laufe der Anwendung wird der Sensor am Ende eines Lichtleiters in die zutreffende Prüflösung eingeführt. Wird eine Leuchtstoff-Wahrnehmungskomponente benutzt, geht eine Erregerlichtwellenlänge aus einer Lichtquelle durch den Leiter an den Sensor. Das Licht trifft auf die Wahrnehmungskomponente, die fluoresziert und ein Emissionslicht ausstrahlt, das von der Konzentration der interessanten Komponente abhängig ist, der die Wahrnehmungskomponente ausgesetzt ist. Das Emissionslicht wird dann über den Leiter zur elektrischen Ablesung dieser Rückstrahlung an einen Lichtsensor zurückgeleitet. Dieses Verfahren ist ähnlich dem von Lubbers u.a., U.S. Patent Re. 31,879 und Heitzmann, U.S. Patent Nr. 4,557,900, die hier jeweils als Referenz mit inbegriffen sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Sensorgeräts laut dieser Erfindung.
Figur 2 einen vergrößerten, abgerissenen Querschnitt einer alternativen Ausführung des Sensorgeräts in FIG. 1.
Figur 3 einen teilweise abgerissenen Seitenaufriß, der ein Bündel überzogener Sensoren darstellt.
Figur 4 einen Endaufriß im Abschnitt über der Linie 4-4 in Figur 3.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 zeigt einen geeigneten physikalischen Sensor 10 der Erfindung. Ein Lichtleiter 12 ist an ein angemessenes lichtübertragendes Gerät 14 angeschlossen. Das lichtausstrahlende Gerät 14 erzeugt das Erregerlicht. Der Lichtleiter 12 ist ebenfalls an ein lichtempfangendes Gerät 16 angeschlossen. Das lichtempfangende Gerät 16 empfängt und wertet das Emissionslicht aus dem Leuchtfarbstoff aus, wie es in den o.g. Patenten nach Lubbers u.a. sowie Heitzmann erläutert wird.
Auf der optischen Oberfläche 18 des Leiters 12 befindet sich eine kationische Polymermatrix 20, wie beispielsweise eine Zellmatrix mit HPTS-Gehalt als Leuchtstoff- pH-Indikator und quartäre Aminogruppen, die Matrix 20 das gewünschte Ausmaß kationischer Eigenschaften verleihen. Die Matrix 20 ist mit der optischen Oberfläche 18 und zu geringem Ausmaß mit den Seiten 22 des Leiterendes 12 verbunden. Dann kann eine milchige Beschichtung 24 über die gesamte Matrix 20 und an den Seiten 22 des Leiters 12 aufgetragen werden.
Im Einsatz wird der Lichtleiter 12, der die Matrix 20 und die Beschichtung 24 trägt, in eine zutreffende Lösung eingeführt. Erregerlicht mit angemessener Wellenlänge aus dem lichtübertragenden Gerät 14 wird auf den Leiter 12 gespeist. Dieses wirkt auf die HPTS in Matrix 20 ein und führt zum Fluoreszieren der HPTS. Das Emissionslicht aus der Fluoreszenz wird an das lichtempfangende Gerät 16 geleitet.
Die kationische Eigenschaft von Matrix 20 neigt zum Abweisen von H&spplus;-Ionen, so daß sich der pH-Wert in Matrix 20, relativ zum pH-Wert der Lösung, erhöht. Wenn beispielsweise der pH-Wert der Lösung bei 6 liegt, ist der pH-Wert der Matrix 7; wenn der pH-Wert der Lösung bei 7 liegt, liegt der der Matrix bei 8. Durch Verwendung von Matrix 20 mit geregelter kationischer Eigenschaft läßt sich der pH-Wert einer Lösung mit pH-Wert im Bereich von 6 bis 7 effektiv mit einem Indikator messen, dessen pH- Wert im Bereich 7 bis 8 liegt. Effektiv ermöglicht die geregelte ionische Eigenschaft von Matrix 20 die kontrollierte Veränderung des Wirkungsbereichs eines pH-Indikators.
Diese Erfindung kann weiter durch eine Matrix 20 veranschaulicht werden, die eine anionische Eigenschaft und eine geregelte Menge freier Karbonsäuregruppen aufweist. Diese anionische Matrix 20 neigt zum Anziehen von H&spplus;-Ionen, so daß der pH-Wert von Matrix 20, relativ zum pH-Wert der Lösung, abnimmt. Wenn also der pH-Wert der Lösung bei 8 bis 9 liegt, ist der pH-Wert der Matrix 7 bis 8. Die anionische Eigenschaft von Matrix 20 ermöglicht das kontrollierte Verändern des wirksamen Bereichs des HPTS-pH-Indikators von 7 bis 8 auf 8 bis 9.
Der in Figur 1 dargestellte Sensor 10 ist von einer Größendomäne, die ungefähr der des Lichtleiters 12 entspricht. Somit wäre der Sensor 10 etwas größer als eine typische Faser mit einem Durchmesser von 125 Mikron. Die Dicke der Matrix 20 würde so ausgewählt werden, daß sie ungefähr drei bis vier mils dick ist.
Figur 2 stellt eine Ausführung eines Sensors dar, der ähnlich wie Sensor 10 aufgebaut ist, mit Ausnahme, daß die kationische Polymermatrix 20 durch ein hydrophilisches Matrixmaterial 21 ersetzt wird, das kationische 23, nichtionische 25 und anionische Polymerpartikel 27 in wahlloser Verteilung darin enthält. Struktur und Funktionsweise des in Figur 2 dargestellten Sensors sind, außer wo ausdrücklich Anderweitiges angegeben ist, gleich den des in Figur 1 dargestellten Sensors 10.
Das hydrophilische Matrixmaterial 21 kann beliebiges ionendurchlässiges Polymermaterial sein, das mit den anderen Bestandteilen des Systems verträglich ist. Zu Beispielen solchen Materials zählen Polyacrylamiden, Wassergels, Zellulose, Polyurethan, PVA und ähnliche. Die kationischen 23 und anionischen Polymerpartikel 27 lassen sich auf ähnliche Weise herstellen, wie schon oben im Zusammenhang mit der Zubereitung des kationischen und anionischen Matrixmaterials erörtert wurde. Nichtionische Polymerpartikel 25 werden aus größtenteils nichtionischen Polymern hergestellt, wie z.B. größtenteils nichtionischer Zellulose. Alle kationischen 23, nichtionischen 25 und anionischen Polymerpartikel 27 beinhalten kovalentverbundene HPTS als leuchtender pH-Indikator. Diese Partikel haben Durchmesser im Bereich von ca. 1 Mikron oder kleiner bis ca. 5 Mikron. Das hydrophilische Matrixmaterial 21 selbst ist größtenteils frei von HPTS.
Der Sensor, einschließlich dem hydrophilischen Matrixmaterial 21, den kationischen 23, nichtionischen und anionischen Polymerpartikeln 27, können den pH- Wert eines Mediums im Bereich von 6 bis 9 effektiv überwachen, selbst wenn der wirksame Bereich der HPTS nur zwischen 7 und 8 liegt.
Figur 3 und 4 zeigen eine Sensorsonde oder -bündel einzelner Sensoren, die zusammengefaßt sind. So zeigen Figur 3 und 4 ein Sensorbündel 30. Dieses enthält drei Sensoren, nämlich Sensor 32, 34 und 36. Jeder dieser beinhaltet eine wirksame Menge HPTS als leuchtenden pH-Indikator. Sensor 32 beinhaltet eine anionische Zellmatrix 33, Sensor 34 beinhaltet eine größtenteils nichtionische Zellmatrix 35 und Sensor 36 beinhaltet eine kationische Zellmatrix 37. Der HPTS-Indikator ist mit jeder dieser Matrizen kovalent verbunden. Bei Bedarf kann der HPTS-Indikator mit der kationischen Matrix 37 ionisch verbunden werden. Jeder der Sensoren 32, 34 und 36 umfaßt weiterhin jeweils geeignete Lichtleiter 38, 40 und 42. Auf jedem dieser Lichtleiter befinden sich individuelle Überzüge 44, 46 und 48, mit denen die spezifischen Bauteile der jeweiligen Sensoren 32, 34 und 36 überzogen sind. Jeder dieser Überzüge 44, 46 und 48 beinhaltet ein milchiges Mittel im Überzugsmaterial, so daß individuelle Sensoren 32, 34 und 36 optisch voneinander getrennt sind.
Sensoren 32, 34 und 36 befinden sich zusammen an der Bündelspitze 50 des Sensorbündels 30. Lichtleiter 38, 40 und 42 sind in dreieckiger Anordnung ausgeführt, siehe Figur 4. Leiter 38, 40 und 42 werden von einer Hülse 52 zusammengehalten. Hülse 52 dient der Unterstützung der Einführung des Sensorbündels 30 in seine Betriebsumgebung, wie z.B. intravenöses Positionieren von Sensorbündel 30.
Einzelne Sensoren 32, 34 und 36 haben individuelle Überzüge 44, 46 und 48, die sich innerhalb von Hülse 52 befinden, während ein letzter Bündelüberzug 54 dann an den Seiten der Bündelspitze 50 aufgetragen wird. Der Bündelüberzug 54 füllt alle Hohlräume zwischen den einzelnen Überzügen 44, 46 und 48 aus und bildet so eine glatte Oberfläche an der Bündespitze 50, die eine thrombogenische Reaktion auf das Sensorbündel 30 unterbindet. Zwischen Ende 58 von Hülse 52 und dem Bündelüberzug 54 am Sensorbündel 30 befindet sich eine Kunstharzbeschichtung 56.
Wie aus Figur 3 hervorgeht, bildet der Bündelüberzug 54 einen glatten Übergang zwischen Kunstharzbeschichtung 56 und Hülse 52. Dadurch wird dem Bilden von Blasen oder Hohlräumen vorgebeugt, die u.U. einen Stauungsbereich bilden könnten, wo Blut gerinnen könnte. Letztlich könnte das Sensorbündel 30 mit einer blutverträglichen Beschichtung aus einem antithrombogenischen Mittel (ohne Darstellung in den Zeichnungen) überzogen werden, die über die gesamte Bündellänge verlaufen könnte.
Das 3-Sensor-Bündel kann effektiv den pH-Wert eines Mediums im Bereich von 6 bis 9 messen, auch wenn der normal effektive Bereich der HPTS nur zwischen 7 und 8 liegt.
Die folgenden, nicht einschränkenden Beispiele dienen der Veranschaulichung gewisser Aspekte dieser Erfindung.

BEISPIEL 1

5 g Aminoethylzellulose werden in 100 ml einer 2,5 % Natriumkarbonatlösung suspendiert. Die Lösung wird 30 Minuten lang gerührt und mit 50 ml deionisiertem Wasser gespült. Der Filterkuchen wird dann in 50 ml trockenem Dimethylformamid suspendiert. Anschließend erfolgt Filtrieren und erneutes Suspendieren in trockenem Dimethylformamid. Dadurch wird die aktivierte Aminoethylzellulose im Filterkuchen dehydriert. Wenn das Produkt nicht unmittelbar verwendet wird, erfolgt eine trockene Einlagerung.

BEISPIEL 2

10 g Trinatriumhydroxypyrentrisulfonat, 50 ml Essigsäureanhydrid und 1,6 g Natriumacetat werden 200 ml Dimethylformamid in einem 500 ml Gefäß beigemischt. Das Gefäß hat einen Kondensator mit Trockenröhre und Rührstengel. Der Inhalt des Gefäßes wird bei 50 bis 70º C ein bis zwei Stunden lang gerührt. Die Reaktionsmischung wird filtriert und das Filtrat gesammelt. Das Filtrat wird vakuumverdunstet, um ein Rohfestprodukt zu beziehen. Dieses Rohfestprodukt wird in kochendem Methanol aufgelöst. Die Methanolmenge wird auf 100 ml reduziert und abgekühlt. Das erste Produktlos kristallisiert und wird filtriert. Das Methanol wird auf ca. 20 ml reduziert, um ein zweites Produkt zu beziehen, das filtriert, mit dem ersten Los verbunden und anschließend zwanzig bis vierzig Minuten lang bei 60º C getrocknet wird.

BEISPIEL 3

2 g des Trinatriumacetoxypyrentrisulfonatprodukts aus Beispiel 2 und 6,6 g Phosphorpentachlorid (PCl&sub5;) werden zusammen 10 Minuten lang in einem Mörser gemahlen. Die homogene Mischung wird dann in ein 250 ml Gefäß mit rundem Boden übertragen, das mit einem Kondensator und einer Trocknungsröhre ausgerüstet ist. Die Mischung wird dann in kochendem Wasser 60 Minuten lang erhitzt. Die Reaktionsmischung wird dann mit 200 ml heißem Toluen verbunden und vakuumfiltriert. Das Toluen aus dem Filtrat wird zur Rückgewinnung des Acetoxypyrentrisulfonsäure-Chloridproduktes abgezogen.

BEISPIEL 4

100 mg Acetoxypyrentrisulfonsäure-Chloridprodukt aus Beispiel 3 wird 100 ml trockenem Dimethylformamid hinzugegeben. Dieses Mischung wird 45 Minuten lang gerührt und 5 g aktivierter Aminoethylzellulose beigemischt. Diese Mischung wird eine Stunde lang gerührt, filtriert und der Filterkuchen mit 50 ml Dimethylformamid gewaschen. Der Filterkuchen wird anschließend erneut in 100 ml einer 2,5 % Natriumkarbonatlösung suspendiert und 30 Minuten lang gerührt. Die Mischung wird filtriert und der Filterkuchen zweimal mit 50 ml deionisiertem Wasser gewaschen. Dem Filterkuchen wird dann das Wasser entzogen, indem er dreimal mit trockenem Dimethylformamid gewaschen wird. Der getrocknete Filterkuchen wird dann ein zweites Mal 45 Minuten lang in 100 ml Dimethylformamid mit 100 mg Acetoxypyrentrisulfonsäurechlorid behandelt. Nach der zweiten Behandlung wird es filtriert und der Filterkuchen mit einer 2,5 % Natriumkarbonatlösung gewaschen; dem folgen zwei weitere Wäschen mit Wasser. Das Produkt wird über einem Trockenmittel unter starkem Vakuum gelagert, um das Produkt auszutrocknen.

BEISPIEL 5

Ein auf anorganischem Zink basierendes Lösungsmittel wird durch Auflösen von 4,15 g Zinkchlorid in 100 ml Wasser zubereitet. Tropfenweise werden im laufe von 10 Minuten 50 ml 2,2 M Natriumhydroxid bei gleichzeitigem Rühren beigegeben. Das resultierende Produkt wird auf 2.000 U/min in einer Beckman TO-6 Schleuder 10 Minuten lang geschleudert. Der o.g. Stoff wird abgegossen und 50 ml 0,5M Natriumhydroxid zum Absetzen beigefügt. Die Mischung wird mit einem Glasstengel gerührt, erneut geschleudert und wieder abgegossen. Dieser Vorgang wird zwei weitere Male wiederholt. 50 ml kaltes 40% wäßriges Ethylendiamin und 1 g Glycerol werden der endgültig abgesetzten Flüssigkeit beigemischt. Diese Stoffe werden durch Rütteln miteinander vermischt. Das Produkt wird dann in Stickstoff gehüllt und in einem Kühlschrank eingelagert.

BEISPIEL 6

0,1 g HPTS tragende Aminoethylzellulose aus Beispiel 4 oben wird durch Vermischen mit 1,9 g der endgültigen Lösung aus Beispiel 5 oben aufgelöst und geschützt über Nacht in einer Gefriertruhe aufbewahrt. Nach Stehen über Nacht resultiert eine zähe Flüssigkeit. Die Lösung wird bis zur Verwendung in der Gefriertruhe aufbewahrt.

BEISPIEL 7

Ein Tropfen der Mischung aus Beispiel 6 wird auf das Ende eines sauberen Lichtleiters aufgetragen. Der Leiter wird anschließend zum Erneuern der Zellulose fünf Minuten lang in eine 5% Schwefelsäure-/5% Glycerollösung eingetaucht. Der Leiter mit darauf befindlicher regenerierter Zellmatrix wird dann 30 Sekunden lang in einer 1% Natriumkarbonat-/5 % Glycerollösung gespült. Die Dicke des Sensors wird dann naß gemessen. Die gewünschte Dicke liegt im nassen Zustand zwischen 3 bis 4 mils. Wenn der Sensor nicht die erwartete Dicke hat, wird ein weiterer Topfen aus Beispiel 6 hinzugegeben und der Sensor wieder in das Schwefelsäure-/Glycerolbad eingetaucht. Anschließend wird der Sensor wieder in Natriumkarbonat gewaschen und die Dicke gemessen. Eine weitere Menge der Sensormatrix läßt sich auf dem Sensor regenerieren, wenn die gewünschte Dicke immer noch nicht erzielt ist.
Vorzugsweise wird die Wahrnehmungskomponente, wie z.B. HPTS, im Verhältnis von ca. 1 mg bis ca. 20 mg pro 1 g Polymermaterial, wie z.B. Aminoethylzellulose, genutzt.

BEISPIEL 8

Der regenerierte Zellulosesensor aus Beispiel 7 wird mit ausreichend Essigsäureanhydrid bei Anwesenheit von Pyridin bei Bedingungen in Verbindung gebracht, die dem Acetylieren des Großteils aller Aminogruppen in der regenerierten Zellulose dienlich sind. Der resultierende Sensor beinhaltet ein größtenteils nichtionisches Zellmatrixmaterial. Andererseits können die Aminogruppen in der Aminoethylzellulose mit HPTS-Gehalt effektiv vor dem Solvatieren des Matrixmaterials acetyliert werden.

BEISPIEL 9

Ein Sensor, ähnlich dem in Beispiel 7 erzeugten, wird zum Konvertieren der positiv geladenen Amingruppen auf der Zellmatrix in negativ geladene Karbonsäureamiden mit einer kontrollierten Menge Dikarbonsäureanhydrid in Verbindung gebracht. Der resultierende Sensor hat ein anionisches Matrixmaterial. Die Menge des Dikarbonsäureanhydrids kann nach Bedarf variiert werden, um das gewünschte Ausmaß anionischer Eigenschaften in der Zellmatrix zu beziehen.

BEISPIEL 10

Ein Sensor, ähnlich dem in Beispiel 7 erzeugten, wird mit einer kontrollierten Menge Methyliodid bei Bedingungen in Verbindung gebracht, die zum Quartärieren eines Bestandteils der Amingruppen auf der Zellmatrix dienlich sind. Der resultierende Sensor hat ein Matrixmaterial, das, im Vergleich zur Aminoethylzellulose, kationischer ist.

BEISPIEL 11

Eine geringe Menge der Mischung aus Beispiel 6 wird auf eine Seite einer optisch klaren Platte plaziert. Diese Platte kann aus Glas, Polykarbonat und ähnlichen Stoffen bestehen. Diese Mischung wird dann 5 Minuten lang mit einer 5 % Schwefelsäure-/5 % Glycerollösung in Verbindung gebracht, um die Zellulose zu regenerieren. Die Glasplatte wird dann 30 Sekunden lang in einer 1 % Natriumkarbonat-/5 % Glycerollösung gespült. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die Dicke des Sensors den Anforderungen entspricht.
Die Platte wird dann so an das distale Ende einer sauberen Lichtleiterspitze herangeführt, daß der Leiter die Platte gegenüber der Seite berührt, auf der sich der Sensor befindet. Bei dieser Konfiguration kann der Sensor den pH-Wert flüssiger Medien messen, die mit dem Sensor in Berührung kommen.

BEISPIEL 12

Der regenerierte Zellulosesensor/die Plattengruppe aus Beispiel 11 werden, bei Anwesenheit von Pyridin, mit ausreichend Essigsäureanhydrid bei Bedingungen in Verbindung gebracht, die dem Acetylieren größtenteils aller Aminogruppen in der regenerierten Zellulose dienlich sind. Der resultierende Sensor beinhaltet ein größtenteils nichtionisches Zellmatrixmaterial. Andererseits können die Aminogruppen in der Aminoethylzellulose mit HPTS-Gehalt effektiv vor dem Solvatieren des Matrixmaterials acetyliert werden.

BEISPIEL 13

Eine Sensor-/Plattengruppe, ähnlich der in Beispiel 11 erzeugten, wird zum Konvertieren der positiv geladenen Amingruppen auf der Zellmatrix in negativ geladene Karbonsäureamiden mit einer kontrollierten Menge Dikarbonsäureanhydrid in Verbindung gebracht. Der resultierende Sensor hat ein anionisches Matrixmaterial. Die Menge des Dikarbonsäureanhydrid läßt sich nach Bedarf variieren, um das gewünschte Ausmaß anionischer Eigenschaften in der Zellmatrix zu beziehen.

BEISPIEL 14

Eine Sensor-/Plattengruppe, ähnlich der in Beispiel 11 erzeugten, wird mit einer kontrollierten Menge Methyliodid bei Bedingungen in Verbindung gebracht, die zum Quartärieren eines Bestandteils der Amingruppen auf der Zellmatrix dienlich sind. Der resultierende Sensor hat ein Matrixmaterial, das, im Vergleich zur Aminoethylzellulose, kationischer ist.
Während diese Erfindung hinsichtlich der verschiedenen spezifischen Beispiele und Ausführungen beschrieben wurde, ist zu erkennen, daß die Erfindung diesbezüglich in keiner Weise beschränkt ist und im Einvernehmen mit dem Umfang der nachstehenden Ansprüche verschiedentlich verwendet werden kann.

Claims

1. Ein Gerät zum Messen der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Medium, bestehend aus einer Sensorvorrichtung, incl. einem Matrixmaterial mit darin befindlicher kationischer oder anionischer Ladung sowie einer chemisch mit besagtem Matrixmaterial verbundenen Wahrnehmungskomponente, die dem Vermitteln eines Signals, ansprechend auf Anwesenheit besagter Ionenkomponente in besagtem Medium dient, wobei besagtes Matrixmaterial eine ausreichende kationische oder anionische Ladung, verteilt im besagten Matrixmaterial, aufweist, so daß die offensichtliche Ionenkonzentration, die von besagter Wahrnehmungskomponente im besagten Matrixmaterial wahrgenommen wird, höher oder niedriger als die tatsächliche Ionenkonzentration im besagten Medium ist; sowie eine Signalvorrichtung mit der Fähigkeit, besagtes Signal aus besagter Wahrnehmungskomponente zu übertragen.

2. Ein Gerät nach Anspruch 1, worin besagte Wahrnehmungskomponente kovalent mit besagtem Matrixmaterial verbunden ist.

3. Ein Gerät nach Anspruch 1 oder 2, worin besagte Ionenkomponente H&spplus; oder OH&supmin; ist.

4. Ein Gerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, worin besagte Wahrnehmungskomponente ein Leuchtstoffindikator ist und besagte Signalvorrichtung aus einem Lichtleiter besteht.

5. Ein Gerät nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, worin besagte Sensorvorrichtung eine Kombination von wenigstens zwei der folgenden umfaßt: (1) Ein Matrixmaterial mit einer darin enthaltenen kationischen Ladung und einer ersten Wahrnehmungskomponente, die der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem ersten Konzentrationsbereich dient; (2) ein größtenteils nichtionisches Matrixmaterial und eine zweite Wahrnehmungskomponente im besagten nichtionischen Matrixmaterial, wobei besagte zweite Wahrnehmungskomponente im besagten, nichtionischen Matrixmaterial der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem zweiten Konzentrationsbereich dient; und (3) ein Matrixmaterial mit darin befindlicher anionischer Ladung sowie einer dritten Wahrnehmungskomponente, die der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem dritten Konzentrationsbereich dient, wobei besagte erste, zweite und dritte Wahrnehmungskomponenten aus dem gleichen Indikatormaterial bestehen und besagte Signalvorrichtung die Fähigkeit besitzt, besagte Signale aus der ersten, zweiten und dritten Wahrnehmungskomponente zu übertragen.

6. Ein Gerät nach Anspruch 5, wobei besagte zweite Wahrnehmungskomponente kovalent mit besagtem, größtenteils nichtionischen Matrixmaterial verbunden ist.

7. Ein Gerät nach Anspruch 5 oder 6, wobei wenigstens zwei der besagten ersten, zweiten oder dritten Konzentrationsbereiche wenigstens teilweise verschieden sind.

8. Ein Gerät nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei besagte erste, zweite und dritte Wahrnehmungskomponente Leuchtstoffindikatoren und besagte Signalvorrichtung ein Lichtleiter ist/sind.

9. Eine Vorgangsweise zur Wahrnehmung der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Medium, bestehend aus dem Berühren besagten Mediums mit einer Zusammensetzung aus Matrixmaterial mit darin befindlicher kationischer oder anionischer Ladung und einer mit besagtem Matrixmaterial chemisch verbundenen Wahrnehmungskomponente, die der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium dient, wobei im besagten Matrixmaterial eine ausreichende kationische oder anionische Ladung verteilt ist, so daß die offensichtliche Ionenkonzentration, die von besagter Wahrnehmungskomponente wahrgenommen wird, höher oder niedriger als die tatsächliche Ionenkonzentration im besagten Medium ist; sowie Auswerten besagten Signals zum Bestimmen der besagten Ionenkonzentration im besagten Medium.

10. Eine Vorgangsweise nach Anspruch 9, wobei das Medium mit einer Zusammensetzung in Berührung gebracht wird, bestehend aus einer Kombination von wenigsten zwei der folgenden: (1) Einem Matrixmaterial mit darin befindlicher Ladung und einer ersten Wahrnehmungskomponente, die der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem ersten Konzentrationsbereich dient; (2) ein größtenteils nichtionisches Matrixmaterial und eine zweite Wahrnehmungskomponente im besagten nichtionischen Matrixmaterial, wobei besagte zweite Wahrnehmungskomponente im besagten, nichtionischen Matrixmaterial der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem zweiten Konzentrationsbereich dient und (3) ein Matrixmaterial mit einer darin befindlichen anionischen Ladung und einer dritten Wahrnehmungskomponente, die der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem dritten Konzentrationsbereich dient, wobei besagte erste, zweite und dritte Wahrnehmungskomponenten aus dem gleichen Indikatormaterial bestehen und besagte Auswertungsstufe aus dem Auswerten besagten Signals oder besagter Signale besteht, das dem Bestimmen der Konzentration besagter Ionenkomponente im besagten Medium dient.

11. Eine Zusammensetzung von Material, die dem Wahrnehmen der Konzentration einer Ionenkomponente in einem Medium dient, bestehend aus einem Matrixmaterial mit einer darin befindlichen kationischen oder anionischen Ladung und einer Wahrnehmungskomponente, die chemisch mit besagtem Matrixmaterial verbunden ist und der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium dient, wobei besagtes Matrixmaterial eine darin verteilte, ausreichende kationische oder anionische Ladung enthält, so daß die offensichtliche kationische Konzentration, die von besagter Wahrnehmungskomponente im besagten Matrixmaterial festgestellt wird, höher oder niedriger als die tatsächliche Ionenkomponente im besagten Material ist.

12. Eine Zusammensetzung nach Anspruch 11, bestehend aus einer Kombination von wenigsten zwei der folgenden: (1) Ein Matrixmaterial mit einer darin befindlichen kationischen Ladung und einer ersten Wahrnehmungskomponente, die der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem ersten Konzentrationsbereich dient; (2) ein größtenteils nichtionisches Matrixmaterial und eine zweite Wahrnehmungskomponente im besagten, nichtionischen Matrixmaterial, wobei besagte zweite Wahrnehmungskomponente im besagten, nichtionischen Matrixmaterial der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem zweiten Konzentrationsbereich dient und (3) ein Matrixmaterial mit einer darin befindlichen anionischen Ladung und einer dritten Wahrnehmungskomponente, die der Vermittlung eines Signals, ansprechend auf die Anwesenheit besagter Ionenkomponente im besagten Medium in einem dritten Konzentrationsbereich dient, wobei besagte erste, zweite und dritte Wahrnehmungskomponenten aus dem gleichen Indikatormaterial bestehen.