DE69114068T2

DE69114068T2 - Vorrichtung zum Feststellen der Viskositätsänderung eines flüssigen Elektrolyts mittels Depolarisierungswirkung.

Info

Publication number: DE69114068T2
Application number: DE69114068T
Authority: DE
Inventors: Alain Rousseau
Original assignee: Diagnostica Stago SAS
Current assignee: Diagnostica Stago SAS
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1991-07-11
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-07-12
Also published as: JPH07311136A; ATE129570T1; ES2078472T3; FR2664981A1; EP0467759A1; FI101326B1; US5491408A; EP0467759B1; FR2664981B1; FI913472A0; FI913472A; DE69114068D1; FI101326B; JP2677467B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung der Viskositätsänderung eines Fluids, das die Eigenschaften eines Elektrolyten hat.
Genauer gesagt soll sie die Koagulationszeit einer Blutprobe messen, die mit einem geeigneten Reagens in Kontakt gebracht wurde.
Eine Vielzahl von Lösungen wurden bereits vorgeschlagen, um die Koagulationsgeschwindigkeit des Blutes zu messen, wie zum Beispiel durch Einführung einer ferromagnetischen Kugel auf den Boden eines das zu prüfende Fluid enthaltenden Bechers, die man unter der Wirkung eines äußeren Magnetfelds in eine periodische Bewegung versetzt und wobei man die Veränderungen der Bewegung dieser Kugel erfaßt, die auf die Veränderung des physikalischen Zustands dieses Fluids zurück zuführen sind.
Weiter beschreibt der aus Clinical Chemistry, März 1986, Vol. 32, No 3, Seiten 505 bis 507 entnommene Aufsatz von W.L. Chandler ein Viskosimeter zum Messen der Viskosität des Blutes, das eine vibrierende Sonde, die in eine kontrollierte Tiefe in die zu messende Probe eingetaucht wird, und eine Schaltung verwendet, die konstant die Leistung der an die Sonde angelegten Vibrationen regelt, so daß die.Sonde konstant vibriert.
Diese Vorrichtungen erfordern die Verwendung eines zentrifugierten Bluts oder Plasmas, das in beträchtlicher Menge in einen Becher eingefüllt wird. Außerdem sind die verwendeten Reagentien gefriergetrocknet und müssen mittels destillierten Wassers zum Zeitpunkt ihrer Verwendung wiederhergestellt werden.
Andererseits verwendet das Viskosimeter, das im Patent SU-A-142 0467 beschrieben wird, eine Clark-Zelle, die zwei von einer gasdurchlässigen Membran getrennte Abteile aufweist, wobei das erste Abteil zwei in einen Elektrolyten eingetauchte Elektroden enthält und das zweite Abteil eine Probe der zu analysierenden Flüssigkeit aufnimmt. Eine solche Zelle hat eine komplexe Struktur und ermöglicht keine unabhängige Messung des Volumens der Probe.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden, indem eine Vorrichtung mit vereinfachter Benutzung vorgeschlagen wird, die einerseits eine ambulante Verwendung zur persönlichen Benutzung von unter Überwachung stehenden Kranken ermöglicht, die häufige Tests durchführen müssen, und dies ohne Einsatz komplizierter, platzraubender Materialien, die nach der Benutzung sterilisiert werden müssen, und andererseits die Durchführung von integrierten Tests erlaubt, die zur vollständigen Automatisierung des Verlaufs der Analysen beitragen können: (ohne Wiederherstellung von Reagentien, ohne Konservierungsprobleme usw.).
Zu diesem Zweck beruht die Erfindung auf der Depolarisationswirkung der Elektroden in einer elektrochemischen Zelle, die von der Bewegung des Elektrolyten herrührt.
Diese Wirkung wurde von der Anmelderin festgestellt, als sie beobachtete, daß die Spannung an den Klemmen einer solchen Zelle, wenn sie leitet, zuerst einem für das Polarisationsphänomen charakteristischen Evolutionsgesetz folgt, um dann in einer praktisch waagrechten Linie zu verlaufen, die bedeutet, daß die Bewegung des Elektrolyten eine depolarisierende Wirkung gehabt hat.
Die Anmelderin hat dann festgestellt, daß, wenn man als Elektrolyt Blut oder Plasma verwendet, das mit einem Reagens in Kontakt gebracht wurde, welches nach einer bestimmten Zeit seine Koagulation bewirkt, die waagrechte Linie selbst von einer Wiederaufnahme des normalen Evolutionsgesetzes der Polarisationskurve gefolgt wurde.
Versuche haben gezeigt, daß der Übergang von der waagrechten Linie zur Wiederaufnahme des normalen Gesetzes kritisch ist und mit dem Koagulationsmoment zusammenfällt, so wie er durch eine traditionelle Methode bestimmt werden konnte.
Das Phänomen ist jedesmal das gleiche, wenn ein flüssiger Elektrolyt eine kritische Veränderung seiner Viskosität erfährt, was zur Wirkung hat, seine Bewegung zu beenden.
Andererseits ist es eine der Schwierigkeiten der chronometrischen Messungen, den Nullzeitpunkt festzustellen, wenn das Plasma oder das Blut mit dem Reagens in Kontakt tritt. Diese Vorrichtung gibt ihn von vorneherein, da, sobald der Elektrolyt eingeführt wird, die dann gebildete Batterie Strom erzeugt, der sehr genau die Zeit t = 0 angibt.
Die Erfindung hat also eine Vorrichtung zur Erfassung der Viskositätsänderung eines Fluids zum Gegenstand, das die Eigenschaften eines Elektrolyten hat, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: einen elektrisch isolierenden Behälter mit zwei Elektroden aus verschiedenen Metallen (Beispiel: Kupfer und Aluminium, die ein auswertbares elektrochemisches Moment aufweisen), die direkt mit dem Fluid in Kontakt kommen sollen, Mittel, um ein Vibrationsfeld innerhalb des Behälters zu erzeugen und Mittel, um die Spannungsänderungen zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von der Zeit zu erfassen, ausgehend von der Einführung des Fluids in den Behälter, wobei diese Änderungen einen Spannungsabfall aufzeigen, der bis zu einem gewissen Punkt künstlich gebremst wird, ausgehend von welchem der Spannungsabfall wieder einen normalen Weg aufnimmt und zeigt, daß die Änderung stattgefunden hat.
Eine solche Vorrichtung zur Messung der Koagulationszeit einer Blutprobe, die mit einem geeigneten Reagens in Kontakt gebracht wurde, ist ebenfalls dadurch gekennzeichnet, daß das Reagens in Form einer gleichmäßigen Schicht auf vom Elektrolyten (beispielsweise Blut oder Plasma) bedeckten Flächen aufgebracht wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält eine wegwerfbare Einheit, die als Element des Geräts verwendet werden soll, einen Behälter aus Kunststoffmaterial und zwei Elektroden und ist so ausgebildet, daß sie lösbar mit den Mitteln zur Erzeugung eines Vibrationsfelds und den Mitteln zur Erfassung der Potentialveränderung der Elektroden zusammenwirken kann, die Strom an einen bestimmten elektrischen Widerstand leiten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält die Vorrichtung einen ebenen isolierenden Träger, auf den zwei elektrische Schaltungen aufgeprägt sind, die die leitenden Elektroden bilden, wobei diese ineinandergeschoben sind, um zwischen sich einen isolierenden Raum zu bilden, der als Behälter für einen Bluttropfen dient.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der nicht einschränkend zu verstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt schematisch und im Schnitt eine erfindungsgemäße Meßvorrichtung für die Koagulationsgeschwindigkeit des Blutes.
Figur 2 zeigt eine Kennlinie für das von der Erfindung genutzte Phänomen.
Figur 3 zeigt schematisch eine besondere Ausführungsform der Elektroden einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die in Figur 1 gezeigt Vorrichtung besteht hauptsächlich aus einer rohrförmigen elektrochemischen Zelle 1, die in ihrem unteren Bereich von einem Boden 2 verschlossen wird. Die Zelle 1, die aus einem isolierenden Material besteht, trägt eine Anode 5 und eine Kathode 6, die mittels zweier Muttern 3 am Boden 2 befestigt sind, die auf mit Gewinde versehenen Enden 5a, 6a der Elektroden 5, 6 aufgeschraubt sind. Dichte Durchgangsmittel (nicht dargestellt) für den Boden 2 sind vorgesehen.
Diese Zelle bildet einen Stromerzeuger, wenn man einen Elektrolyten einführt, der hier vom Blut gebildet wird, dessen Koagulationszeit gemessen werden soll.
Die Elektroden 5, 6 sind elektrisch mit den Klemmen 8 und 9 eines Verbrauchswiderstands 10 mittels eines Strommessers 11 verbunden, der über eine Schaltung von leitenden Drähten 12, 13, 14 mit dem Widerstand 10 in Serie angeordnet ist.
Die Elektroden 5, 6 sind außerdem mit einem registrierenden Spannungsmesser 15 verbunden, der in Stromableitung über die Drähte 19, 20 an den Enden 5a, 6a der Elektroden 5, 6 angeordnet ist, die so Anschlußklemmen bilden, auf die zwei Gegenmuttern 16 aufgeschraubt werden, die zwei metallische Kabelschuhe 17, 18 einklemmen, die an den Enden der Drähte 14, 19 bzw. 12, 20 angeordnet sind.
Ein Reagens 22, das die Koagulation bewirken soll, ist auf der Seitenwand der Zelle 1 mit einer konstanten Oberflächendichte angeordnet. Vorzugsweise ist das Reagens mit einem Gel vermischt, das man anschließend trocknen läßt. Dies erleichtert seine Verteilung auf den betroffenen Trägern.
Die so hergestellte Vorrichtung bildet eine wegwerfbare Einheit, die als Element eines Geräts verwendet werden soll.
Ein Vibrationserzeuger 21 ist zum Beispiel mit dem Boden 2 der Zelle 1 gekoppelt.
Diese Vibrationen können von einem piezoelektrischen Erzeuger von akustischen Vibrationen erzeugt werden, die eine Frequenz von der Größenordnung von einigen hundert Hertz aufweisen, oder sie werden von einem Vibriertisch erzeugt, auf den der Behälter 1 aufgesetzt ist.
Das Gerät arbeitet wie folgt:
Bei der Einführung des Bluts beginnt die Zelle in den Widerstand 10 Strom abzugeben und gleichzeitig wird der Vibrationserzeuger 21 in Gang gesetzt, um die Bewegung des Blutes hervorzurufen.
Gleichzeitig mißt man die Entwicklung der Spannung an den Klemmen 5a, 6a der Zelle 1 während einer Zeit, die von der Einführung des Blutes 7, was den Schaltkreis schließt und den Beginn der Messung initialisiert, bis zu dem Zeitpunkt dauert, wo der künstlich gebremste Spannungsabfall seine normale Polarisationskurve wieder einnimmt, Zeit, die der Zustandsänderung des Blutes, d.h seiner Koagulation entspricht.
Die Kurve der Figur 2 zeigt perfekt das Phänomen des Bremsens der Polarisation, wenn das Blut 7 Vibrationen unterworfen ist.
Die fiktive Kurve A zeigt eine bekannte Polarisationskurve, während die Kurve B die konkret erhaltene Kurve zeigt, wenn ein Vibrationsphänomen auftritt. In beiden Fällen geht es darum, die Entwicklung einer Spannung U in Abhängigkeit von einer Zeit t zu messen.
Der Beginn der Polarisation entspricht dem Punkt 0&sub1; der Einführung des Bluts 7 in die Zelle 1 des Geräts, und dies zu einem Zeitpunkt t&sub0;. Der Vergleich der Kurven A und B zeigt deutlich das Bremsen der Polarisation (Kurve B), wenn das Blut Vibrationen ausgesetzt wird, und dies bis zum Punkt 0&sub2;, der dem Punkt t&sub1; entspricht, ausgehend von dem die Polarisationskurve wieder ihren normalen Verlauf nimmt, da das Blut 7 vollständig koaguliert ist.
Die Zeit T gleich dem Abstand zwischen t&sub0; und t&sub1; entspricht der Koagulationszeit des zu testenden Bluts.
Der Bediener kann diese Zeit direkt auf der Registrierung ablesen.
Als Variante kann sie von Signalverarbeitungsvorrichtungen gemessen werden, die einem elektronischen Zählmittel zugeordnet sind, das hier nicht beschrieben wird.
Ein wichtiger Vorteil liegt darin, daß die gemessene Zeit unabhängig vom Flüssigkeitsvolumen ist.
Das in Figur 3 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht dem gleichen oben beschrieben Prinzip: es unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform nur darin, daß es aus einer leitenden positiven Elektrode 30 und einer leitenden negativen Elektrode 31 besteht, die durch Lichtdruck auf einem ebenen isolierenden Träger 32 erhalten werden. Die die Elektroden 30, 31 bildenden Druckschaltungen sind ineinandergeschoben und bilden untereinander einen isolierenden Raum 33. Eine solche Anordnung ermöglicht nicht nur eine große abgewickelte Schaltungslänge auf einer kleinen gegebenen Oberfläche, sondern erlaubt ebenfalls, auf das zu verwendende Blutvolumen zu verzichten; ein kleiner Tropfen reicht aus, um zumindest einen Teil der so gebildeten Schaltungen zu bedecken. Wie vorher initialisiert der Kontakt des Bluts zwischen den beiden Elektroden 30, 31 die Messung.
Auch das Reagens (in diesem Beispiel nicht dargestellt) ist auf mindestens eine der Elektroden 30, 31 aufgebracht, aber für eine bessere Homogenisierung der Koagulation ist es auf beide aufgebracht.
Vorteilhafterweise wird die Druckschaltung auf dem Boden der Zelle 1 wie oben beschrieben erhalten, wobei die Vorrichtung zum elektrischen Anschluß und zur Messung unverändert bleibt.

Claims

1. Vorrichtung zur Erfassung der Viskositätsänderung eines Fluids, das die Eigenschaften eines Elektrolyten hat, dadurch gekennzeichnet, daß sie aufweist: einen elektrisch isolierenden Behälter (1) mit zwei Elektroden aus verschiedenen Metallen (5, 6), die direkt mit dem Fluid (7) in Kontakt kommen sollen, Mittel (21), um ein Vibrationsfeld innerhalb des Behälters zu erzeugen, und Mittel (11 und/oder 15), um die Stromänderungen zwischen den Elektroden in Abhängigkeit von der Zeit zu erfassen, ausgehend von der Einführung des Fluids in den Behälter (1), wobei diese Änderungen einen Spannungsabfall darstellen, der künstlich bis zu einem gewissen Punkt (0&sub2;) gebremst wird, ausgehend von welchem der Spannungsabfall wieder einen normalen Weg aufnimmt und zeigt, daß die Änderung stattgefunden hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungsmittel eine geschlossene Schaltung, die die Elektroden (5, 6) mit einem Widerstand (10) verbinden, um eine Polarisation der Elektroden zu erreichen, und Mittel (11, 15) aufweisen, um die Veränderung des Stroms zwischen den Elektroden (5, 6) zu messen, die von der Viskositätsänderung abhängt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Messung der Koagulationszeit einer Blutprobe (7), die mit einem geeigneten Reagens (22) in Kontakt gebracht wurde, dadurch gekennzeichnet, daß das Reagens (22) in Form einer gleichmäßigen Schicht auf vom Elektrolyten bedeckten Flächen oder in Form mehrerer übereinanderliegender Schichten (Polyreagens) aufgebracht wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel (11, 15) der Spannungsveränderung Mittel zur Bestimmung des Zeitpunkts (t&sub0;) der Erzeugung eines Stroms zwischen den Elektroden bei der Einführung des Bluts in den Behälter und des Zeitpunkts (t&sub1;) enthalten, in dem der Strom eine für die Koagulation charakteristische Veränderung erfährt.

5. Wegwerfbare Einheit, die als Element des Geräts nach Anspruch 3 genutzt werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Behälter (1) aus Kunststoffmaterial und zwei Elektroden (5, 6) enthält und so ausgebildet ist, daß sie lösbar mit den Mitteln (21) zur Erzeugung eines Vibrationsfelds und den Mitteln (11, 15) zur Erfassung der Stromveränderung zwischen den Elektroden (5, 6) zusammenwirken kann.

6. Gerät nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß es einen ebenen isolierenden Träger (32) aufweist, auf den zwei elektrische Schaltungen aufgeprägt sind, die die leitenden Elektroden (30, 31) bilden, wobei diese ineinandergeschoben sind, um zwischen sich einen isolierenden Raum zu bilden, der als Behälter für einen Bluttropfen dient.

7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Seiten der die Elektroden (30, 31) bildenden Druckschaltungen einen Träger für das Reagens oder die Reagentien bildet.

8. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Vibrationsfelds aus einem piezoelektrischen Erzeuger von akustischen Vibrationen bestehen, die eine Frequenz der Größenordnung von mehreren hundert Hertz aufweisen.

9. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erzeugung eines Vibrationsfelds aus einem Vibriertisch bestehen, auf dem der Behälter angeordnet ist.