DE69733821T2 - Blockierbare Sensorkassette mit integrierten Fluidanschlüssen, elektrischen Leitungen und Pumprohr - Google Patents

Blockierbare Sensorkassette mit integrierten Fluidanschlüssen, elektrischen Leitungen und Pumprohr Download PDF

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    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft Systeme zum Analysieren von Fluiden und genauer ein System zur mechanischen, elektrischen und fluidischen Verbindung von Sensoren zu einem Blutanalysator.
  • Stand der Technik
  • In einer Vielzahl von Fällen ist es erwünscht, den Partialdruck von Blutgasen in einer gesamten Blutprobe, die Konzentrationen von Elektrolyten in der Blutprobe und den Hämatokritwert der Blutprobe zu messen. So stellen beispielsweise die Messungen des pCO2, pO2, pH, Na+, K+, Ca2+ und des Hämatokritwertes primäre klinische Indikationen für die Beurteilung des Zustandes eines medizinischen Patienten dar. Gegenwärtig existiert eine Vielzahl an verschiedenen Vorrichtungen zur Durchführung solcher Messungen. Derartige Vorrichtung sind zweckmäßigerweise sehr exakt, um die aussagekräftigste diagnostische Information zu liefern. In dem Bestreben, solche Analysen in unmittelbarer Nähe zu dem Patienten durchzuführen, sind die zum Analysieren von Blutproben eingesetzten Vorrichtungen ferner vorzugsweise verhältnismäßig klein. Überdies ist es von Bedeutung, die Abmessungen der Hohlräume und Leitungswege, durch welche der Analyt fließen muß, zu verringern, um die erforderliche Menge an Analyt zu reduzieren. So ist z.B. die Durchführung einer Blutanalyse unter Verwendung einer kleinen Blutprobe von Wichtigkeit, wenn eine verhältnismäßig große Anzahl an Proben innerhalb eines relativ kurzen Zeitraumes genommen werden muß. Insbesondere Patienten in Intensivbehandlung erfordern eine Probenahmehäufigkeit von 15 bis 20 Proben pro Tag zur Messung von Blutgasen und klinischer Chemie, was zu einem potentiell hohen Verlust an Blut während der Beurteilung des Patienten führt. Darüber hinaus kann die zu Verfügung stehende Menge an Blut begrenzt sein, wie es beispielsweise bei Proben der Fall ist, welche von Neugeborenen genommen werden. Ferner kann die Analyse durch hinreichende Verringerung der Größe des Analysators, so daß die Einheit tragbar ist, am Ort der Behandlung durchgeführt werden. Auch bedeutet eine verminderte Größe im allgemeinen eine verringerte Durchlaufzeit. Schließlich ist es im Hinblick auf eine Begrenzung der Anzahl an Tests, welche durchgeführt werden müssen, wünschenswert, bis zum Abschluß des jeweiligen Tests so viel Information wie möglich zu gewinnen.
  • Das US-Patent 4 786 394 A beschreibt ein klinisches Chemieanalysatorsystem für blutchemische Analysen. Das System ist derart ausgebildet, daß es Teil einer an den Patienten angeschlossenen Herz-Lungen-Maschine ist, um dessen venösen und arteriellen Blutstrom zu überwachen und hieraus Proben zu nehmen. Das System umfaßt zwei Hauptteile; das erste Teil ist von einer abnehmbaren Sensorkassette gebildet, welche eine Reihe von Sensoren, Kalibrierflüssigkeitsbehälter, Leitungsmittel und einen externen, peristaltisch pumpfähigen Rohrabschnitt aufweist. Das zweite Teil besteht in einer Analyseeinrichtung, welche an die abnehmbare Kassette anschließbar ist und Antriebsmittel für die peristaltische Pumpe sowie Anschlußmittel für die Sensoren der Kassette aufweist, um diese auslesen zu können.
  • Bei einem gegenwärtig eingesetzten Blutanalysator umfaßt eine Sensor-/Kalibrant-Einheit eine in einem Gehäuse angeordnete Sensoreinheit. Die Sensor-/Kalibrant-Einheit umfaßt ferner eine Mehrzahl an in dem Gehäuse angeordneten Fluidbeuteln. Diese Beutel bevorraten die Kalibranten sowie Waschfluide, welche für den Betrieb des Blutanalysators erforderlich sind. Eine Reihe von Rohren und Ventilen in dem Gehäuse verbindet die Sensoren in der Sensoreinheit mit jedem der Fluidbeutel. Da die Rohre, welche eine Probe zu der Sensoreinheit fördern, innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, kann der Bediener des Blutanalysators die Probe nicht sehen, wenn sie in die Sensoreinheit hinein und aus dieser heraus fließt. Folglich ist der Bediener nicht in der Lage visuell festzustellen, ob die Probe die Sensoreinheit erreicht hat. Dies kann ein erhebliches Problem darstellen, da der Bediener nicht in der Lage ist visuell wahrzunehmen, wenn in dem Fluiddurchflußweg eine Verstopfung aufgetreten ist.
  • An dem Gehäuse ist eine Heizeinheit angeordnet, um die Temperatur der Fluide, der Sensoreinheit und der zu messenden Proben zu erhöhen. Eine Erhöhung der Temperatur ermöglicht eine Durchführung der Analyse der Probe bei einer vorherbestimmten Temperatur. Aufgrund der thermischen Masse der zu erwärmenden Komponenten und Fluide können solche Blutanalysatoren eine oder mehrere Stunden nach Installation einer neuen Sensor-/Kalibrant-Einheit nicht benutzt werden. Ferner erhöht der Bedarf an einer solchen Heizeinheit die Kosten der Sensor-/Kalibrant-Einheit erheblich.
  • Zusätzlich zu dem Erfordernis, daß die Sensor-/Kalibrant-Einheit beheizbar ist, ist es erforderlich, die Sensoren im Innern der Sensoreinheit zu hydratisieren. Eine solche Hydratisierung der Sensoren dauert eine oder mehrere Stunden. Folglich läßt sich der Blutanalysator über eine oder mehrere Stunden nach der Installation einer neuen Sensoreinheit nicht in Betrieb nehmen. In vielen Fällen muß die Analyse in regelmäßigen und eng aufeinanderfolgenden Zeitabständen durchgeführt werden. Folglich kann die Häufigkeit, mit welcher solche Analysen innerhalb eines bestimmten Zeitraums (d.h. der Durchlaufzeit) durchgeführt werden, auf eine geringere Anzahl begrenzt sein als es anderweitig wünschenswert wäre, wenn die für die Beheizung und Temperaturstabilisierung sowie für die Hydratisierung erforderliche Zeit verhältnismäßig lang ist.
  • Die fluidische Verbindung zwischen den Fluidbeuteln und der Sensoreinheit muß gesteuert sein, um zu verhindern, daß Fluid aus den Beuteln vor der Installation der Sensor-/Kalibrant-Einheit in dem Blutanalysator in die Sensoreinheit fließt. Dieses Erfordernis führt zu einem höheren Maß an Komplexität der mechanischen Ausgestaltung der Sensor-/Kalibrant-Einheit und erhöht folglich die Herstellungskosten der Sensor-/Kalibrant-Einheit. Darüber hinaus macht die komplexe Verbindung zwischen der Sensor-/Kalibrant-Einheit und dem Blutanalysator die Installation der Sensor-/Kalibrant-Einheit schwieriger, erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß Fluid aus dem Sensor austritt, und vergrößert potentiell die Länge der Durchflußwege (und erhöht somit die Wahrscheinlichkeit des Auftreten eines Gerinnsels sowie das erforderliche Volumen der Probe). Ein Abschnitt von elastomerem Schlauchmaterial, welches die Sensoreinheit mit den Fluidbeuteln und einem Abfallbeutel (in welchen verbrauchte Proben und andere Fluide gepumpt werden) verbinden, ist über eine konkave Fläche gespannt. Wird die Sensor-/Kalibrant-Einheit in dem Blutanalysator plaziert, wirkt ein Pumpenarm zur Bildung einer peristaltischen Pumpe auf den Schlauch ein, wodurch die Komplexität der mechanischen Verbindung zwischen der Sensor-/Kalibrant-Einheit und dem Blutanalysator erhöht wird. Der Bedarf an einem Mechanismus, mittels welchem der Blutanalysator die Ventile im Innern der Sensor-/Kalibrant-Einheit zu steuern vermag, kompliziert die mechanische Verbindung des weiteren. Ein erstes Ventil muß rotiert werden, um einer Steuereinrichtung im Innern des Blutanalysators zu ermöglichen, den Durchflußweg zu konfigurieren. Ein Satz zusätzlicher Schieberventile muß nach der Installation der Einheit in dem Blutanalysator betätigt werden, um den Durchflußweg aus einem jeden Fluidbeutel zu öffnen.
  • Die Sensoreinheit besitzt eine Mehrzahl an Sensoren, welche an einer Vorderseite eines Polymersubstrates entlang einem Durchflußweg zwischen einem Einlaß- und einem Auslaßanschluß ausgebildet sind. Der Fluiddurchflußweg ist in Form einer Rinne in dem Polymersubstrat ausgebildet. In dem Substrat sind Elektroden ausgebildet. Die Elektroden kommunizieren mit einem in dem Substrat ausgebildeten Meß-Durchflußweg. Die Elektroden kommunizieren ferner mit einem Meß-Durchflußweg, welcher durch eine Kombination des Substrates mit einer Abdeckplatte gebildet ist.
  • Die elektrische Verbindung zwischen der Sensoreinheit und bezüglich der Sensoreinheit externer Elektronik ist durch eine Mehrzahl an Kontakten sichergestellt, welche an der Rückseite des Substrates angebracht sind. Diese Kontakte gleiten gegen einer federbelasteten Verbindungskontakt in dem Blutanalysator. Da die Kontakte der Sensoreinheit gegen die Verbindungskontakte in dem Blutanalysator gleiten, sind die Kontakt der Sensoreinheit und des Analysators einem Verschleiß ausgesetzt. Aus diesem Grund verschlechtert sich die elektrische Verbindung zwischen den externen Schaltkreisen in dem Blutanalysator und den Sensoren in der Sen soreinheit, nachdem die Kassette mehrmals in den Blutanalysator eingesteckt und von diesem entfernt worden ist.
  • Aufgrund der Verwendung von elektrischen Gleitkontakten, der Struktur der Verbindung zwischen den elastomeren Schläuchen und der Pumpe und der Ausgestaltung der Ventilsteuerungen muß die Sensor-/Kalibrant-Einheit zunächst in den Blutanalysator eingesteckt und sodann unter einem im wesentlichen rechten Winkel bis zu dem Einsteckwinkel verschoben werden. Dieser Vorgang macht die Installation der Sensor-/Kalibrant-Einheit aufwendig und erhöht die Gefahr, daß entweder die elektrische, die mechanische oder die fluidische Verbindung zwischen der Sensor-/Kalibrant-Einheit und dem Blutanalysator fehlerhaft erfolgt.
  • Weil der Sensor ein integrales Teil der Sensor-/Kalibrant-Einheit ist, muß ferner die gesamte Sensor-/Kalibrant-Einheit ausgetauscht werden, wenn ein Sensor ausfällt (d.h. wenn er nicht mehr gemäß den vorgegebenen Parametern arbeiten kann).
  • Folglich wäre es im Hinblick auf die aufwendige sowie gegen Leckagen empfindliche Installation und Herstellung der Sensoren in dem Blutanalysator und im Hinblick auf die langen Verzögerungszeiten nach der Installation wünschenswert, eine Einheit zur Verfügung zu stellen, welche es dem Bediener des Blutanalysators ermöglicht, lediglich die Sensoreinheit bei einer schnellen Durchlaufzeit, ohne besondere Schulung und unter hoch zuverlässiger elektrischer, mechanischer und fluidischer Verbindung zu ersetzen. Überdies wäre es wünschenswert, eine solche Einheit zur Verfügung zu stellen, welche es dem Bediener darüber hinaus ermöglicht, eine Blutprobe zu beobachten, während sie in die Sensoreinheit eintritt, diese durchläuft und aus dieser austritt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensorkassette, in welche Sensoren installiert werden. Die Sensorkassette ermöglicht den Sensoren eine einfache und zuverlässige Installation in einem Blutanalysator. Die Sensorkassette umfaßt die folgenden Hauptkomponenten: (1) ein Gehäuses; (2) eine Gehäuseabdeckung; (3) eine Sensoreinheit; und (4) eine "Pumprohr"-Einheit. Die Kassette kann ferner (5) ein rechtwinkliges Fluid-Kupplungsstück; und (6) einen Angreif-/Auslösearm aufweisen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Sensoreinheit ein elektrisches Anschlußstück auf, welches an der Rückseite der Einheit angeordnet ist. Der Körper des Anschlußstückes ragt durch eine erste Öffnung in dem Gehäuse vor. Die Wände der ersten Öffnung entsprechen im wesentlichen dem Profil des vorragenden Körpers des Anschlußstückes. Folglich hält die mechanische Verbindung zwischen dem Körper des Anschlußstückes und den Wänden der ersten Öffnung des Gehäuses die Sensoreinheit in einer vorherbestimmten Position in dem Gehäuse.
  • Eine Mehrzahl an inneren Wänden in dem Gehäuse legen die Pumprohr-Einheit und das rechtwinklige Fluid-Kupplungsstück in dem Gehäuse fest. Ein Ende der Pumprohr-Einheit ist als ein gerades Fluid-End-Kupplungsstück ausgebildet und mit der Sensoreinheit verbunden. Das andere Ende der Pumprohr-Einheit ist als rechtwinkliges Fluid-End-Kupplungsstück ausgebildet. Ein Abschnitt des rechtwinkligen Fluid-End-Kupplungsstückes ragt durch eine zweite Öffnung in dem Gehäuse vor. Die die zweite Öffnung begrenzenden Wände entsprechen dem Abschnitt des rechtwinkligen Fluid-End-Kupplungsstückes, welcher durch das Gehäuse vorragt. Das recht winklige Fluid-Kupplungsstück ist dem rechtwinkligen Fluid-End-Kupplungsstück der Pumprohr-Einheit im wesentlichen ähnlich. Ein Abschnitt des rechtwinkligen Fluid-Kupplungsstückes ragt durch eine dritte Öffnung in dem Gehäuse auf eine ähnliche Weise vor wie das rechtwinklige Fluid-End-Kupplungsstück der Pumprohr-Einheit vorragt. Ein weiterer Abschnitt der rechtwinkligen Kupplungsstückes ist direkt mit der Sensoreinheit verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nimmt eine vierte Öffnung in dem Gehäuse einen ersten Vorsprung auf, welcher sich von dem Blutanalysator erstreckt. Der erste Vorsprung ist im wesentlichen zylindrisch und fest mit einer "ringartigen" Nut nahe dem distalen Ende des Vorsprungs gefertigt. Stattdessen kann der Vorsprung auch als längliche Struktur mit einem rechteckigen, ovalen oder andersartigen Querschnitt ausgebildet sein. Gemäß einer solchen Ausführungsform ist ein zweiter Vorsprung in dem Gehäuse als ein Hohlzylinder mit einem Innendurchmesser ausgebildet, welcher fast identisch, aber geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des ersten Vorsprungs. Der Außendurchmesser des zweiten Vorsprungs ist um einen Betrag größer als der Innendurchmesser, welcher im wesentlichen der Dicke der Gehäusewände entspricht.
  • Der Angreif-/Auslösearm besitzt eine Öffnung, durch welche der erste Vorsprung vorragt. Der Arm ist nachgiebig in Position gehalten, so daß ein innerer Rand der Öffnung in der ringartigen Nut des Vorsprungs, welcher sich von dem Blutanalysator erstreckt, ergriffen ist, wenn die Kassette in dem Blutanalysator installiert ist. Ein Abschnitt des Arms erstreckt sich jenseits der Gehäuses, um es dem Bediener zu ermöglichen, den Arm zu betätigen und somit den Rand des Arms von der Nut in dem Vorsprung freizusetzen.
  • Die elektrischen Kontakte des Anschlußstückes an der Rückseite der Sensoreinheit sind mit zugehörigen elektrischen Kontakten des Blutanalysators fluchtend angeordnet, da die Sensoreinheit durch Ausfluchten des Vorsprungs, welcher sich von dem Blutanalysator erstreckt, um mit dem sich von dem Gehäuse erstreckenden Vorsprung verbunden zu werden, sowie durch Ausfluchten der beiden männlichen Fluid-Anschlußstücke, von welchen eines mit dem rechtwinkligen Fluid-Kupplungsstück und das andere mit dem rechtwinkligen Fluid-End-Kupplungsstück der Pumprohr-Einheit verbindbar ist, installiert wird. Eine jede dieser Komponenten greift an dem zugehörigen Glied an, bevor die elektrischen Kontakte der Sensoreinheit an den elektrischen Kontakten des Blutanalysators angreifen. Auf diese Weise befinden sich die elektrischen Kontakte der Sensoreinheit in genauer Flucht mit den elektrischen Kontakten des Blutanalysators, wenn sich die Kontakte einander annähern.
  • Ein nachgiebiger Abschnitt der Pumprohr-Einheit verläßt das Gehäuse an einem Ende und tritt unter Bildung einer U-förmigen Schlaufe an demselben Ende wieder in das Gehäuse ein. Die durch das Pumprohr gebildete Schlaufe ist hinreichend nachgiebig und elastisch, um es der Schlaufe zu ermöglichen, über eine und in Eingriff mit einer Rollenpumpe gespannt zu werden, welche an dem Blutanalysator angeordnet ist. Die Rollerpumpe rotiert, um die Schlaufe des Pumprohres, welches sich mit der Rollerpumpe im Eingriff befindet, zu massieren, so daß eine peristaltische Pumpe gebildet ist.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in dem Substrat eine Heizeinheit angeordnet. Die Heizeinheit ist zum Erwärmen einer Blutprobe und der Reihe von Sensoren auf eine bekannte, stabile Temperatur und zum Aufrechterhalten dieser Temperatur, wenn die Probe analysiert wird, in der Lage. Folglich werden Fluide, welche in die Sensoreinheit eintreten, aufgrund des kleinen Volumens und der geringen thermischen Masse solcher Fluide schnell erwärmt.
  • Die Sensoren gemäß der vorliegenden Erfindung weisen aufgrund einer kurzen elektrischen Weglänge zwischen den Sensoren und der externen Elektronik zur Erfassung und Analysierung in dem Blutanalysator ein sehr gutes Signal-/Rauschverhältnis auf. Auf diese Weise lassen sich Sensorausgaben der Sensoren mit geringem Pegel ohne Verstärkung direkt verwenden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Ziele, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zeigen:
  • 1a und 1b perspektivische Ansichten einer demontierten Sensorkassette gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 1c eine Ausführungsform des Gehäuses gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Pumprohr-Einheit und einem rechtwinkligen Fluid-Kupplungsstück, welche in dem Gehäuse installiert sind;
  • 1d eine Kassette gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein von einem Blutanalysator vorragender Vorsprung mit einem hohlen Vorsprung in der Kassette verbindbar ist;
  • 1e eine Darstellung der Abdeckung der Kasset te mit einer Öffnung, durch welche eine Sensoreinheit sichtbar ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2a eine Darstellung eines Blutanalysators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2b eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Blutanalysators gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3a eine Darstellung eines Riegels zur mechanischen Sicherung einer Kassette an einem Blutanalysator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3b eine Darstellung einer schützenden Abdeckung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3c eine Darstellung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher sich Widerhaken, welche sich von einem Riegel des Blutanalysators erstrecken, eine Sensorkassette in ihrer Position verriegeln;
  • 4 eine Draufsicht auf die Sensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung von vorne;
  • 5 eine Draufsicht auf die in 4 gezeigte Sensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung von hinten;
  • 6a eine Darstellung eines Musters, wie es von einer Heizeinheit gebildet ist, wenn sie auf ein Substrat aufgebracht ist, gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 6b eine Darstellung der Rückseite eines Substrates nach Aufbringen einer jeden der dielektrischen Lagen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine Darstellung der zur Erzeugung einer Schablone verwendeten Bildgestaltung, welche wiederum gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, um die zweite Lage von Leiterbahnen und Anschlußstellen aufzubringen;
  • 8 eine Darstellung eines Sauerstoffsensors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 9 eine Querschnittsansicht eines Teils eines Substrates, durch welches sich ein Sensor-Durchgangsloch erstreckt und auf welchem Metallagen einer Elektrolyt-Sensorelektrode aufgebracht worden sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 10 eine Querschnittsansicht einer der Hämatokrit-Sensorelektroden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Querschnittsansicht eines Sensors, aus welcher die erste Lage eines Einbettmaterials ersichtlich ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 12 eine Querschnittsansicht eines der Hämatokrit-Sensoren, aus welcher die erste Lage eines Einbettmaterials ersichtlich ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 13 eine Draufsicht auf die in einer Kunststoff-Umhüllung angeordnete Sensoreinheit von oben;
  • 14 eine Querschnittsansicht der in der Kunststoff-Umhüllung angeordneten Sensoreinheit; und
  • 15a bis 15c alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, bei welchen die Relativpositionen der Sensoren von den in 4 dargestellten verschieden sind.
  • Gleiche Bezugszeichen und Bezeichnungen in den verschiedenen Zeichnungen beziehen sich auf gleiche Elemente.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
  • In dieser gesamten Beschreibung müssen die gezeigten bevorzugten Ausführungsformen und Beispiele exemplarisch aufgefaßt werden, ohne die vorliegende Erfindung zu beschränken.
  • Sensorkassette
  • In 1a und 1b sind perspektivische Ansichten einer demontierten Sensorkassette 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Die in 1a und 1b dargestellte Sensorkassette 100 umfaßt fünf Teilkomponenten: (1) ein Gehäuse 102; (2) eine Gehäuseabdeckung 104; (3) eine Pumprohr-Einheit 106; (4) ein Fluid-Kupplungsstück 108; und (5) eine Sensoreinheit 400.
  • Das In 1a und 1b gezeigte Gehäuse 102 weist einen Boden 101, vier Seitenwände 103, 105, 107, 109 und eine Öffnung 110 auf. Männliche elektrische Kontaktstifte 1207 ei nes elektrischen Anschlußstückes 1205 der Sensoreinheit 400 ragen durch die Öffnung 110 vor. Gemäß einer Ausführungsform besitzt das Anschlußstück 1205 einen Körper 116, welcher ebenfalls durch die Öffnung 110 vorragt. Die Wände 118 der Öffnung 110 entsprechen im wesentlichen der Gestalt und Größe des Körpers 116 des Anschlußstückes 1205. Auf diese Weise ist die Sensoreinheit 400 vor einer Bewegung in der Ebene des Bodens 101 des Gehäuses 102 bewahrt. Der Körper 116 des Anschlußstückes 1205 paßt vorzugsweise lose in die Öffnung 110. Indes kann gemäß einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein, daß der Körper 116 reibschlüssig in die Öffnung 116 einführbar ist, um die Sensoreinheit 400 während der Montage der Kassette 100 sicherer in Position zu halten. Stattdessen kann die Sensoreinheit 400 auch lediglich durch die Kräfte in Position gehalten sein, welche durch das Fluid-Kupplungsstück der Sensoreinheit 400 auf die Pumprohr-Einheit 106 und das Fluid-Kupplungsstück 108 bewirkt werden. Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung können Wände gebildet sein, welche sich von dem Boden 101 des Gehäuses 102 erstrecken, um jeglicher Bewegung des Sensoreinheit 400 zu widerstehen. In 1a ist eine solche Wand 120 dargestellt.
  • Die Pumprohr-Einheit 106 umfaßt vorzugsweise ein rechtwinkliges Fluid-End-Kupplungsstück 126, ein gerades Fluid-End-Kupplungsstück 124 und ein Pumprohr 136. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Fluid-End-Kupplungsstücke 124, 126 aus einem Elastomer gefertigt (wie durch ein herkömmliches Formverfahren). Das Fluid-Kupplungsstück 108 ist vorzugsweise ebenfalls als ein rechtwinkliges Kupplungsstück ausgebildet. Dies bedeutet, daß die Kupplungsstücke ein Mittel darstellen, mittels welchem ein Fluiddurchflußweg durch ein erstes zusammengehöriges Fluid-Kupplungsstück in fluidischer Verbindung mit einem Fluiddurchflußweg durch ein zweites zusammengehöriges Fluid-Kupplungsstück angeordnet werden kann, wenn sich die Fluiddurchflußwege des ersten und zweiten Kupplungsstückes unter einem rechten Winkel zueinander befinden. Das Pumprohr 136 ist vorzugsweise sehr nachgiebig, so daß es dem Pumprohr 136 möglich ist, in geeigneter Weise mit einer Rolle unter Bildung einer peristaltischen Rollerpumpe zusammenzuwirken, wie es weiter unten näher erläutert ist. Ein Fluiddurchflußweg ist in der Pumprohr-Einheit 106 ausgebildet, so daß das Fluid an einem Ende der Pumprohr-Einheit 106 in diese eintritt und an dem anderen Ende aus dieser austritt.
  • Um die Pumprohr-Einheit 106 und das Fluid-Kupplungsstück 108 in dem Gehäuse 102 in Position zu halten, können Wände 122 vorgesehen sein. 1c zeigt eine Ausführungsform des Gehäuses 102 gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Pumprohr-Einheit 106' und einem Fluid-Kupplungsstück 108', welche in dem Gehäuse installiert sind. Wie aus 1c ersichtlich, unterscheidet sich die dortige alternative Ausführungsform von der gemäß 1a und 1b dadurch, daß das Fluid-End-Kupplungsstück 124', das rechtwinklige Fluid-End-Kupplungsstück 126' und das Fluid-Kupplungsstück 108' gemäß 1c im wesentlichen rechteckig ausgebildet sind (im Gegensatz zu der in 1a und 1b wiedergegebenen, im wesentlichen zylindrischen Ausgestaltung des Fluid-End-Kupplungsstückes 124, des rechtwinkligen Fluid-End-Kupplungsstückes 126 und des Fluid-Kupplungsstückes 108). Hohle zylindrische Vorsprünge von dem Körper der Kupplungsstücke 108, 108', 126, 126' sind mit durchgehenden Fluidkanälen versehen. Der Fluidkanal in einem jeden Kupplungsstück 108, 108', 126, 126' ist unter einem rechten Winkel bezüglich einem Fluidkanal entlang der Längsachse eines jeden Kupplungsstückes 108, 108', 126, 126' angeordnet. Ungeachtet der Form der Kupplungsstücke sind die Vorsprünge 130, 128 in zwei Öffnungen 132, 134 im Boden 101 des Gehäuses 102 eingesetzt (vgl. insbesondere 1a und 1b). Das Gehäuse 102 weist vier Öffnungen 132, 134, 138, 138 auf, von welchen zwei einen ersten 134 und einen zweiten Gehäuse-Fluidanschluß 132 begrenzen. Die Öffnungen sind vorzugsweise derart ausgestaltet und dimensioniert, daß die zylindrischen Vorsprünge 128, 130 eng in die Öffnungen 132, 134 passen und sich gerade jenseits der Außenfläche des Bodens 101 erstrecken. in jedem Fall durchsetzt ein Pumprohr 136 der Pumprohr-Einheit 106, 106' die Öffnungen 138 in der Gehäusewand 109.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Anschlüsse 1202, 1204 der Sensoreinheit 400 unmittelbar an die Pumprohr-Einheit 106 und das Fluid-Kupplungsstück 108 angeschlossen. Indes kann gemäß einer alternativen Ausführungsform ein Ansatzrohr (nicht gezeigt) mit einem durchgehenden Fluidkanal zwischen dem Einlaßanschluß 1202 und dem Fluid-Kupplungsstück 124 oder zwischen dem Auslaßanschluß 1204 und dem Fluid-Kupplungsstück 108 vorgesehen sein. Der das Ansatzrohr durchsetzende Fluidkanal ist vorzugsweise verhältnismäßig eng, um das Volumen der zu analysierenden Probe sowie die Menge an Kalibrant und anderen Fluiden, welche während der Analyse eingesetzt werden, zu verringern.
  • Die Abdeckung 104 ist vorzugsweise transluzent oder durchsichtig und weist fünf Vorsprünge 140, 142, 144, 146, 148 auf, welche sich von der Fläche der Abdeckung 104 nach oben erstrecken. Wie weiter unten näher erläutert, ist ferner eine Kunststoff-Umhüllung 1200 (siehe 14) ebenfalls vorzugsweise transluzent oder durchsichtig. Da die Abdeckung und die Kunststoff-Umhüllung transluzent oder durchsichtig sind, ist es dem Benutzer möglich, die Bewegung von Gasblasen im Analyt und in den Reagentien durch die Sensoreinheit im Innern der Kassette zu beobachten. Gemäß ei ner in 1e wiedergegebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt die Abdeckung 104' eine Öffnung 170, welche es dem Benutzer eines Blutanalysators, in welchem die Kassette installiert worden ist, ermöglicht, die Sensoreinheit direkt zu sehen. Der Benutzer vermag folglich Gasblasen im Analyt und in den Reagentien, welche die Sensoreinheit durchfließen, direkt zu beobachten.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Vorsprünge 140, 142, 144, 146 der Abdeckung 104 mit dem Gehäuse 102 fluchtend angeordnet. Der Vorsprung 146 übt gemeinsam mit dem Vorsprung 148 ferner Druck auf die Oberseite der Sensoreinheit 400 aus, um die Sensoreinheit 400 in Position zu halten, nachdem die Abdeckung 104 aufgesetzt worden ist. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß die Vorsprünge auf vielfältige Weise verschieden ausgestaltet sein können, um die Abdeckung auszufluchten und die Sensoreinheit 400 in Position zu halten. Darüber hinaus sind gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung keine solchen Vorsprünge vorgesehen.
  • Die Abdeckung 104 ist von zwei verstärkten Löchern 150, 152 durchsetzt. Die Löcher 150, 152 fluchten mit zwei hohlen, im wesentlichen zylindrischen Vorsprüngen 154, welche sich von dem Boden 101 des Gehäuses 102 nach oben erstrecken, um Befestigungsmittel, wie Schrauben, aufzunehmen, welche die Abdeckung 104 an dem Gehäuse 102 festlegen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstrecken sich mit den Vorsprüngen 154 fluchtende Stifte von der Abdeckung. Jeder Stift paßt jeweils eng in die Öffnung in einem der Vorsprünge 154 hinein, um die Abdeckung 104 an dem Boden 101 des Gehäuses 102 festzulegen.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erfindungsgemäße Kassette durch Verbinden des Fluid- Kupplungsstückes 108 mit einem ersten Anschluß 1204 der Sensoreinheit 400 montierbar. Das Fluid-Kupplungsstück 124 wird mit dem anderen Anschluß 1202 der Sensoreinheit 400 verbunden. Die Kombination aus dem ersten Kupplungsstück 108, der Sensoreinheit 400 und der Pumprohr-Einheit 106 wird dann in das Gehäuse 102 abgesenkt und werden die Vorsprünge 128, 130 in die Öffnungen 132, 134 eingesteckt. Das Pumprohr 136 wird in die Öffnungen 138 in der Wand 109 des Gehäuses 102 eingeführt. Sodann wird die Abdeckung 104 aufgesetzt und an dem Gehäuse 102 festgelegt.
  • Nachdem die Kassette 100 montiert worden ist, kann sie in einem Blutanalysator, wie dem in 2a dargestellten Blutanalysator 200, installiert werden. Der Blutanalysator gemäß der vorliegenden Erfindung weist jeweils ein erstes und zweites männliches Fluid-Anschlußstück 202, 204 auf. Das erste und zweite männliche Fluid-Anschlußstück 202, 204 ist jeweils mit den zylindrischen Vorsprüngen 128, 130 verbindbar, um einen Fluiddurchflußweg von dem ersten männlichen Fluid-Anschlußstück 202 durch das rechtwinklige Fluid-End-Kupplungsstück 126 der Pumprohr-Einheit 106, in die Sensoreinheit 400 durch den Einlaßanschluß 1202 und den Auslaßanschluß 1204, durch das Fluid-Kupplungsstück 108 und in das zweite männliche Fluid-Anschlußstück 204 zu komplettieren.
  • Die Fluide werden mittels einer peristaltischen Rollerpumpe entlang dem Fluiddurchflußweg gepumpt, welche eine Rolle 206 umfaßt, die das Pumprohr 136 massiert. Dies bedeutet, daß das Pumprohr 136 vorzugsweise hinreichend nachgiebig ist, und über die Rolle 206 gespannt zu werden. Die Rolle 206 bewirkt Bereiche von alternierend höherem und niedrigerem Druck auf das Pumprohr 136, was dazu führt, daß die Abschnitte des Pumprohres 136, welche sich an einem innenseitig verengten Bereich höheren Druckes befinden, und die Be reiche des Pumprohres 136, welche sich an einem Bereich niedrigeren Druckes befinden, auf im wesentlichen den gesamten unbelasteten Querschnitt des Kanals durch das Innere des Pumprohres 136 entspannt werden. Da die Rolle 206 rotiert, durchqueren die Bereiche von alternierend höherem und niedrigerem Druck das Pumprohr 136, um in dem Pumprohr 136 eine peristaltische Wirkung zu erzeugen.
  • Zusätzlich zu dem ersten und zweiten männlichen Fluid-Anschlußstück 202, 204 ist der Blutanalysator mit einem weiblichen elektrischen Anschlußstück 203 mit einer Mehrzahl an weiblichen elektrischen Kontaktbuchsen ausgestattet. Die weiblichen Buchsen sind mit den männlichen elektrischen Kontaktstiften 1207 der Sensoreinheit 400 verbindbar. Das erste und zweite männliche Fluid-Anschlußstück 202, 204 erstreckt sich vorzugsweise jeweils weiter aus dem Blutanalysator heraus als die männlichen elektrischen Kontaktstifte von der Sensoreinheit. Auf diese Weise bewirkt die Verbindung der Fluid-Anschlußstücke eine fluchtende Ausrichtung der elektrischen Anschlußstücke für deren Verbindung miteinander. Gemäß einer in 2b dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erstreckt sich ein im wesentlichen zylindrischer Vorsprung 208 von dem Blutanalysator 200' heraus. Der Vorsprung 208 besitzt vorzugsweise eine im wesentlichen ringförmige Nut 210, welche nahe dem distalen Ende des Vorsprungs 208 angeordnet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Blutanalysator 200' mit dem Vorsprung 208 ausgestattet. Es ist eine Kassette 100', wie eine solche gemäß 1d, vorgesehen. Die Kassette 100' weist einen hohlen Vorsprung 156 auf, welcher mit dem Vorsprung 208 fluchtend angeordnet ist. Der hohle Vorsprung 156 der Kassette besitzt einen Innendurchmesser, welcher geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Vorsprungs 208. Vier Stützvorsprünge sind um den Umfang des Vorsprungs 156 angeordnet. Zwei der Stützvorsprünge bilden etwa "L-förmige" Stützriegel 158. Die beiden anderen Stützen 160 sorgen lediglich für eine höhere Festigkeit, um den Vorsprung 156 abzustützen. 3a zeigt eine Darstellung eines Riegels 300, welcher auf dem horizontalen Rand 162 eines jeden Stützriegels 158 und zwischen den aufrechten Abschnitten 164 eines jeden Stützriegels angeordnet ist.
  • Eine erste kleinere Öffnung 301 ist nahe dem proximalen Ende des Riegels 300 angeordnet. Eine zweite größere Öffnung 302 in dem Riegel 300 ist so dimensioniert, daß der Vorsprung 208 durch die zweite Öffnung 302 hindurch paßt. An einem Ende der zweiten Öffnung 302 ist ein Absatz 304 ausgebildet. Die erste Öffnung 301 ist zur Aufnahme eines "Zahns" 166 ausgebildet, welcher von einem zurückgenommenen Abschnitt 168 der wand 105' nach oben vorragt, wie es der 1d zu entnehmen ist. Die Wand 105' ist von dem Boden 101 des Gehäuses 102 ausgeschnitten, um dem unterhalb des Zahns 166 angeordneten Abschnitt 168 der Wand 105' zu ermöglichen, sich nach innen zu biegen. Befindet sich der Riegel 300 in einer Position zwischen den aufrechten Abschnitten 164 der Stützriegel 158 unter Eingriff des Zahns 16fi in die Öffnung 301, so läßt sich der Riegel folglich durch Aufbringen eines nach innen gerichteten Druckes auf den Rand 306 des Riegels 300, welcher von der Wand 105' vorragt, nach innen drängen. Ist die Kassette 100' vollständig montiert worden, hält die Abdeckung 104 den Riegel 30C in Position.
  • Ist die Kassette 100' in dem Blutanalysator 200' installiert worden, befindet sich die Nut 210 in dem Vorsprung 208 mit dem Absatz 304 in dem Riegel 300 im Eingriff. Dies bedeutet, daß der Abstand zwischen dem Rand der ersten Öffnung 301 in dem Riegel und dem Rand des Absatzes 304 genau so groß ist wie der Abstand zwischen dem inneren Rand des Zahns 106 und dem am weitesten weg liegenden Punkt der inneren Wand des Vorsprungs 156 abzüglich der Tiefe der Nut 210 in dem Vorsprung 208. Die Breite "w" des Absatzes 304 entspricht vorzugsweise wenigstens der Tiefe der Nut 210. Ferner ist die Dicke "t" des Absatzes 304 geringfügig kleiner als die breite der Nut 210. Auf diese Weise ist die Kassette 100' durch Eingriff des Absatzes 304 in die Nut 210 gehalten. Durch Ausüben eines nach innen gerichteten Druckes auf den Rand 306 des Riegels 300 bewegt sich der Riegel unter Biegung der Wand 105' leicht nach innen, so daß der Absatz 304 aus der Nut 210 gelöst wird und es der Kassette 100' möglich ist, von dem Blutanalysator 200' entfernt zu werden. Es ist ersichtlich, daß sämtliche Verbindungen zwischen dem Blutanalysator und der Kassette vorzugsweise dadurch bewerkstelligt werden, indem die Kassette in einer Richtung entlang einer geraden Linie in Richtung des Blutanalysators bewegt wird. Nach korrektem Eingriff zwischen dem Blutanalysator und der Kassette verrastet der Riegel 300 unter Gewährleistung einer hörbaren, positiven Rückmeldung in seiner Position, um anzuzeigen, daß ein korrekter Eingriff erzielt worden ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine schützende Abdeckung vorgesehen, welche sich im wesentlichen an die Gestalt der Kassette 100 anpaßt. 3b zeigt eine Darstellung einer solchen Abdeckung. Von der Abdeckung 352 ragen Zapfen 350 vor. Die Zapfen 350 sind derart dimensioniert, daß die mit den Vorsprüngen 128, 130 in den Kupplungsstücken 108, 126 in Eingriff bringbar sind, um die Kupplungsstücke abzudichten, wenn die Kassette nicht in dem Blutanalysator installiert ist. Vorzugsweise paßt jeder Zapfen 350 eng in den Kanal durch einen der Vorsprünge 128, 130. Ein Abschnitt 354 der Abdeckung erstreckt sich von der Abdeckung 354 nach außen, um das Pumprohr 136 zu unterstüt zen. Ein Paar von Wänden 356 bewahrt die Kassette vor einem zu tiefen Sitz in der Abdeckung 352 und bewahrt somit die elektrischen Anschlußstücke 1205 vor einem Kontakt mit dem Boden der Abdeckung 352. Die Abdeckung 352 dichtet folglich den Fluiddurchflußweg durch die Sensorkassette ab und bedeckt und schützt die elektrischen Kontakte des Sensoreinheit 400.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung der Kassette ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine Kassette bereitstellt, welche: (1) sehr einfach installierbar ist und somit praktisch ohne Schulung installiert werden kann; (2) für eine sowohl elektrische als auch fluidische Verbindung in einem einzigen Installationsvorgang sorgt, wobei eine nur geringe oder gar keine Gefahr dahingehend besteht, daß die elektrischen oder fluidischen Anschlüsse der Kassette mit den entsprechenden Anschlüssen des Blutanalysators falsch verbunden werden; (3) eine integrale, kostengünstige und zuverlässige Pumprohr-Einheit umfaßt; (4) es dem Benutzer des Blutanalysators möglich macht, die Bewegung eines Analyten, von Gasblasen oder Reagentien während der Analyse zu beobachten; (5) preiswert ist und folglich ohne unmäßige Kosten verkauft werden kann; (6) einen schnellen, zuverlässigen Austausch der Sensoren des Blutanalysators erleichtert; (7) den Kontakt zwischen Blutbestandteilen und dem Analysator verringert; (8) kompakte Abmessungen aufweist; (9) für Sensoren mit verschiedenen Analytfeldern eingesetzt werden kann; und (10) es einem einzigen Typ eines Analysators ermöglicht, viele verschiedene Typen von Sensoren zu tolerieren.
  • Es sei darauf hingewiesen, daß die Kassette gemäß der vorliegenden Erfindung in vielfältigen alternativen Ausgestaltungen ausgebildet sein kann. So kann beispielsweise eine Mehrzahl an Sensoreinheiten reihenweise gekoppelt sein, um für Redundanz zu sorgen oder die Anzahl oder die Typen der in der Kassette vorgesehenen Sensoren zu erhöhen. Ferner können gerade Fluid-Kupplungsstücke die rechtwinkligen Fluid-Kupplungsstücke ersetzen und kann nachgiebiges Schlauchmaterial eingesetzt werden, um die Richtung der Durchflußwege zu verändern. Des weiteren kann das Pumprohr direkt mit der Sensoreinheit verbunden sein, ohne daß Bedarf an einem Fluid-Kupplungsstück zwischen dem Pumprohr und der Sensoreinheit besteht. Darüber hinaus kann eine breite Vielfalt an Verriegelungsmechanismen eingesetzt werden, um die Kassette sicher an dem Blutanalysator zu verriegeln. Der Analysator kann beispielsweise nachgiebige Widerhaken besitzen. 3c zeigt eine Darstellung einer Ausführungsform, bei welcher Widerhaken 212 auseinander gespreizt werden, während ein jeder Rand einer Kassette 100 an einem der Widerhaken 212 verrastet. Nach vollständiger Installation der Kassette 100 kehren die Widerhaken 212 dann im wesentlichen in dieselbe Position zurück, welche sie ohne die Kassette einnehmen, wobei die mit Widerhaken versehenen Enden die Außenfläche der Abdeckung der Kassette verriegeln. Überdies kann ein nachgiebiges Band über die Kassette gespannt sein, um die Kassette im Eingriff mit dem Analysator 200 zu halten. Schließlich kann weiterhin ein die Kassette durchsetzendes Loch vorgesehen sein, um es einem Gewindeteil zu ermöglichen, in eine Gewindebohrung in dem Analysator einzugreifen, so daß die Kassette an dem Analysator festgelegt ist. Es ist offensichtlich, daß zahlreiche weitere Alternativen denkbar sind.
  • Sensoreinheit
  • In 4 ist eine Draufsicht von vorne auf eine Ausführungsform einer Sensoreinheit 400 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. 5 zeigt eine Draufsicht von hinten auf die in 4 wiedergegebenen Sensoreinheit ge mäß der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit 400 mit einer Mehrzahl an Sensoren 403, welche hochreine, planare, kreisförmige, potentiometrische und amperometrische Silber-Sensorelektroden umfassen, welche auf ein anorganisches Substrat 405 aufgebracht sind. Die Sensoreinheit 400 ist vorzugsweise in einem Gehäuse aufgenommen, welches eine Durchflußzelle begrenzt, in welche ein Analyt zur Analyse mittels der Sensoren 403 überführt wird. Jeder Sensor 403 ist über einem das Substrat 405 durchsetzenden Subminiatur-Durchgangsloch gefertigt. Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, daß jedes Subminiatur-Durchgangsloch vorzugsweise mittels Laser durch das Substrat gebohrt ist. Diese Durchgangslöcher verringern den für jeden Sensor 403 erforderlichen Platzbedarf an der Vorderseite des Substrates. Dies bedeutet, daß es die vorliegende geometrische Ausgestaltung einer Mehrzahl an Sensoren ermöglicht, mit geringer Begrenzung in einer Ebene angeordnet zu werden, da die Lagen der Leiterbahnen die Positionierung der Sensorelektroden nicht beeinflussen. Die Verringerung des erforderlichen Platzes auf der Vorderseite des Substrates ermöglicht die Anordnung einer verhältnismäßig großen Anzahl an Sensoren 403 in einem verhältnismäßig kleinen Bereich an der Sensoreinheit 400 und ermöglicht folglich eine Verminderung des Volumens der Durchflußzelle. Die Verminderung des Volumens der Durchflußzelle verringert wiederum das Probevolumen, was von Bedeutung ist, weil in manchen Fällen viele Proben von ein und demselben Patienten benötigt werden. Aufgrund des geringen Probevolumens, der geringen thermischen Masse der Sensoreinheit 400 und der Anordnung einer Heizeinheit auf der Rückseite des Substrates wird ferner erfindungsgemäß schnell eine stabile Temperatur erreicht, bei welcher die Analysen durchgeführt werden können. Die vorliegende Erfindung ist folglich in einem Blutanalysator (nicht gezeigt) installierbar, um schnelle Ergebnisse zu liefern (d.h. im Falle einer Ausführungsform etwa 60 Sekunden).
  • Zusätzlich zu der Verringerung des für einen jeden Sensor 403 erforderlichen Platzes ermöglicht der Einsatz von das Substrat durchsetzenden Subminiatur-Durchgangslöchern unter einem jeden Sensor 403 aufgrund des Substrates eine physikalische Isolierung der Probe und Referenzlösung von den elektrischen Leiterbahnen 410, welche elektrische(n) Spannung oder Strom von jeder Sensorelektrode an eine zugehörige Anschlußstelle 411 (siehe 5) übertragen. Lediglich die Sensorelektroden und ein Thermistor 409 sind an der Vorderseite des Substrates angeordnet. Die überwiegende Nutzung der Rückseite des Substrates zur Führung der Leiterbahnen ermöglicht es der Vorderseite des Substrates (d.h. dort, wo Platz wertvoller ist), für solche Komponenten reserviert zu werden, welche sich auf der Vorderseite befinden müssen (wie die Sensorelektroden). Es sei darauf hingewiesen, daß die Leiterbahnen 410 und Anschlußstellen 411 in 5 mit unterbrochenen Linien wiedergegeben sind, um anzudeuten, daß über den Leiterbahnen 410 und einem Teil der Anschlußstellen 411 ein Einbettmaterial 415 aufgebracht ist. Wie weiter unten näher erläutert, ist über den Anschlußstellen 411 Lötmittel aufgebracht, um für eine geeignete elektrische und physikalische Verbindung mit einem oberflächig montierten Anschlußstück (in 5 nicht wiedergegeben) zu sorgen. Wie des weiteren weiter unten näher erläutert, ist der Thermistor 409 (siehe 4) ebenfalls eingebettet, nachdem er auf die Vorderseite des Substrates 405 aufgebracht worden ist. Während in diesem Zusammenhang stets der Begriff "aufgebracht" verwendet wird, schließt der Sinngehalt sämtliche Mittel zur Bildung einer Struktur in einer Einrichtung mit Schichtaufbau ein, einschließlich Rastern, Metallisieren, Dickfilm-Techniken, Dünnfilm-Techniken, Drucklaminieren, photolitographisches Ätzen, etc.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind sämtliche Anschlüsse, welche die Sensoren 403 mit externen Einrichtungen verbinden, auf die Rückseite des Substrates aufgebracht. Diese Anschlüsse sind mit Abstand voneinander angeordnet, um für einen größtmöglichen Isolierwiderstand zu sorgen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind elektrische Leiterbahnen auf eine Mehrzahl an verschiedenen Fertigungslagen aufgebracht, welche auf die Rückseite des Substrates 405 aufgebracht sind. Keine Probe oder Referenzlösung tritt mit der Rückseite des Substrates in Kontakt, wie es aus der Beschreibung weiter unten deutlich wird. Ein herkömmliches, oberflächig montiertes elektrisches Anschlußstück ist vorzugsweise an den Anschlußstellen festgelegt, um für einen elektrischen Leitungspfad durch eine mechanische Verbindung von den Sensoren 403 zu externen Einrichtungen zu sorgen, welche die von den Sensoren 403 erzeugten elektrischen Signale erfassen und verarbeiten.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Substrat 405 für wäßrige Elektrolyten und für Blut über verhältnismäßig lange Zeiträume (d.h. im Falle einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung über mehr als sechs Monate) im wesentlichen undurchlässig. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das anorganische Substrat 405 aus einer Lage Aluminiumoxid (Al2O3) der Handelssorte 96% mit einer Dicke von etwa 0,0635 cm (0,025 Inch) gebildet. Das Substrat 405 ist vorzugsweise durch eine Hitzebehandlung vor Anschaffung stabilisiert. Ein solches Substrat ist unter der Stücknummer 4S200 von Coors Ceramic Company, Grand Junction, Colorado (US), erhältlich. Stattdessen kann das Substrat von einer beliebigen nicht leitenden, im wesentlichen ebenen Fläche gebildet sein, auf welche die Sensoren aufgebracht werden können, wie es weiter unten näher erläutert ist. So kann das Substrat beispielsweise aus Silicium, Glas, Keramik, Holzprodukt, nicht leitenden Polymeren oder kommerziell erhältlicher Glasmasse gebildet sein, welches) als im wesentlichen glatte, ebene Fläche eingesetzt werden kann. Indes sollte das Substrat vorzugsweise in der Lage sein, der Gegenwart eines Elektrolyten mit einem pH-Wert von mehr als 6 bis 9 zu widerstehen und über einen langen Zeitraum (d.h. in der Größenordnung von Wochen) demgegenüber im wesentlichen unbeeinträchtigt zu bleiben.
  • Die Verwendung eines Aluminiumoxid-Substrates besitzt die folgenden Vorteile: (1) geringe thermische Masse; (2) Dimensionsstabilität, wenn es über lange Zeiträume wäßrigen Elektrolyten und Blut ausgesetzt ist; (3) Bildung eines mechanisch und chemisch stabilen Substrates zum Einsatz in Verbindung mit Dickfilm-Abscheidetechniken; (4) Möglichkeit der genauen Bohrung von Löchern sehr kleinen Durchmessers mittels Laser unter hoher Präzision; (5) keine Reaktion mit beliebigen Materialien, welche zur Fertigung von Sensoren eingesetzt werden; (6) sehr hoher elektrischer Widerstand.
  • Als Folge der Tatsache, daß die Einheit einschließlich des anorganischen Substrates 405 und einer jeden aufgebrachten Lage sehr stabil ist und nicht beeinträchtigt wird, wenn sie wäßrigen Elektrolyten und Blut ausgesetzt wird, sorgt die Sensoreinheit 400 für eine sehr hohe Isolierung zwischen (1) einem jeden der Sensoren 403; (2) einem jeden der Sensoren 403 und einer jeden elektrischen Leiterbahn; und (3) einer jeden der elektrischen Leiterbahnen.
  • Weil das Substrat 405 und eine jede der hierauf aufgebrachten Lagen stabil sind und einer Beeinträchtigung in Gegenwart von wäßrigen Elektrolyten und Blut widerstehen, ergibt sich ein extrem hoher elektrischer Widerstand in dem gesam ten Substrat. Folglich sorgt die vorliegende Erfindung für eine sehr hohe Isolierung zwischen einem jeden der Sensoren 403, selbst wenn diese über einen verhältnismäßig langen Zeitraum einer korrosiven Umgebung ausgesetzt worden sind. Dies ist aus den nachfolgend genannten Gründen vorteilhaft. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein isotonisches Referenzmedium (z.B. ein Gel oder eine andere viskose Lösung mit einer bekannten Ionenkonzentration) über einer Referenzelektrode plaziert, um für einen Referenzpunkt für potentiometrische Sensoren zu sorgen, welche auf dem Substrat 405 gefertigt sind. Die vorliegende Sensoreinheit 400 kann in einem dichten Beutel (nicht dargestellt) mit einer Feuchtigkeit gelagert werden, welche jegliche Verflüchtigung des isotonischen Referenzmediums reduziert. Die Lagerung der vorliegenden Erfindung in einem dichten Beutel mit einer kontrollierten Feuchtigkeit stellt ferner sicher, daß die Sensoren 403 während der Lagerung teilweise hydratisiert bleiben. Da die Sensoren 403 während der Lagerung der Sensoreinheit 400 teilweise hydratisiert bleiben, erfordern die Sensoren 403 gemäß der vorliegenden Erfindung nach der Installation eine minimale Konditionierung. Aus diesem Grund verringert die Lagerung der Sensoren 403 in einem teilweise hydratisierten Zustand die Zeitspanne, welche der Benutzer abwarten muß, bevor ihm die Sensoren 403 gemäß der vorliegenden Erfindung Ergebnisse liefern können, erheblich. Hierin liegt ein Unterschied gegenüber Sensoren gemäß dem Stand der Technik, welche in einer im wesentlichen trockenen Umgebung gelagert werden. Solche Sensoren gemäß dem Stand der Technik müssen viele Stunden vor ihrem Einsatz montiert oder vorkonditioniert werden. Es ist von Vorteil, eine Sensoreinheit 400 bereitzustellen, welche kurz nach der Installation zum Einsatz bereit steht. So müssen z.B. Blutlaboratorien, welche Blutanalysatoren gemäß dem Stand der Technik verwenden, wenigstens zwei solcher Blutanalysatoren gemäß dem Stand der Technik zur Ver fügung haben, oder sie riskieren einen Betriebsausfall über mehrere Stunden, nachdem eine Sensoreinheit ersetzt worden ist (d.h. über die zur Montage, Konditionierung, Kalibrierung und Rehydratisierung der Sensoren erforderliche Zeit). Die Sensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung vermag nach lediglich 10 Minuten, nachdem die Sensoreinheit installiert worden ist, Ergebnisse auszugeben, so daß der Bedarf an einem zweiten Blutanalysator, wie er anderweitig als Ersatz bestünde, reduziert wird.
  • Bei der in 4 und 5 wiedergegebenen Sensoreinheit 400 sind die folgenden Sensoren vorgesehen: (1) ein Natriumsensor 403h; (2) ein Kaliumsensor 403g; (3) ein Calciumsensor 403f; (4) ein pH-Sensor 403e; (5) ein Kohlendioxidsensor 403a; (6) ein Sauerstoffsensor 403b; und ein Hämatokritwert-Sensor 403c, 403d. Ferner ist eine Referenzelektrode 407 vorgesehen. Die Referenzelektrode 407 ist einem jeden der potentiometrischen Sensoren (d.h. dem Natriumsensor 403h, dem Kaliumsensor 403g, dem Calciumsensor 403f und dem Kohlendioxidsensor 403a) zugeordnet und liefert eine Referenzspannung in Bezug auf einen jeden solcher Sensoren. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß diese Sensoren oder beliebige Teilmengen solcher Sensoren in Kombination mit anderen Typen von Sensoren vorgesehen sein können.
  • Fertigung der Sensoreinheit gemäß der vorliegenden Erfindung
  • Nachstehend ist ein Verfahren zur Fertigung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Dem Fachmann ist bewußt, daß eine Vielzahl an alternativen Verfahren zur Fertigung der vorliegenden Erfindung möglich sind. Die nachfolgende Beschreibung eines bevorzugten Verfahrens darf daher lediglich als Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufgefaßt werden.
  • Zunächst wird eine Reihe von Durchgangslöchern in das Substrat 405 gebohrt. Vorzugsweise wird jedes Durchgangsloch mittels Laser unter Verwendung eines CO2-Lasers mit einem Durchmesser im Bereich von etwa 0,00508 cm bis 0,01524 cm (0,002 bis 0,006 Inch), gemessen an der Vorderseite des Substrates 405, gebohrt. Durch Aufrechterhalten des kleinen Durchmessers eines jeden Durchgangsloches wird die ebene Charakteristik einer Elektrode, welche über dem Durchgangsloch aufgebracht wird, durch das Vorhandensein der Durchgangslöcher nicht gestört. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind 13 Löcher erforderlich, so daß mit Ausnahme des Hämatokrit-Sensors 403c, 403d und des Sauerstoffsensors 403b, welche jeweils zwei Löcher erfordern, für jeden Sensor ein Loch zur Verfügung steht. Der Hämatokrit-Sensor benötigt zwei Löcher im Hinblick auf die beiden Elektroden 403c, 403d. Der Sauerstoffsensor 403b besitzt vorzugsweise ein Durchgangsloch zur Verbindung mit der Kathode des Sensors und ein Durchgangsloch zur Verbindung mit der Anode des Sensors. Darüber hinaus werden vorzugsweise zwei Durchgangslöcher für die Verbindungen mit dem Thermistor 409 verwendet. Ebenfalls zwei Durchgangslöcher werden vorzugsweise für die Referenzelektrode 407 verwendet, um die Gefahr eines schadhaften Durchgangsloches, welches eine Leiterbahnunterbrechung erzeugt, zu verringern. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jedes Durchgangsloch, welches mit einer Sensorelektrode verbunden ist, unterhalb der Stelle angeordnet, an welcher die zugehörige Sensorelektrode aufgebracht wird. Jedes dieser Durchgangslöcher ist mit Ausnahme des Sauerstoffsensors 403b bevorzugt im wesentlichen im Zentrum der Sensorelektrode angeordnet. Indes kann gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jedes Durchgangsloch auch an einer beliebigen Stelle unterhalb einer Elektrode angeordnet sein.
  • Ist das Substrat 405 ein keramisches Material, wie Aluminiumoxid, so wird das Substrat nach dem Bohren sämtlicher Durchgangslöcher vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von etwa 1000 bis 1400°C, insbesondere im Bereich von etwa 1100°C bis 1200°C, geglüht. Das Glühen des Substrates nach dem Bohren stellt die Reoxidation eines nicht stöchiometrischen Restes sicher, welcher nach dem Bohren mittels Laser an den Löchern anhaftet. Ohne Glühen kontaminiert der Rest (welcher sehr reaktiv ist) die Sensorelektroden, was zu einer weniger reinen Elektrodenfläche führt, was wiederum zu einer schlechten Leistungsfähigkeit der Sensoren führen kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Substrat nach den Glühen vorgezeichnet. Indes kann das Substrat gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch vor dem Glühen oder gar nicht vorgezeichnet werden. Die Vorzeichnung des Substrates macht es möglich, mehrere einzelne Sensoreinheiten, welche durch ein und denselben Abscheidungsprozeß auf einem Substrat gebildet werden, zu separieren, nachdem sämtliche Einheiten fertiggestellt worden sind.
  • Nachdem die Durchgangslöcher gebohrt und geglüht worden sind, wird eine Thermistor-Paste in einem vorherbestimmten Muster auf die Vorderseite des Substrates 405 aufgebracht, um einen Thermistor 409 zu bilden, wie er in 4 dargestellt ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Thermistor 409 von einer separaten Komponente gebildet, welche nicht unmittelbar auf das Substrat aufgeformt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Thermistor-Paste die Stücknummer ESL 2414, welche von Electro-Science Laboratories, Inc. erhältlich ist. Die Thermistor-Paste 501 wird vorzugsweise mit einer Dicke von etwa 15 bis 29 μm im getrockneten Zustand (10 bis 22 μm im gebrannten Zustand) aufgebracht. Die Thermistor-Paste wird im Ofen getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 800 bis 1000°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß der Thermistor 409 aus einem beliebigen Material gefertigt sein kann, welches eine Information an eine externe Steuereinrichtung liefert, mittels welcher die Temperatur der Sensoreinheit 400 gesteuert werden kann. Der Thermistor wird vorzugsweise in Nachbarschaft eines beliebigen Sensors angeordnet, welcher besonders temperaturempfindlich ist oder sich zur Messung eines temperaturempfindlichen Analyten eignet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können eine Mehrzahl an Sensoren und unabhängig voneinander steuerbaren Heizeinheiten verwendet werden, um die Temperatur eines jeden Sensors und die lokale Temperatur des Analyten an verschiedenen Stellen entlang dem Durchflußweg zu steuern.
  • Nachdem die Thermistor-Paste aufgebracht, getrocknet und gebrannt worden ist, wird das Substrat 405 vorzugsweise in einer Vakuumeinrichtung plaziert. Die Vakuumeinrichtung (nicht dargestellt) weist eine Mehrzahl an Vakuumanschlüssen auf, welche jeweils in Kontakt mit der Öffnung eines Durchgangsloches an der Vorderseite des Substrates angeordnet sind. Vorzugsweise befindet sich jeder Vakuumanschluß zugleich in Flucht mit einem der Durchgangslöcher, um in einem jeden Durchgangsloch des Substrates einen relativ niedrigen Druck im Vergleich mit dem Umgebungsdruck an der Außenseite der Durchgangslöcher zu erzeugen. Eine metallische Paste, welche vorzugsweise mit dem zur Bildung der metallischen Lage der Elektroden der Elektrolytsensoren zu verwendenden Metall kompatibel ist, wie es weiter unten näher erläutert ist, wird auf jedes Durchgangsloch an der Rückseite des Substrates 405 aufgebracht. Das aufgebrachte Metall bildet eine leitfähige Anschlußstelle über dem Durchgangsloch. Indes wird ein Teil des Metalls aufgrund des an der Vorderseite des Substrates 405 anliegenden Vakuums in die Durchgangslöcher eingesogen. Die metallische Paste gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Silber-Paste, wie eine solche mit der Stücknummer ESL 9912F, welche von Electro-Science Laboratories, Inc. erhältlich ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die metallische Paste durch eine Schablone mit einer Maschenweite von 635 Fäden pro cm (250 Fäden pro Inch) (jeder Faden weist einen Durchmesser von etwa 0,00406 cm (0,0016 Inch) und einen Abstand von etwa 0,00635 cm (0,0025 Inch) auf) und mit einer Emulsionsdicke von etwa 0,00178 cm (0,0007 Inch) aufgebracht. Die Emulsion wird zur Bildung einer Maske entwickelt, welche es der metallischen Paste ermöglicht, nur an den Stellen der Durchgangslöcher an der Rückseite des Substrates 405 die Schablone zu passieren. Die metallische Paste wird durch die Schablone zu Säulen über einem jeden Durchgangsloch geformt. Die Säulen aus metallischer Paste werden sodann nach unten in die Durchgangslöcher gepreßt, indem der durch die Vakuumeinrichtung verursachte Druck abgesenkt wird. Dieser Vorgang wird vorzugsweise zweimal durchgeführt, um sicherzustellen, daß jedes Durchgangsloch mit der Silber-Paste befüllt worden ist.
  • Anschließend wird das Substrat umgedreht, um die Rückseite des Substrates 405 mit den Vakuumanschlüssen in Kontakt zu bringen. Die Anschlüsse werden mit den Durchgangslöchern fluchtend ausgerichtet, über welchen die Hämatokrit-Elektroden aufgebracht werden sollen. Das Metall, mit welchem die Vorderseite der Durchgangslöcher befüllt wird, wird vorzugsweise derart ausgewählt, daß es mit dem jeweiligen Metall kompatibel ist, aus welchem die über dem Durchgangsloch auszubildende Elektrode gebildet werden soll. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Hämatokrit-Elektroden unter Verwendung von Platin gebildet. Aus diesem Grund ist das metallische Material, welches die Vorderseite der Durchgangslöcher ausfüllt und an der Vorderseite des Substrates leitfähige Anschlußstellen bildet, vorzugsweise eine Silber-/Platin-Paste, wie eine Mischung aus Silber-Paste mit der Stücknummer QS175, erhältlich von DuPont Electronics, und Platin-Paste mit der Stücknummer ESL 5545, erhältlich von Electro-Science Laboratories, Inc. Die Verwendung einer Silber-/Platin-Paste sorgt für eine kompatible Verbindung zwischen den Hämatokrit-Sensorelektroden aus Platin und dem leitfähigen Material aus Silber, welches die Rückseite der Durchgangslöcher ausfüllt, welche sich unterhalb der Hämatokrit-Sensorelektroden befinden. Die Mischung weist bevorzugt 50 Teile Silber und 50 Teile Platin auf. Indes können gemäß einer alternativen Ausführungsform andere Legierungen aus Silber und Platin verwendet werden. Darüber hinaus kann eine beliebige Legierung verwendet werden, welche mit Platin kompatibel ist (d.h. welche mit Platin eine feste Lösung bildet). In einem weiteren Schabloniervorgang wird vorzugsweise jedes der anderen elf Durchgangslöcher (d.h. jedes der Durchgangslöcher mit Ausnahme der beiden, über welchen die Hämatokrit-Elektroden 403b, 403c aufgebracht werden sollen) von der Vorderseite des Substrates 405 unter Verwendung derselben metallischen Paste, welche zuvor zum Befüllen der Durchgangslöcher von der Rückseite des Substrates verwendet worden ist, befüllt. Leitfähige Anschlußstellen, welche den an der Rückseite des Substrates 405 gebildeten Anschlußstellen ähneln, werden an der Vorderseite des Substrates 405 ausgebildet. Die Befüllung der Durchgangslöcher sowohl von der Vorderseite als auch von der Rückseite des Substrates stellt sicher, daß das gesamte Durchgangsloch ausgefüllt und daß ein elektrischer Kontakt mit geringem Wider stand zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Substrates durch jedes Durchgangsloch erzeugt wird.
  • 6a zeigt eine Darstellung eines Musters, welches eine Heizeinheit 601 bildet, wenn sie auf das Substrat 405 gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebracht worden ist. Bei der dargestellten Ausführungsform bildet die Heizeinheit 601 im wesentlichen ein komplexes, serpentinenförmiges Muster. In 6a sind ferner eine Mehrzahl an elektrisch leitenden Trassen wiedergegeben, welche elektrische Leiterbahnen für Strom und/oder elektrische Spannung zwischen den Elektroden der Sensoren 403 und den Anschlußstiften einer Leiterbahn bilden, welche auf dem Substrat angebracht werden, wie es weiter unten näher erläutert ist. Die Heizeinheit 601 ist vorzugsweise auf die Rückseite des Substrates 405 aufgebracht. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird einer Heizer-Pastenmischung mit 10 Teilen der Stücknummer 9635-B, erhältlich von Heraeus Cermalloy, und 90 Teilen der Stücknummer 7484, erhältlich von DuPont Electronics, mit einer Dicke von 15 bis 33 μm im getrockneten Zustand (7 bis 20 μm im gebrannten Zustand) aufgebracht. Gemäß einer Ausführungsform kann an die Durchgangslöcher Vakuum angelegt werden, um jedes offen bleibende Durchgangsloch abzudichten. Dem Fachmann offensichtlich, daß die Heizeinheit von einer beliebigen Heizeinheit gebildet sein kann, welche für eine Wärmequelle sorgt, die auf einfache Weise von einer Steuereinrichtung regulierbar ist, welche von dem Thermistor 409 Informationen über die Temperatur erhält. Ferner ist ohne weiteres ersichtlich, daß die speziellen Trassen, welche die Leiterbahnen 603 beschreiben, bei alternativen Ausführungsformen der Erfindung variieren können.
  • Nachdem die Heizeinheit 601 und die Leiterbahnen 603 aufgebracht worden sind, wird eine Reihe von dielektrischen La gen 419 auf die Rückseite des Substrates 405 aufgebracht, welche die Heizeinheit 601 und die Leiterbahnen 603 von zusätzlichen Lagen, welche später über der Heizeinheit 601 und den Leiterbahnen 603 aufgebracht werden sollen, elektrisch isolieren. Die dielektrischen Lagen umfassen Öffnungen, durch welche "Durchgänge" gebildet werden können, um für elektrische Kontaktbahnen zu den Leiterbahnen 603 durch die dieletrischen Lagen hindurch zu sorgen. Eine dielektrische Paste (wie eine solche gemäß Stücknummer 5704, erhältlich von E. I. DuPont) wird auf die Rückseite des Substrates 405 aufgebracht, vorzugsweise unter Verwendung einer herkömmlichen Dickfilm-Schablonentechnik. Die zum Aufbringen der dielektrischen Paste verwendete Schablone maskiert alle Stellen mit Ausnahme derer, an welchen ein Durchgang gebildet werden soll. 6b zeigt eine Darstellung der Rückseite des Substrates 405, nachdem eine jede der dielektrischen Lagen 419 aufgebracht worden ist. Es sei darauf hingewiesen, daß die Heizeinheit 601 und die Leiterbahnen 603 mit unterbrochenen Linien dargestellt sind, um das Vorhandensein der dielektrischen Lage 419 über der Heizeinheit 601 und den Leiterbahnen 603 anzudeuten. Nachdem zwei Lagen der dielektrischen Paste aufgebracht, getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 800°C bis 950°C gebrannt worden sind, wird eine metallische Paste, wie eine Mischung aus Palladium/Silber, welche gemäß einer bevorzugten Ausführung eine solche gemäß Stücknummer 7484, erhältlich von E. I. DuPont, sein kann, auf diejenigen Stellen 750 aufgebracht, an welchen die Durchgänge ausgebildet werden sollen. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können andere Edelmetallmischungen eingesetzt werden, um den gewünschten Widerstandswert in dem zugänglichen Oberflächenbereich zu erreichen. Die metallische Paste wird sodann bei 800°C bis 950°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt. Zwei weitere Lagen dielektrischer Paste und Metallpaste werden aufgebracht, wobei eine jede dieser Lagen un mittelbar nach Aufbringen bei 800°C bis 950°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt wird. Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß andere Verfahren zum Aufbringen der dielektrischen Lage und der Durchgänge keine Mehrlagigkeit des Dielektrikums und des Metalls erfordern mögen. Indes werden aufgrund der Limitierung der Dicke der Lagen, welche durch eine Schablone aufgebracht werden, vorzugsweise mehr als eine Lage sowohl dielektrischer Paste als auch metallischer Paste aufgebracht. Die dielektrischen Lagen zwischen den leitfähigen Bahnen der Heizeinheit 601 bilden eine Höhe, welche ungefähr der Höhe der dielektrischen Lage über der Heizeinheit 601 entspricht, so daß eine verhältnismäßig ebene Fläche an der Rückseite der Sensoreinheit 400 gegeben ist.
  • Nachdem die letzte dielektrische Lage 419 aufgebracht worden ist, wird eine zweite Lage von Leiterbahnen aufgebracht. 7 zeigt eine Darstellung einer zweiten leitfähigen Lage einschließlich der zweiten Lage an Leiterbahnen 410, einer Mehrzahl an Anschlußstellen 411 und Anschlüssen 803 an den Widerstand 412 (siehe 5). Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die zweite leitfähige Lage aus einer metallischen Paste, wie einer Palladium-/Silber-Paste, gebildet, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine solche gemäß Stücknummer 7484, erhältlich von E. I. DuPont, ist. Die zweite leitfähige Schicht wird anschließend im Ofen getrocknet und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 800°C bis 950°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt. Die Leiterbahnen 410 und die leitenden Anschlußstellen 411 vervollständigen die Verbindung zwischen den Sensorelektroden und externen Einrichtungen (nicht gezeigt), welche an die mit der Anschlußstelle 411 verbundene Leiterbahn angeschlossen werden. Die zweite Lage von Leiterbahnen wird im Ofen getrocknet und bei einer Temperatur im Bereich von etwa 800°C bis 950°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Leiterbahnen 603, 410 auf nur zwei Lagen aufgebracht (d.h. die Heizeinheit-Lage und die Anschlußstellen-Lage). Indes können gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei welcher es die Geometrie der Sensoreinheit 400 schwierig macht, die Leiterbahnen von einem jeden Sensor an eine geeignete elektrische Kontaktstelle zu führen, mit welcher ein Anschluß elektrisch verbunden werden kann, mehr als zwei Lagen mit Leiterbahnen verwendet werden. Bei einer solchen Ausführungsform ist eine jede solche leitende Lage vorzugsweise durch wenigstens eine Lage eines isolierenden dielektrischen Materials getrennt.
  • Nachdem die zweite Lage von Leiterbahnen auf die Rückseite des Substrates 405 aufgebracht worden ist, wird eine jede der Lagen, welche die Elektroden der Sensoren 403 bilden, auf die Vorderseite des Substrates 405 aufgebracht. Zugleich mit dem Aufbringen der ersten Metallage einer jeden Elektrode werden Kontakte 414 mit dem Thermistor 409 aufgebracht, um den Thermistor mit den Durchgangslöchern zu verbinden, welche in Nachbarschaft des Thermistors 409 angeordnet sind (siehe 4). 8 zeigt eine Darstellung eines Sauerstoffsensors 403b' gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Beide Sauerstoffsensoren 403b und 403b' stellen im wesentlichen herkömmliche amperometrische Zellen dar. Der einzige Unterschied des in 4 wiedergegebenen Sauerstoffsensors 403b und des Sauerstoffsensors 403b' gemäß 8 besteht in der Ausgestaltung der Anoden 701, 701'. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Anoden 701, 701' von im wesentlichen geradlinigen Leiterbahnen gebildet, welche an dem distalen Ende 703, 703' aus ihrer Ge radlinigkeit umgebogen sind. Die Fläche der Anode ist vorzugsweise mindestens 50 mal größer als die Fläche der Kathode, um einen stabilsten Betrieb sicherzustellen. Ferner beträgt der Abstand zwischen der Anode und der Kathode vorzugsweise etwa 0,0508 bis 0,0762 cm (0,020 bis 0,030 Inch), um sicherzustellen, daß das über die Anode aufgebaute Potential bezüglich der Kathode nicht zu groß wird. Es sei darauf hingewiesen, daß die Anode des Sauerstoffsensors so ausgestaltet sein kann, daß sie eine beliebige Anzahl an alternativen Formen annimmt. Die beiden gezeigten Ausgestaltungen sind lediglich exemplarisch für die Form der Anode gemäß zwei speziellen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Metall, wie eine Silber-Paste, Stücknummer QS 175, erhältlich von DuPont Electronics, aufgebracht, um die Anode 701, 701' des Sauerstoffsensors 403b' zu bilden. Stattdessen kann ein beliebiges, für die Verwendung zur Bildung der Anode einer amperometrischen Zelle geeignetes Metall eingesetzt werden, wie Platin, Ruthenium, Palladium, Rhodium, Iridium, Gold oder Silber. Ein distales Ende 703, 703' der Anode 701, 701' wird über eines der oben beschriebenen, das Substrat 403 durchsetzenden Durchgangslöcher 705 aufgebracht.
  • Sodann die der Kathodenleiter 707 aufgebracht. Ein distales Ende 709 des Kathodenleiters 707 wird über ein weiteres der das Substrat 403 durchsetzenden Durchgangslöcher 711 aufgebracht. Der Kathodenleiter 707 und die Anode 701. 701' werden im Ofen getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 800°C bis 950°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt.
  • In 9 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnittes des Substrates 405 wiedergegeben, durch welchen ein Sensor-Durchgangsloch 702 gebildet ist und auf welchen metallische Lagen einer ionenempfindlichen Sensorelektrode aufgebracht worden sind. Zugleich mit dem Aufbringen des Sauerstoffsensors 403b und durch Aufbringen derselben Art Material (vorzugsweise Silber), welches zur Bildung der metallischen Lagen der Anode 701, 701' des Sauerstoffsensors 403b aufgebracht wird, wird eine erste metallische Lage 704 einer jeden Elektrode in Verbindung mit einem jeden weiteren Sensor 403a, 403e–403h und der Referenzelektrode 407 auf das Substrat über einem Durchgangsloch 702 aufgebracht. Im Falle der Sensoren 403a, 403e–403h, welche eine oberhalb der metallischen Lage angeordnete polymere Lage aufweisen, wird eine zweite metallische Lage 706, vorzugsweise aus demselben Material wie die erste metallische Lage 704, über die erste metallische Lage 704 aufgebracht, um jegliche Beeinträchtigung der Ebenheit des Oberfläche aufgrund des Vorhandenseins des unterhalb der ersten metallischen Lage 704 angeordneten Durchgangsloches 702 zu verringern. Dies bedeutet, daß die Elektroden, welche über einem Durchgangsloch 702 mit nur einer Lage aus dem metallischen Material gebildet sind, dazu neigen, oberhalb des Durchgangsloches 702 eine Vertiefung entwickeln. Eine solche Vertiefung hat in der Regel keinerlei Auswirkung, sofern die Elektrode nicht mit einer polymeren Membran beschichtet werden soll.
  • Bei Sensoren, welche mit polymeren Membranen versehen sind, kann eine solche Vertiefung jedoch dazu führen, daß die Membran in die Elektrode 704 eingebettet wird. Als Folge einer solchen Verformung läßt sich keine optimale Leistung erzielen. Dies bedeutet, daß eine sehr gleichförmige Geometrie der Membran zum Erzielen einer optimalen Funktion und Leistung des Sensors von Bedeutung ist. Dies wird im Hinblick auf die Tatsache deutlich, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Dicke einer polymeren Membran, welche über die metallischen Lagen 704, 706 aufgebracht wird, dadurch festgelegt wird, indem ein kontrollierter Volumenanteil einer Membranlösung in den Hohlraum eines Sensors mit wohldefinierten Abmessungen eingebracht wird (wie es weiter unten näher erläutert ist). Die über der metallischen Lage 706 gebildete Membran ist sehr dünn (d.h. etwa 5 bis 250 μm). Jegliche Veränderung der Dicke der Membran an einem Punkt beeinflußt die Dicke der Membran an jedem anderen Punkt. Solche Veränderungen der Dicke der Membran wirken sich nachteilig auf die Leistung des Sensors 403 aus. Wenn eine Vertiefung in der metallischen Lage vorhanden ist, welche unterhalb der polymeren Membran angeordnet ist, wird die Membran folglich über der Vertiefung dicker und somit über dem Rest der Elektrode dünner ausgebildet. Das Aufbringen einer zweiten metallischen Lage 706 gleicht eine jegliche solcher Vertiefungen aus, welche andernfalls vorhanden sein könnten. Die zweite metallische Lage 706 besitzt vorzugsweise einen anderen Durchmesser als die erste metallische Lage 704, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, daß die metallischen Lagen aufgrund des scharfen Randes, welcher umfangsseitig entstünde, sofern sowohl die erste als auch die zweite metallische Lage 704, 706 denselben Durchmesser aufwiesen, die polymere Membran durchstoßen. Weil das Vorhandensein einer Vertiefung bei Elektroden von Sensoren, welche keine dünne Membran erfordern, keine Auswirkungen hat, sind diese Sensoren vorzugsweise mit nur einer metallischen Lage 704 ausgebildet.
  • Nachfolgend sind die bevorzugten Abmessungen der metallischen Lagen 704, 706 eines jeden Sensors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß auch andere Abmessungen zur Herstellung von Sensoren völlig geeignet sein können. Die erwähnten Abmessungen stellen indes einen Kompromiß zwischen einer verminderten Impedanz und einer reduzierten Größe dar. Ein Kompromiß ist erforderlich, weil der Wunsch besteht, einen Sensor in einem kleinstmöglichen Bereich an zuordnen, während der konkurrierende Wunsch besteht, einen Sensor mit einer verhältnismäßig geringen Impedanz auszubilden. Diese beiden Ziele sind aufgrund der inversen Beziehung zwischen der Größe und der Impedanz gegenläufig. Dies bedeutet im allgemeinen, daß die Größe umgekehrt proportional zu der Impedanz ist. Je größer die Abmessungen der Sensorelektrode sind, desto geringer ist aus diesem Grund die Impedanz dieser Elektrode.
  • Der Durchmesser der ersten metallischen Lage 704 des CO2-Sensors 403a, des pH-Sensors 403e und eines jeden Elektrolytsensors 403f, 403g, 403h beträgt 0,13716 cm (0,054 Inch). Der Durchmesser der zweiten Elektrodenlage 706 eines jeden dieser Sensoren beträgt 0,11684 cm (0,046 Inch). Die zweite Lage 706 ist über der ersten Lage 704 aufgebracht. Die metallische Lage 704 der Referenzelektrode ist im wesentlichen rechteckförmig mit abgerundeten Ecken mit einem Radius, welcher der Hälfte der Breite der Elektrode entspricht. Die Breite der Elektrode beträgt vorzugsweise 0,0254 cm (0,01 Inch), während die Länge vorzugsweise 0,2032 cm (0,08 Inch) beträgt. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß die Referenzelektrode in zahlreichen anderen Formen ausgestaltet sein kann. Nachdem die erste metallische Lage 704 aufgebracht worden ist, wird das Substrat 405 im Ofen getrocknet und bei etwa 800°C bis 900°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt. Nach dem Aufbringen wird die zweite metallische Lage 706 auf ähnliche Weise getrocknet und gebrannt. Jede metallische Lage 704, 706 weist vorzugsweise eine Dicke von 16 bis 36 μm nach dem Trocknen und eine Dicke von 7 bis 25 μm nach dem Brennen auf.
  • In 10 ist eine Querschnittsansicht einer der Hämatokrit-Sensorelektroden 403c dargestellt. Es ist nur eine der beiden Elektroden 403c, 403d wiedergegeben, da beide im wesentlichen identisch sind. Gemäß einer bevorzugten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich das zur Bildung der Elektroden des Hämatokrit-Sensors 403c, 403d verwendete Metall von dem Metall 704, 706, welches zur Bildung der Elektrolytsensoren 403f, 403g, 403h, des pH-Sensors 403e, des Sauerstoffsensors und der Referenzelektrode 407 verwendet wird. Aus diesem Grund sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, daß die Elektroden des Hämatokrit-Sensors 403c, 403d durch Aufbringen einer dritten metallischen Lage 1001 gebildet sind. Da über der metallischen Lage 1001 der Hämatokrit-Elektroden 403c, 403d keine polymere Membran angeordnet werden muß, weisen die Hämatokrit-Elektroden 403c, 403d vorzugsweise nur eine metallische Lage auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zur Bildung der Elektroden für die Hämatokrit-Sensoren 403c, 403d eingesetzte Metall ein Cermet-/Platin-Leiter, wie ein solcher gemäß Stücknummer ESL 5545, erhältlich von Electro-Science Laboratories, Inc. Der Durchmesser der metallischen Lage 1001 einer jeden Hämatokrit-Sensorelektrode 403c, 403d beträgt 0,13716 cm (0,054 Inch). Die Hämatokrit-Sensorelektroden 403c, 403d sind vorzugsweise mit einem Abstand von etwa 0,381 cm (0,15 Inch) voneinander angeordnet.
  • Nach Bildung der metallischen Lage 1001 der Hämatokrit-Sensorelektroden 403c, 403d wird der Kathodenleiter 707 (siehe 8) aufgebracht. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kathodenleiter 707 aus einer Gold-Paste gebildet, wie eine solche gemäß Stücknummer ESL 8880H, erhältlich von Electro-Science Laboratories, Inc. Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß der Kathodenleiter 707 aus einem beliebigen Metall gefertigt werden kann, wie es gemeinhin zur Bildung einer Kathode einer herkömmlichen amperometrischen Zelle verwendet wird. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß der Grad an Verunreinigungen in der Paste die Sensoreigenschaften nega tiv beeinflußt. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die spezielle Geometrie des Kathodenleiters 707 von der in 8 wiedergegebenen abweichen. Zur gleichen Zeit, zu welcher der Kathodenleiter 707 aufgebracht wird, wird vorzugsweise ein Paar von Laser-Targets 417, 418 aufgebracht. Die Laser-Targets 417, 418 dienen als Referenzpunkt, welcher zu Bildung der Kathode 717 verwendet wird, wie es weiter unten näher erläutert ist. Nach dem Abscheiden wird der Kathodenleiter 707 getrocknet und bei einer Temperatur von etwa 800°C bis 950°C etwa 1 bis 20 Minuten lang gebrannt.
  • Nachdem der Kathodenleiter 707 getrocknet und gebrannt worden ist, wird mit Vorzug ein Widerstand 412 auf die Rückseite des Substrates 405 aufgebracht, wie es der 5 zu entnehmen ist. Der Widerstand 412 wird mit der Heizeinheit 601 in Reihe geschaltet, um den durch die Heizeinheit fließenden Strom während der elektrischen Leitung auf ein geeignetes Maß zu begrenzen. Sodann wird eine erste Lage eines Einbettmaterials auf die Vorderseite des Substrates 405 aufgebracht. In 11 ist eine Querschnittsansicht eines Sensors 403 mit Darstellung der ersten Lage des Einbettmaterials 901 wiedergegeben. 12 zeigt eine Querschnittsansicht eines der Hämatokrit-Sensoren 403c mit Darstellung der ersten Lage des Einbettmaterials 901. Es sei darauf hingewiesen, daß die 10 und 11 nicht maßstabsgetreu sind und daß die erste Lage des Einbettmaterials 901 vorzugsweise sehr dünn ist (d.h. vorzugsweise nur wenige Mikrometer). Das Einbettmaterial 901 wird im wesentlichen auf die gesamte Vorderseite des Substrates 405 aufgebracht, um die Oberfläche des Substrates zur Aufnahme eines Polymers vorzubereiten, wie es weiter unten näher erläutert ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Einbettmaterial 901 durch eine Schablone unter Anwendung einer herkömmlichen Dickschicht-Technik aufgebracht. Die Schablone besitzt vorzugsweise eine Dichte von 635 Fäden pro cm (250 Fäden pro Inch) (mit einem Fadendurchmesser von etwa 0,00406 cm (0,0016 Inch) und einer Emulsionsdicke von 0,00178 cm (0,0007 Inch)). Die Schablone maskiert das Einbettmaterial 901, so daß es nicht über dem Thermistor 409 und den metallischen Lagen 704, 706 eines jeden Sensors aufgebracht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind das distale Ende 703, 703' der Anode 701, 701' und der gesamte Kathodenleiter 717 jedoch eingebettet, wie es beispielsweise der 8 zu entnehmen ist. Vorzugsweise wird ein qualitativ hochwertiges Einbettmaterial verwendet, welches in Gegenwart einer ätzenden Lösung (wie Blut oder anderen wäßrigen Lösungsmitteln) keiner chemischen Veränderung unterliegt. So ist das Einbettmaterial gemäß einer bevorzugten Ausführungsform z.B. ein solches gemäß Stücknummer ESL 4904, erhältlich von Electro-Science Laboratories, Inc. Der Thermistor 409 wird jedoch mit Vorzug nicht in ein solches qualitativ hochwertiges Einbettmaterial eingebettet, da solche qualitativ hochwertigen Einbettmaterialien üblicherweise ein Brennen bei hohen Temperaturen erfordern (beispielsweise 850°C in Falle des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Einbettmaterials). Solch hohe Temperaturen verursachen eine Verformung des Thermistors 409. Aus diesem Grund kann der Thermistor erst nach dem Brennen des qualitativ hochwertigen Einbettmaterials eingebettet werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Thermistor 409 daher in ein Einbettmaterial eingebettet, welches bei einer niedrigeren Temperatur gebrannt werden kann.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine zweite Lage von Einbettmaterial 905 nur über den Kathodenleiter 707 aufgebracht, um sicherzustellen, daß der Kathodenleiter zuverlässig isoliert ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die zweite Lage von Einbettmaterial 905 mittels zwei Schabloniervorgängen aufgebracht, um für die gewünschte Gesamtdicke der ersten sowie der zweiten Lage von Einbettmaterial in der Größenordnung von 27 bis 47 μm zu sorgen. Während gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch eine unterschiedlich dicke Lage von Einbettmaterial verwendet werden kann, sorgt eine Dicke im Bereich von etwa 27 bis 47 μm für eine zufriedenstellende Isolierung des Kathodenleiters 707. Ferner sorgt eine einzige Lage von Einbettmaterial für eine hinreichende Oberflächenbehandlung des Substrates 405, um ein Polymer aufbringen und an das Substrat 405 binden zu können, wie es weiter unten näher erläutert ist.
  • Nachdem das Einbettmaterial 901, 905 auf den Kathodenleiter 707 aufgebracht worden ist, wird durch das Einbettmaterial 901, 905 vorzugsweise ein Loch mittels Laser gebohrt, um einen Teil des Kathodenleiters 707 freizulegen und derart die Kathode 717 zu bilden. Die Kathode kann entweder vor oder nach dem Brennen des Einbettmaterials mittels Laser gebohrt werden. Die Laser-Targets 417, 418 werden verwendet, um die Laservorrichtung visuell auszurichten, um das Loch an der richtigen Stelle zu bohren. Dies bedeutet, daß der untere horizontale Rand des Targets 417 eine Linie in horizontaler Richtung festlegt. Gleichermaßen legt der ganz linke Rand des Laser-Targets 418 eine Linie in vertikaler Richtung fest. Die Kathode wird dann an dem Schnittpunkt dieser beiden Linien gebildet. Stattdessen kann die Kathode 717 dadurch gebildet werden, daß ein Teil des Kathodenleiters 707 maskiert wird, um zu verhindern, daß das Einbettmaterial 901 über diesem Teil des Kathodenleiters 707 abgeschieden wird. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Kathode 717 einem chemischen Ätzmittel ausgesetzt werden. Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß eine Vielzahl an anderen Verfah ren eingesetzt werden kann, um einen Teil des Kathodenleiters 707 zur Bildung der Kathode 717 freizulegen.
  • Nachdem die erste und zweite Lage von Einbettmaterial auf die Vorderseite des Substrates 405 aufgebracht worden ist, wird ein Thermistor-Einbettmaterial 413 über den Thermistor 409 aufgebracht. Das Thermistor-Einbettmaterial 413 kann bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur (wie etwa 595°C) gebrannt werden, so daß das Brennen des Thermistor-Einbettmaterial 413 die Geometrie des Thermistors 409 nicht beeinträchtigt. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Thermistor-Einbettmaterial 413 mittels zwei Schabloniervorgängen aufgebracht, um die gewünschte Dicke zu erzielen und sicherzustellen, daß sich in dem Einbettmaterial 413 keine Poren bilden. Dem Fachmann ist offensichtlich, daß das über dem Thermistor 409 angeordnete Einbettmaterial relativ dünn bleiben sollte, um zu vermeiden, daß eine Verzögerung der Temperaturerfassung der Sensoreinheit 400 verursacht wird. Ferner wird an der Rückseite des Substrates 405 über dem Widerstand 412 ein Widerstand-Einbettmaterial 415 aufgebracht. Das Widerstand-Einbettmaterial 415 ist vorzugsweise aus demselben Material gebildet wie das Thermistor-Einbettmaterial 413.
  • Nachdem das Widerstand-Einbettmaterial 413 auf die Rückseite des Substrates 405 aufgebracht worden ist, wird eine erste Polymerlage 1101 auf die Vorderseite des Substrates 405 aufgebracht. Die erste Polymerlage 1101 bildet (gemeinsam mit der ersten Lage von Einbettmaterial 901) die untere Wand 902 einer Mehrzahl an Sensor-Vertiefungen 903 (siehe 11 und 12). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Polymer schablonierbar, absorbiert minimal Feuchtigkeit, isoliert den chemischen Aufbau der Membran chemisch von benachbarten Vertiefungen und bildet eine starke Lösungsbindung mit der polymeren Membran und bildet ferner eine starke Bindung mit den dielektrischen Lagen, wenn es auf die Innenfläche einer Vertiefung mittels eines geeigneten Lösungsmittels (wie Tetrahydrofuran, Xylol, Dibutylester und Carbitolacetat oder ein beliebiges Lösungsmittel auf der Basis von Cyclohexanon) bei der Membranbildung aufgebracht wird, wie es weiter unten näher erläutert ist.
  • Das zur Bildung der Lage 1101 eingesetzte Polymer ist vorzugsweise eine Zusammensetzung aus 28,1 Acrylharz, 36,4 Carbitolacetat, 34,3% kalziniertes Kaolin, 0,2% verdampfte Kieselsäure und 1,0% Silan, jeweils in Mass.-%. Das Acrylharz ist vorzugsweise ein verhältnismäßig niedermolekulares Polyethylmethacrylat, wie ein solches gemäß Stücknummer 2041, erhältlich von DuPont Elvacite. Das kalzinierte Kaolin ist vorzugsweise ein silanisiertes Kaolin, wie ein solches gemäß Stücknummer HF900, erhältlich von Engelhard. Das Sialn ist vorzugsweise ein Epoxysilan, wie Trimethoxysilan. Das Silan bindet an die Hydroxylgruppen des Glas-Einbettmittels auf dem Substrat und behält ferner eine freie funktionelle Gruppe, um mit der funktionellen Gruppe des Harzes vernetzt zu werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die erste Polymerlage 1101 mittels drei Schabloniervorgängen aufgebracht, um die gewünschte Dicke zu erzielen (d.h. vorzugsweise etwa 0,00508 cm (0,002 Inch)). Die erste Polymerlage wird nach jedem Schabloniervorgang getrocknet. Eine zweite Polymerlage 1103 wird aufgebracht, um eine obere Wand 904 der Sensor-Vertiefungen 903 zu bilden. Die erste und zweite Polymerlage 1101, 1103 unterscheiden sich lediglich in dem Durchmesser über der Vertiefung an der unteren Wand 902 der Vertiefung und an der oberen Wand 904 der Vertiefung und in der Anzahl an Schabloniervorgängen, welche zum Erzielen der gewünschten Tiefe erforderlich sind. Im Falle der zweiten Polymer- Polymerlage wird nach jedem Schabloniervorgang getrocknet. Ferner wird das Polymer nach den letzten beiden Vorgängen sowohl schabloniert als auch ausgehärtet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der letzte Schabloniervorgang auch entbehrlich sein, wenn die zweite Polymerlage die gewünscht Dicke erreicht hat (d.h. vorzugsweise 0,0191 bis 0,0267 cm (0,0075 bis 0,0105 Inch) nach Aushärtung).
  • Der Durchmesser der Vertiefungen wird vorzugsweise sorgfältig kontrolliert, um zur Steuerung des Aufbringens der Membranen (d.h. Form und Dicke der Membranen), welche über den Elektroden der Sensoren plaziert werden, beizutragen. Dies bedeutet, daß es die Sensor-Vertiefungen einem Tröpfchen der polymeren Membranlösung ermöglichen, festgehalten und in eine punktsymmetrischen Form über der Elektrode mit hinreichendem Flächenkontakt mit den Wänden der Vertiefung gebracht zu werden, um sicherzustellen, daß die Membran hinreichend physikalisch anhaften bleibt.
  • Die Sensor-Vertiefungen 903 für den pH-Sensor 403e, die Elektrolytsensoren 403f, 403g, 403h und den Hämatokrit-Sensor 403c, 403d besitzen vorzugsweise jeweils eine Gesamttiefe von etwa y = 0,0191 cm (0,0075 Inch), einen Durchmesser an der oberen Wand 904 von etwa x1 = 0,178 cm (0,070 Inch) und an der unteren Wand von etwa x2 = 0,152 cm (0,06 Inch) (vgl. 11). Der Durchmesser x3 der Vertiefung des Kohlendioxidsensors 903 ist geringfügig größer als der Durchmesser x1 der Elektrolytsensoren 403e–403f und der Hämatokrit-Sensorelektroden 403b, 403c. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Durchmesser x3 0,198 cm (0,078 Inch) (vgl. 12). Es ergibt sich von selbst, daß eine Membran derselben Dicke dadurch erzeugt werden kann, indem der Durchmesser der Sensor-Vertiefung 903 vergrößert und die Volumenmenge der Membranlösung, welche auf den Sen sor aufgebracht wird, im Verhältnis zu der Vergrößerung des Volumens der Vertiefung erhöht wird. Gleichermaßen kann dieselbe Dicke dadurch erzeugt werden, indem der Durchmesser der Sensor-Vertiefung 903 verkleinert und die Volumenmenge der Membranlösung proportional verringert wird. Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Sensor-Vertiefungen gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Form besitzen können, welche von der vorstehend beschriebenen, im wesentlichen zylindrischen Form abweicht. So können die Elektroden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beispielsweise eine ovale Form aufweisen, um das erforderliche Probevolumen zu verringern. Indes sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, daß die Sensor-Vertiefungen entweder zylindrisch oder im wesentlichen konisch ausgebildet sind.
  • Nachdem die Sensor-Vertiefungen 903 ausgebildet und die Polymerlagen getrocknet worden sind, wird jede potentiometrische Silber-Elektrode chemisch chloriert, um eine Lage von Silberchlorid zu erzeugen. Die Vertiefung 903 eines jeden ionenempfindlichen Sensors wird mit einem Elektrolyt befüllt, welcher für den jeweiligen Typ Sensor 403 geeignet ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt der für die Natrium-, Kalium- und Calcium-Sensorelektroden verwendete Elektrolyt Ionen von anorganischen Salzen, welche in Lösung dissoziieren, wie NaCl, KCl oder CaCl2. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Elektrolytlösung in einen festen Zustand verdampft. Alternativ kann der Elektrolyt flüssig bleiben oder ein hygroskopisches, nicht wasserlösliches Gel bilden, welches als Träger zur Immobilisierung des Elektrolyten dient. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein solches Gel vernetzt werden, nachdem es in die Vertiefung 903 überführt worden ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gel ferner mittels eines in der Lösung enthaltenen Katalysators einer Polymerisierung unterliegen. Bei einer solchen Ausführungsform wird das Gel durch Aktivierung des Katalysators mittels Wärme oder Bestrahlung polymerisiert.
  • Das gelierte Polymer ist vorzugsweise eine nachfolgend genanntes oder eine Mischung hieraus: (1) Stärke, (2) Polyvinyl, (3) Alkohol, (4) Polyacrylamid, (5) Poly(hydroxyethylmethacrylat) oder (6) Polyethylenglykol oder Polyethylenoxidether, oder ein anderes langkettiges hygroskopisches Polymer. Hygroskopische Polysaccharide oder natürliche Gelatine werden vorzugsweise der Elektrolytlösung zugesetzt.
  • Der für den pH-Sensor eingesetzte Elektrolyt weist vorzugsweise einen sauren pH-Wert im Bereich von etwa 3 bis 7 auf. Gemäß einer Ausführungsform ist der Elektrolyt von einer wäßrigen Lösung aus Kaliumhydrophosphat (KH2PO4) gebildet und enthält vorzugsweise 13,6 Gramm Kaliumhydrophosphat in einem Liter deionisiertem Wasser. Der Elektrolyt unterdrückt die Reaktion von Kohlendioxid und Wasser, um das Ausmaß, um welches das Kohlendioxid den pH-Wert des Elektrolyten beeinflußt, zu minimieren. Dies begünstigt das pH-Ansprechverhalten der Messung des pH-Wertes und minimiert das Ansprechverhalten auf CO2. Der Elektrolyt des pCO2-Sensors ist anfänglich alkalisch in einem Bereich von etwa 7 bis 14. Indes beträgt der pH-Wert des Elektrolyten gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgrund des Vorhandenseins von Bicarbonat-Ionen etwa 8. Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Elektrolyt für den pCO2-Sensor vorzugsweise 0,02 Mol Natriumbicarbonat in einem Liter deionisiertem Wasser. Es können Lösungen in entweder flüssiger oder gelförmiger Phase eingesetzt werden. Ein Sensor, welcher einen solchen Elektrolyt enthält, ist ferner aus dem US-Patent Nr. 5 336 388 der PPG Industries, Inc. bekannt.
  • Der Elektrolyt des Sauerstoffsensors 403a sorgt für einen Kontakt mit geringer Impedanz über die Anode und Kathode und erzeugt kein standard-chemisches Potential, wie es bei den vorerwähnten potentiometrischen Sensoren der Fall ist. Geeignete Elektrolyten sind NaCl und KCl. Der Elektrolyt kann entweder von einem Fluid oder von einem Gel gebildet sein. Der bevorzugte Einsatz des Elektrolyten ist in einer gepufferten Lösung, wie in einer solchen mit 0,1 Mol Kaliumhydrophosphit (KH2PO3).
  • Sämtliche der vorgenannten Elektrolyten werden vorzugsweise durch eine selektiv permeable, hydrophile Membran eingebettet, welche zum Einschließen des Elektrolyten gegen die Elektrode dient. Solche Membranen umfassen ein Polymer, einen Weichmacher, ein Ionophor, eine ladungsabschirmende Substanz und ein Lösungsmittel. Die Membranen sind von selektiv permeablen Barrieren gebildet, welche mit Ausnahme des gewünschten Ions einen freien Durchlaß sämtlicher Ionen unterbinden. Die Membran weist vorzugsweise ein inertes, in einem organischen Weichmacher dispergiertes, hydrophiles Polymer auf.
  • Wassermoleküle vermögen rasch durch solche Membranen hindurch zu diffundieren. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das inerte Polymer Polyvinylchlorid (PVC). Indes können gemäß alternativen Ausführungsformen andere für Ionen permeable Polymere eingesetzt werden, wie (1) copolymere Vinylether, (2) poröses Polytetrafluorethylen (PTFE), (3) Silikone, (4) Celluloseacetat, (5) Poly(methylmethacrylat), (6) Polystyrolacrylat, (7) Methacrylat-Copolymere, (8) Polyimide, (9) Polyamide, (10) Polyurethane, (11) Polybisphenol-A-carbonat (Polysiloxan/Poly(bisphenol-A-carbonat) blockierte Copolymere, (12) Polyvinylidenchlorid und (13) niedrigere Alkylacrylat- und Methacry lat-Copoymere und Polymere. Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß die vorstehende Auflistung nicht vollständig ist und daß andere solcher für Ionen permeable Polymere verwendet werden können.
  • Darüber hinaus umfassen geeignete Weichmacher (1) Dioctyladipat, (2) Bis(2-ethylhexyl)adipat), (3) Di-2-ethylhexyladipat, (4) Dioctylphthalat, (5) 2-Nitrophenyloctylether (NPOE), (6) Dioctylsebacat, (10) Diphenylether, (11) Dinonylphthalat, (12) Diphenylphthalat, (13) Di-2-nitrophenylether, (14) Glycerintriacetat, (15) Tributylphosphat, (16) Dioctylphenylphosphat und ähnliche langkettige Ether und Kohlenwasserstoffe sowie Kombinationen hiervon. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Kombination aus Bis (2-ethylhexyl)adipat, 2-Nitrophenyloctylether oder 0-Nitrophenyloctylether (NPOE) und Nitrobenzol als Weichmacher für den pH- und den CO2-Sensor verwendet. Als Weichmacher für den Calcium-, Kalium- und Natiumsensor wird vorzugsweise Dioctylphthalat verwendet.
  • Das Membranpolymer und die Weichmacher sind mit Vorzug in organischen Lösungsmitteln, wie Cyclohexanon, Tetrahydrofuran, Xylol, Dibutylester und Carbitolacetat, löslich. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden solche Lösungsmittel nach dem Aufbringen über der Elektrode durch Vakuumtrocknen bei Umgebungstemperatur oder bei niedrigen Temperaturen unter 100°C aus der Membran entfernt. Das Lösungsmittel weicht die organische Lage auf dem Substrat, welche die Membran trägt und den inneren Elektrolyt oberhalb der Elektrode einschließt, während es eine Durchdringung der Membran durch das Ion über den Komplexbildner oder das Ionophor ermöglicht. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der innere Elektrolyt nach dem Einbetten und vor der Verwendung über einen vorbestimmten Zeitraum hydratisiert, um zu gewährleisten, daß Wasser dampf die Membran permeiert und eine innere Elektrolytlösung gebildet wird, welche eine chemisch und physikalisch gleichmäßige Ladungsverteilung an der Elektrode erzeugt.
  • Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß ein beliebiges Ionophor oder ein beliebiger Ionenaustauscher, welches/welcher einen Vermittler für die Wechselwirkung des Ions mit der Umgebung darstellt und die Verlagerung des Ions erleichtert, zum Einsatz in der Membran gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist. So kann z.B. ein Ionophor oder ein Ionenaustauscher gemäß der vorliegenden Erfindung aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: (1) Tridodecylamin (TDDA), (2) Tri-n-dodecylamin, (3) Valinomycin (K+), (4) Methylmonesin (Na+) oder (5) Tridodecylmethyl-Ammoniumchlorid (Cl–). Ein lipophiles organisches Anion dient als Ausgleichsmittel, so wie vorzugsweise Tetraphenylborat vorhanden ist, um für Elektroneutralität zu sorgen. Die Membranen gemäß der vorliegenden Erfindung gewährleisten eine genaue Erfassung und schnelle Ansprechzeiten über einen langen Einsatzzeitraum.
  • Die Sauerstoffsensor-Membran beschränkt den Zugang von von Sauerstoff verschiedenen elektroaktiven Materialien an die Elektrodenfläche, während sie eine freie Diffusion von Sauerstoff an die Elektrodenfläche gewährleistet.
  • Sämtliche Membranlösungen werden in die Sensor-Vertiefungen mittels automatisierten Fluid-Dispensersystemen dispensiert. Solche Systeme umfassen drei Hauptbestandteile: einen horizontalen, in x-y-z-Richtung motorisierten und programmierbaren Tisch; (2) eine Präzisions-Fluiddosierpumpe (wie eine solche, welche von Fluid Metering, Inc. of Oyster Bay, New York (US) erhältlich ist); und (3) eine Steuereinheit in Form eines Personalcomputers. Alle drei Bestandteile sind mittels eines digitalen Kommunikationsprotokolls miteinander verbunden. Software zur Konfiguration und Dosierung einer Reihe von Mikrovolumina an Flüssigkeiten übermittelt die x-, y- und z-Positionen an den Tisch und an die Zeitsteuerung der Dosierpumpensteuerung. Die Dosierpumpe überführt in jede Vertiefung ein vorgegebenes Volumen an Elektrolyt oder Membranlösung aus einem Versorgungsbehälter über Röhrchen mit feinem Durchmesser in eine Nadel oder Düse, welche an den motorisierten Achsen des Tisches montiert ist, und sodann in die Vertiefung. Das Fluid kann mit einer Mehrzahl an verschiedenen Pumpen, Klemmrohr-, Drehschieber mit positiver Verlagerung oder Membranventilen erfolgreich dispensiert werden. Die Tropfengröße ist im allgemeinen nicht größer als der Durchmesser der Sensor-Vertiefung.
  • Nachdem wie wäßrige oder organische Lösung dispensiert worden ist, wird die Membran durch Trocknen oder Aushärten der Flüssigkeit erzeugt. Mittels Trocknung werden die Lösungsmittelkomponenten durch Verdampfen entfernt. Der Trocknungsvorgang kann durch Erwärmen oder Aufbringen eines Unterdrucks durchgeführt werden. Manche organische Lösungen lassen sich entweder thermisch oder durch Aussetzen ultravioletter Strahlung aushärten.
  • Es wurde gefunden, daß durch Kombination der Geometrie, der Membranzusammensetzung und der wäßrigen oder organischen inneren Elektrolyten Membranen mit minimaler Dicke und mit kontrollierten Diffusionswegen für potentiometrische Sensoren für verschiedene Konzentrationen an Gas erhalten werden können. Die Beseitigung von unebenen elektrischen Verbindungen mit der Elektrode durch die Verwendung eines Subminiatur-Durchgangsloches stellt eine bessere Kontrolle des elektrochemischen Prozesses sicher. Ferner verbessert die Verwendung von Subminiatur-Durchgangslöchern die Ebenheit der Bindungsfläche der auf das Substrat auflaminierten Po lymerbeschichtung für eine bessere Verbindung und Dichtigkeit der Durchflußzelle.
  • In 13 ist eine Draufsicht von oben auf eine Sensoreinheit 400 wiedergegeben, welche in einer Kunststoff-Umhüllung 1200 installiert ist. In 14 ist eine Querschnittsansicht der in der Kunststoff-Umhüllung 1200 installierten Sensoreinheit 400 dargestellt. Nachdem ein jeder Sensor vervollständigt worden ist, werden die Anschlußstellen 411 durch Lötmittel aufplattiert. Das Lötmittel sorgt für eine elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Anschlußstellen 411 und den Kontakten 1209 eines herkömmlichen, oberflächig montierten Anschlußstückes 1205. Die Kontakte 1209 des oberflächig montierten Anschlußstückes 1205 sind auf herkömmliche Weise mit den Anschlußstellen 411 verlötet. Ferner ist das Anschlußstück 1205 vorzugsweise mittels eines Klebers, wie eines Epoxy-Klebers, an dem Substrat 405 festgelegt. Elektrisch leitende Stifte 1207 des herkömmlichen Anschlußstückes 1205 ermöglichen der Sensoreinheit 400 eine einfache Installation in sowie eine einfache Entfernung derselben aus einem Blutanalysator (nicht dargestellt). Die Verwendung eines herkömmlichen, oberflächig montierten Anschlußstückes 1205 führt zu einer zuverlässigen Verbindung mit der Instrumentierung des Blutanalysators, sorgt für eine einfache Ausgestaltung, einen kostengünstigen Aufbau, ein einfaches Proben-Interface und ermöglicht eine beabstandete Anordnung von kritischen Anschlüssen, um einen hohen elektrischen Widerstand zwischen eines jeden kritischen Anschlusses sicherzustellen. Darüber hinaus ermöglicht das herkömmliche, oberflächig montierte Anschlußstück 1205 gemäß der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige Massenproduktion und führt zu einer Analogie der vorliegenden Erfindung mit geläufigen Halbleiter-Doppelreihengehäusen.
  • Die Vorderseite der Sensoreinheit 400 ist von einer Kunststoff-Umhüllung 1200 umschlossen, welche eine Durchflußzelle 1201 und eine Referenzzelle 1203 bildet. Zwischen der Sensoreinheit 400 und der Umhüllung 1200 ist vorzugsweise eine Überlappungsverbindung 1211 vorgesehen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Kleber, wie ein Epoxy-Kleber, verwendet, um die Sensoreinheit 400 mit der Umhüllung 1200 zu verbinden. Die Umhüllung 1200 ist ferner jeweils mit eine Einlaß- und mit einem Auslaßanschluß 1202, 1204 ausgestattet. Der Einlaß- und Auslaßanschluß 1202, 1204 ermöglichen das Injizieren einer Probe in die sowie das Austragen derselben aus der Durchflußzelle 1201. Der Kleber dichtet die Referenzzelle 1203 und die Durchflußzelle 1201 entlang der Überlappungsverbindung ab, so daß das Fluid nur durch den Einlaß- und Auslaßanschluß 1202, 1204 ein- und austreten kann.
  • Die Umhüllung ist vorzugsweise aus einem Material gebildet, welches eine geringe Permeabilität für Sauerstoff und eine geringe Permeabilität für Feuchtigkeit aufweist, für ultraviolette Strahlung durchlässig ist und welches gegen eine Farbveränderung beim Aussetzen ultravioletter Strahlung resistent ist, wie eine Zusammensetzung aus Acryl, Styrol und Butadien. Da auch die bevorzugte Zusammensetzung Sauerstoff absorbiert, ist die Umhüllung 1200 vorteilhafterweise mit eine dritten Zelle 1213 ausgebildet. Die dritte Zelle vermindert die Menge an Material der Umhüllung, welches an die Durchflußzelle 1201 angrenzt. Indes ist dem Fachmann offensichtlich, daß eine solche dritte Zelle 1213 für einen einwandfreien Betrieb der vorliegenden Erfindung nicht zwingend notwendig ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Menge an Material der Umhüllung ferner auf ein Minimum reduziert, um die Absorption von Sauerstoff aus einer in der Durchflußzelle 1201 vorhandenen Probe zu verringern.
  • Die Durchflußzelle 1201 ist derart ausgebildet, um sicherzustellen, daß eine in die Durchflußzelle eintretende Probe mit jedem der Sensoren 403 in Kontakt tritt. Die Durchflußzelle 1201 ist überdies sehr flach, so daß das Volumen der Durchflußzelle 1201 sehr klein ist (d.h. 0,05 Milliliter gemäß einer bevorzugten Ausführungsform). Ein sehr dünner Referenzkanal 1206 (vorzugsweise 0,0127 bis 0,0254 cm (0,005 bis 0,010 Inch) im Durchmesser) zwischen der Referenzzelle 1203 und der Durchflußzelle 1201 sorgt für einen elektrischen Kontakt mit dem Referenzmedium, welches in der Referenzzelle 1203 vorhanden ist. Das Referenzmedium kann von einem beliebigen bekannten Referenzelektrolyt in gelöster Form oder in Gelform gebildet sein. Indes ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, daß das Referenzmedium vorzugsweise ein natürliches Polysaccharid ist, wie Agarose, Gelatine oder Polyacrylamid. Die höhere Viskosität des gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eingesetzten Referenzmediums verzögert die Verdunstung des Referenzmediums und verhindert, daß sich das Referenzmedium mit den Fluiden in der Durchflußzelle 1201 vermischt. Das Referenzmedium wird vorzugsweise in die Referenzzelle 1203 eingebracht, nachdem die Sensoreinheit 400 in der Umhüllung 1200 installiert worden ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in der Durchflußzelle 1201 und in der Referenzzelle 1203 ein Vakuum erzeugt, indem entweder an den Einlaß- 1202 oder an den Auslaßanschluß 1204 eine Unterdruckquelle angeschlossen wird. Anschließend wird das Referenzmedium auf den anderen Anschluß 1204, 1202 aufgebracht. Das Referenzmedium wird mittels der Heizeinheit 601 oder durch Aufbringen von Wärme durch eine externe Wärmequelle auf etwa 37°C bis 50°C erwärmt, um die Viskosität des Referenzmediums zu vermindern und somit für eine gänzliche Aus füllung der Referenzzelle 1203 mit dem Referenzmedium zu sorgen. Nachdem die Referenzzelle 1203 mit dem Gel befüllt worden ist, wird jegliches überschüssiges Referenzmedium behutsam aus dem Durchflußkanal ausgespült, bevor dem Referenzmedium eine Abkühlung ermöglicht wird. Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Viskosität des Referenzmediums als Folge einer chemischen Reaktion zwischen dem Medium und einem Katalysator erhöht werden, welcher entweder vor oder nach dem Referenzmedium in dem Referenzkanal plaziert wird.
  • Es sei erwähnt, daß die Messung vorzugsweise innerhalb von 10 bis 15 Sekunden, nachdem die Probe in die Durchflußzelle 1201 eingetreten ist, durchgeführt wird, wenn die Höhe der Fluidsäule über der Sensorreihe minimiert worden ist, um ein Probenvolumen von z.B. 0,254 cm (0,10 Inch) zu erhalten.
  • Aus der vorstehenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung wird deutlich, daß die Sensoren nicht in einzelne Teile auftrennbar sind, sondern eine modulare Signaleinheit bilden, welche nach der Installation für eine vorherbestimmte Lebensdauer ausgebildet sind und sodann entsorgt werden. Eine Entsorgung der Einheit ist aufgrund der niedrigen Kosten, mit welchen solche Sensoreinheiten hergestellt werden können, ökonomisch zweckmäßig. Die vorliegende Erfindung macht es möglich, ein kostengünstiges System bereitzustellen, welches um standardisierte elektronische Einheiten herum aufgebaut wird, indem eine kostengünstige, in Massen herstellbare Sensoreinheit zur Verfügung steht, welche von hoher Genauigkeit ist und reproduzierbare Ergebnisse liefert.
  • Dem Fachmann ist ohne weiteres ersichtlich, daß die Verwendung von Subminiatur-Durchgangslöchern zum Weiterleiten der elektrischen Signale von den Elektroden der Sensoren an die entgegengesetzte Seite des Substrates die Funktion einer chemisch selektiven Membran, welche die ebenen Elektroden überlagert, mit den gewünschten Sensor-Reaktionsmechanismen ermöglicht, während sie zugleich ein Mittel darstellen, um eine Mehrzahl an Sensoren in einem verhältnismäßig kleinen Oberflächenbereich des Substrates anzuordnen. Die Verwendung von Subminiatur-Durchgangslöchern sorgt ferner für eine exzellente physikalische Isolierung der Probe von den Leiterbahnen, welche die elektrischen Signale zwischen den Sensorelektroden und dem zu Verarbeitung dieser Signale eingesetzten Instrumentarium übertragen. Diese physikalische Isolierung resultiert in einer sehr hohen elektrischen Isolierung zwischen den Signalen, welche von einem jeden der Sensoren erzeugt werden.
  • In 15a bis 15c sind drei alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wiedergegeben, bei welchen sich die Relativpositionen der Sensoren von den in 4 dargestellten unterscheiden.
  • Fazit
  • Vorstehend sind eine Mehrzahl an Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden. Indes sind selbstverständlich verschiedene Modifikationen möglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. So können beispielsweise ungeachtet dessen, daß die vorliegende Erfindung im wesentlichen in Bezug auf die Herstellung mittels Dickfilm-Techniken erläutert worden ist, beliebige andere bekannte Techniken zur Herstellung mehrlagiger Schaltkreise (Layered Circuits) eingesetzt werden, wie Dünnfilm-Techniken, Metallisieren, Drucklaminieren und photolitographisches Ätzen. Ferner können Substrate für einer Mehrzahl an Sensoreinheiten zugleich auf einem einzigen Bereich eines keramischen Materials hergestellt werden, welches vorzugsweise angeritzt worden ist, um eine einfache Trennung in einzelne Substrate nach dem Aufbringen sämtlicher Komponenten der Sensoreinheit und vor der Installation in einer Umhüllung zu ermöglichen. Folglich sei darauf hingewiesen, daß der Schutzbereich der Erfindung nicht auf die speziellen dargestellten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern durch die beigefügten Ansprüche festgelegt ist.

Claims (13)

  1. Blutanalysator-Sensorkassette (100), umfassend: (a) ein Gehäuse (102) mit vier Öffnungen (132, 134, 138, 138), von welchen zwei einen ersten (134) und einen zweiten Gehäuse-Fluidanschluß (132) begrenzen; (b) eine Pumprohr-Einheit (106) mit einem ersten und einem zweiten Ende und einem zwischen diesen angeordneten Pumprohr (136), wobei ein zentraler Abschnitt der Pumprohr-Einheit (106) außerhalb des Gehäuses zwischen den beiden Öffnungen (138, 138) in dem Gehäuse, welche nicht die Gehäuse-Fluidanschlüsse begrenzen, angeordnet ist, und wobei das erste Ende der Pumprohr-Einheit mit dem ersten Gehäuse-Fluidanschluß (134) verbunden ist; (c) eine in dem Gehäuse aufgenommene Sensoreinheit (400), wobei die Sensoreinheit einen Einlaßanschluß (1202) und einen Auslaßanschluß (1204) aufweist, wobei der Einlaßanschluß (1202) mit dem zweiten Ende der Pumprohr-Einheit verbunden ist und der Auslaßanschluß (1204) mit dem zweiten Gehäuse-Fluidanschluß (132) verbunden ist; (d) eine Abdeckung (104), welche die Sensoreinheit sowie das erste und zweite Ende der Pumprohr-Einheit in dem Gehäuse einschließt; so daß der Fluiddurchflußweg von dem ersten Gehäuse-Fluidanschluß (134) durch die Pumprohr-Einheit (106), durch die Sensoreinheit (400) und schließlich durch den zweiten Fluidanschluß (132) gebildet ist.
  2. Kassette nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (102) ferner eine Öffnung (110) aufweist und die Sensoreinheit (400) ein elektrisches Anschlußstück (1205) umfaßt, welches durch die Öffnung in dem Gehäuse vorragt.
  3. Kassette nach Anspruch 1, wobei das Pumprohr (136) mechanisch an eine Pumpe (206) anschließbar ist, um in dem Pumprohr eine peristaltische Pumpwirkung zu erzeugen, wobei die Sensoreinheit (400) einen Durchflußweg aufweist, und wobei die Pumprohr-Einheit umfaßt: (1) einen Durchflußweg durch das Pumprohr; und (2) ein erstes End-Kupplungsstück (124), welches zwischen dem zweiten Ende der Pumprohr-Einheit und dem Sensor-Fluideinlaßanschluß (1202) zum Plazieren des Durchflußwegs durch die Pumprohr-Einheit in fluidischer Verbindung mit dem Durchflußweg durch die Sensoreinheit angeschlossen ist.
  4. Kassette nach Anspruch 3, wobei die Pumprohr-Einheit ferner ein zweites End-Kupplungsstück (126) aufweist, wobei das zweite End-Kupplungsstück unter einem rechten Winkel bezüglich der Längsachse des Pumprohres zwischen dem ersten Ende der Pumprohr-Einheit und dem ersten Gehäuse-Fluidanschluß (134) angeschlossen ist.
  5. Kassette nach Anspruch 3, welche ferner ein Sensoreinheit-End-Kupplungsstück aufweist, welches zwischen dem zweiten Gehäuse-Fluidanschluß (132) und dem Sensor-Fluidauslaßanschluß (1204) angeordnet ist, wobei das Sensoreinheit-End-Kupplungsstück (108) von einem rechtwinkligen Fluid-Kupplungsstück (130) gebildet ist.
  6. Kassette nach Anspruch 5, wobei das Sensoreinheit-End-Kupplungsstück (108) und das Gehäuse einen diese durchsetzenden Durchflußweg aufweisen und von diesem vorragt, um den Blutanalysator anzuschließen, um zu gewährleisten, daß Fluid aus dem Blutanalysator durch den Durchflußweg des Sensoreinheit-End-Kupplungsstückes hindurch fließen kann.
  7. Kassette nach Anspruch 6, welche ferner umfaßt: (a) ein elektrisches Anschlußstück (1205) mit elektrischen Kontakten (1207); und (b) ein zweites End-Kupplungsstück (128), wobei das zweite End-Kupplungsstück zwischen dem ersten Ende der Pumprohr-Einheit (126) und dem ersten Gehäuse-Fluidanschluß (134) angeschlossen ist; wobei das zweite End-Kupplungsstück und das Sensoreinheit-End-Kupplungsstück wenigstens so weit wie die elektrischen Kontakte des Anschlußstückes von dem Gehäuse (102) vorragen, um die elektrischen Kontakte in geeigneter Flucht mit zugehörigen Kontakten (203) des Blutanalysators (200) zu führen, wenn die Kassette (100) an dem Blutanalysator installiert wird.
  8. Kassette nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung (104) eine Öffnung aufweist, durch welche die Analyte in der Sensoreinheit während der Analyse beobachtet werden können.
  9. Kassette nach Anspruch 1, wobei die Abdeckung im wesentlichen durchsichtig ist.
  10. Kassette nach Anspruch 1, bei welcher der erste (134) und zweite Gehäuse-Fluidanschluß (132) und ein elektrischer Anschluß (1205) fluchtend angeordnet sind, so daß sowohl der erste und zweite Gehäuse-Fluidanschluß als auch der elektrische Anschluß zugleich anschließbar sind.
  11. Kassette nach Anspruch 1, wobei der mechanische Anschluß der Kassette an einen Blutanalysator durch eine geradlinige Bewegung der Kassette in Richtung des Blutanalysators gewährleistet ist.
  12. Kassette nach Anspruch 1, welche ferner ein Blockiermittel aufweist, um ein unbeabsichtigtes Trennen der Kassette von dem Blutanalysator zu verhindern.
  13. Kassette nach Anspruch 12, wobei das Blockiermittel eine hörbare positive Rückantwort liefert, um eine ordnungsgemäße Verbindung mit dem Blutanalysator anzuzeigen.
DE69733821T 1996-05-16 1997-05-06 Blockierbare Sensorkassette mit integrierten Fluidanschlüssen, elektrischen Leitungen und Pumprohr Expired - Lifetime DE69733821T2 (de)

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US08/648,692 US5718816A (en) 1996-05-16 1996-05-16 Locking sensor cartridge with integral fluid ports electrical connections, and pump tube
US648692 1996-05-16
PCT/US1997/007731 WO1997043639A1 (en) 1996-05-16 1997-05-06 Locking sensor cartridge with integral fluid ports, electrical connections, and pump tube

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Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6193864B1 (en) * 1996-05-16 2001-02-27 Sendx Medical, Inc. Locking sensor cartridge with integral fluid ports, electrical connections, and pump tube
US5980830A (en) * 1996-05-20 1999-11-09 Sendx Medical, Inc. Portable modular blood analyzer with simplified fluid handling sequence
US5913232A (en) * 1996-05-20 1999-06-15 Sendx Medical, Inc. reference solution container for blood gas/electrolyte measuring system
AUPO585797A0 (en) * 1997-03-25 1997-04-24 Memtec America Corporation Improved electrochemical cell
EP1036316B1 (de) * 1997-12-04 2011-07-13 Roche Diagnostics Operations, Inc. Blutglucose-Testinstrument mit Kontrolle der inneren Gehäuseerwärmung
EP1226425A4 (de) * 1999-11-02 2003-06-04 Advanced Sensor Technologies I Mikroskopische kombination von amperometrischem und potentiometrischem sensor
WO2001033207A1 (en) * 1999-11-04 2001-05-10 Advanced Sensor Technologies, Inc. Microscopic multi-site sensor array with integrated control and analysis circuitry
CN104596618B (zh) * 2007-01-17 2018-04-13 伊利诺斯工具制品有限公司 分离的液位传感器及底座
IT1400195B1 (it) * 2010-04-15 2013-05-24 Carpigiani Group Ali Spa Dispositivo di controllo della carica batterica di un prodotto alimentare liquido o semiliquido.
ITBO20110165A1 (it) 2011-03-30 2012-10-01 Carpigiani Group Ali Spa Macchina per la produzione e l'erogazione di prodotti semiliquidi e/o semisolidi.
CN104684645B (zh) 2012-08-30 2017-03-08 生命技术公司 竖直夹具装置
EP2906268A4 (de) 2012-10-15 2016-11-16 Smiths Medical Asd Inc Einweg-ausrichtungssystem für ein infusionssystem
US9579024B2 (en) 2015-03-09 2017-02-28 CoreSyte, Inc. System and method for measuring biological fluid biomarkers
US10561405B2 (en) * 2015-03-09 2020-02-18 CoreSyte, Inc. Method for manufacturing a biological fluid sensor
US11883011B2 (en) 2015-03-09 2024-01-30 CoreSyte, Inc. Method for manufacturing a biological fluid sensor
US9883827B2 (en) 2015-03-09 2018-02-06 CoreSyte, Inc. System and method for measuring biological fluid biomarkers
US10327676B2 (en) 2015-03-09 2019-06-25 CoreSyte, Inc. Device for measuring biological fluids
US9636061B2 (en) 2015-03-09 2017-05-02 CoreSyte, Inc. System and method for measuring biological fluid biomarkers
US9645133B2 (en) * 2015-03-09 2017-05-09 CoreSyte, Inc. Method for manufacturing a biological fluid sensor
US11389087B2 (en) 2015-03-09 2022-07-19 CoreSyte, Inc. Device for measuring biological fluids
US11998319B2 (en) 2015-03-09 2024-06-04 CoreSyte, Inc. Device for measuring biological fluids
US9622725B2 (en) 2015-03-09 2017-04-18 CoreSyte, Inc. Method for manufacturing a biological fluid sensor
US10086368B2 (en) 2015-09-07 2018-10-02 EXIAS Medical GmbH Movable measurement cell
EP3647781B1 (de) * 2018-10-29 2024-05-01 EXIAS Medical GmbH Messkartusche zur messung einer flüssigkeitsprobe
CN111624321B (zh) * 2020-06-08 2021-06-15 深圳延浩科技有限公司 一体化多接口多参数水质分析仪
US12031938B2 (en) 2020-12-28 2024-07-09 Rosemount Inc. Gamma-irradiation-compatible reference gel

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54119787A (en) * 1978-03-10 1979-09-17 Olympus Optical Co Ionic electrode measuring method and its device
US4361539A (en) * 1980-05-05 1982-11-30 Instrumentation Laboratory Inc. Analysis system
JPS574547A (en) * 1980-05-05 1982-01-11 Instrumentation Labor Inc Analyzer
US4600495A (en) * 1983-08-03 1986-07-15 Medtronic, Inc. Flow through ion selective electrode
US4604166A (en) * 1984-08-28 1986-08-05 Amdev, Inc. Apparatus and process for reducing peristaltic pump noise in a high impedance electrochemical measuring system
ATE71726T1 (de) * 1985-03-19 1992-02-15 Mallinckrodt Sensor Syst Vorrichtung zum chemischen messen von blutkennzeichen.
US4781798A (en) * 1985-04-19 1988-11-01 The Regents Of The University Of California Transparent multi-oxygen sensor array and method of using same
US4786394A (en) * 1985-08-29 1988-11-22 Diamond Sensor Systems, Inc. Apparatus for chemical measurement of blood characteristics
US4737255A (en) * 1986-12-19 1988-04-12 501 Usinas Siderugicas de Minas Gerais S/A Apparatus for rapid dissolving of metal alloy sample for chemical analysis
JPH0187243U (de) * 1987-11-30 1989-06-08
JPH02220375A (ja) * 1989-02-20 1990-09-03 Omron Tateisi Electron Co 生化学測定装置
US5230785A (en) * 1991-05-31 1993-07-27 Poolchem, Inc. Method and apparatus for analysis of swimming pool water and analytical cell utilized therein
US5284568A (en) * 1992-07-17 1994-02-08 E. I. Du Pont De Nemours And Company Disposable cartridge for ion selective electrode sensors
US5316647A (en) * 1992-08-26 1994-05-31 Martell Medical Products, Inc. Portable oxygen analyzer
AT397725B (de) * 1993-01-27 1994-06-27 Avl Verbrennungskraft Messtech Elektrodenanordnung
US5571396A (en) * 1993-07-12 1996-11-05 Dade International Inc. Fluid analysis system and sensing electrode, electrode assembly, and sensing module components

Also Published As

Publication number Publication date
US5718816A (en) 1998-02-17
WO1997043639A1 (en) 1997-11-20
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JP2000511631A (ja) 2000-09-05
EP0914609A1 (de) 1999-05-12
AU2999097A (en) 1997-12-05
DK0914609T3 (da) 2005-11-07
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JP3873198B2 (ja) 2007-01-24

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