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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Systeme und Verfahren zur Messung von
Bioanalyten. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Systeme und
Verfahren zur Messung von Lactat.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
Intensivpflege-Patienten waren Ärzte lange
auf persönliche
Untersuchung und Ergebnisse aus klinischen Laboren angewiesen, um
das Vorhandensein und die Konzentration biologischer Analyten in
einem Patienten zu bestimmen. Klinische Labore bieten ein weites
Spektrum an automatisierten Systemen für Massentests und analytische
Unterstützung in
einer wohlkontrollierten Umgebung hoher Qualität. Klinische Labore können jedoch
nicht die sofortigen Ergebnisse liefern, die zur geeigneten Behandlung von
Traumapatienten und Patienten mit Multiorgan-Dysfunktion/Versagen
benötigt
werden.
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Um
den klinischen Bedarf an sofortigen Testergebnissen zu befriedigen,
entwickeln sich verschiedene Testtechnologien unter Verwendung verlässlicher,
automatisierter Analysatoren am Krankenbett des Patienten. Dieser
Typ des Testens wird im Allgemeinen als diagnostisches Point-of-Care
(POC) Testen bezeichnet. Diagnostische POC-Testsysteme schließen elektrochemische
Biosensoren, optische Fluoreszenzsensoren, paramagnetische Partikel
für Gerinnungs-Testsysteme
und Mikromaschinen-Geräte
sowohl für
chemische als auch für
immunochemische Tests ein. Diese Technologien erlaubten die schnelle
Durchführung
von chemischen Multianalyt-Panels und befassten sich mit früheren Hindernissen
wie der Kalibrierung von Testgeräten.
POC-Tests können
folgendermaßen
klassifiziert werden: 1) in vitro, am Krankenbett durchgeführt; 2)
ex vivo oder para vivo, am Handgelenk durchgeführt; und 3) in vivo, innerhalb
des Patienten durchgeführt.
POC-Tests bieten indirekte Kosteneffizienz und Einsparungen wie
verringerte Arbeitskosten, verminderte Fehler durch Blutidentifikation
und -transport und reduzierte Komplikationen beim Patienten.
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POC-Geräte zur in
vitro Anwendung oder Anwendung am Krankenbett werden üblicherweise
in mehreren Abteilungen des Krankenhauses einschließlich Intensivstationen;
Operationssäle;
Notaufnahmen; interventionelle Abteilungen; allgemeine Abteilungen
zur Patientenpflege sowie ambulante Chirurgie und ambulante Pflegeabteilungen
verwendet. Diagnostische in vitro POC-Tests bieten, ähnlich dem
klinischen Labor, ein weites Spektrum an diagnostischen Tests. Diagnostische
in vitro POC-Testsysteme sind üblicherweise
nicht online mit dem Patienten verbunden und benötigen eine Bedienungsperson
zur Blutabnahme. Schlüsselkategorien
diagnostischer Tests im diagnostischen POC-Markt schließen arterielle
Blutgase, Blutchemie, Blutzucker, Gerinnung, Tests auf Drogenmissbrauch,
Hämoglobin,
Hämatokrit,
ansteckende Krankheiten, und die Überwachung therapeutischer
Arzneimittel ein. Andere Kategorien schließen Krebsmarker, Herzmarker,
Cholesterolnachweis, Immundiagnose, Nachweis ansteckender Krankheiten,
Lactat, und Überwachung
von Thrombolyse ein. PCT WO 94/21163 offenbart ein exemplarisches
in vivo POC-System, welches die Verwendung eines tonometrischen
Katheters zur Überwachung
oder zur angemessenen Aufrechterhaltung der Gewebeoxygenierung durch
die Messung der Säurebalance
in bestimmten Geweben lehrt. Es offenbart weiterhin verschiedene
Sensoranordnungen, sowie Mehrkanal-Schlauchmaterial, welches mindestens
zwei Flussleitungen definiert.
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Ex
vivo POC-Diagnose verwendet externe Sensoren für online Echtzeit-Tests mit wenig oder keinem
Blutverlust. Üblicherweise
fließt
abgenommenes Blut durch ein geschlossenes System, um den Blutkontakt
zu minimieren. Ex vivo POC-Systeme minimieren Probleme, die mit
in vivo Sensoren in Zusammenhang stehen, einschließlich Koagulation, Ungenauigkeit,
Kalibrierungsdrift, und die Unmöglichkeit
der Neukalibrierung nach dem Einbringen in den Patienten. Optical
Sensors, Inc. in Minneapolis, Minnesota vertreibt zur Zeit ex vivo
Blutgas-Analysatoren,
welche ein handbetriebenes Spritzensystem verwenden. VIA Medical
Corporation in San Diego, Californien vertreibt ex vivo Blutzucker-Analysatoren, welche
ein relativ großvolumiges,
automatisiertes Probenahme- und Analysesystem verwenden. Das United
States Patent Nr. 5,505,828 offenbart ein exemplarisches ex vivo
POC-System mit einem intravenösen
(IV) Anschluss, in welchem eine hohle Nadel/Katheter-Kombination
in ein Blutgefäß des Patienten
eingeführt
wird.
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In
vivo POC-Diagnose bietet ein beachtliches Potential bei der Behandlung
der meisten kritischen und instabilen Patienten. Obwohl viele Firmen in
vivo Sensoren entwickeln, haben technische Hürden bisher die breite kommerzielle
Anwendung von in vivo Sensoren verhindert.
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Da
sie online-Systeme sind, können
ex vivo und in vivo Diagnosen Fehler bei der Qualitätskontrolle
und der Informationsintegration verringern, welche bei klinischen
oder in vitro POC-Tests auftreten. Fehler bei der Qualitätskontrolle
sind üblicherweise durch
Fehler des Durchführenden
und nicht durch Instrumentenfehler oder Gerätestörungen bedingt. Exemplarische
Fehler schließen
ungeeignetes Probenvolumen, ungenaue Kalibrierung, Verwendung verfallener
Teststreifen, unzulängliche
Validierung, ungenügende
Gerätepflege,
schlechte zeitliche Abstimmung des Testverfahrens und die Verwendung
von falschen Materialien ein. Die Integration von klinischen Informationssystemen
erlaubt das direkte Einfügen
von Testdaten, welche am Krankenbett gesammelt wurden, in die Patientenakte.
Dies steigert die Effizienz des Patientenverwaltungs-Prozesses und erlaubt
die Integration des Informationssystems des Labors und des klinischen
Informationssystems, wodurch ein „nahtloser" Fluss aller Arten von Patienteninformationen
geboten wird.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Sensoranordnung,
welche einen Katheter mit einer Katheterhülle, die zur Einführung in
einen Patienten anwendbar ist, und ein mit der Katheterhülle verbundenes
Katheteransatzstück
einschließt.
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Demgemäss bietet
die vorliegende Erfindung:
Eine Sensoranordnung (20)
umfassend einen Katheter (22) einschließlich einer zur Einführung in
einen Patienten anwendbaren Katheterhülle (24), eine Pumpe
(34), einen Sensor (30) und einen Behälter (32)
zum Beinhalten einer Kalibrierungsflüssigkeit, welche eine zur Kalibrierung
des Sensors (30) anwendbare Kalibriersubstanz einschließt, wobei
die Sensoranordnung (20) weiterhin ein mit der Katheterhülle (24)
verbundenes Katheteransatzstück
(26);
einen mit dem Katheteransatzstück (26)
verbundenen Adapter (28), welcher den ersten und zweiten Anschluss
(100; 102) einschließt; wobei der Adapter (28)
separate erste und zweite Wege festlegt (54; 56),
wobei der erste Weg (54) sich von dem ersten Anschluss
(100) bis zu einer inneren Region (50) der Katheterhülle (24)
erstreckt und der zweite Weg (56) sich von dem zweiten
Anschluss (102) bis zu einer inneren Region des Katheteransatzstücks (26)
erstreckt;
zwei Flussleitungen, wobei die erste Flussleitung (38)
sich zwischen dem Adapter (28) und der Pumpe (34)
erstreckt und die erste Flussleitung (38) mit dem ersten
Anschluss (100) des Adapters (28) verbunden ist,
und die zweite Flussleitung (40) sich zwischen dem Adapter
(28) und dem Behälter
(32) erstreckt und die zweite Flussleitung (40)
mit dem zweiten Anschluss (102) des Adapters (28)
verbunden ist;
und den Sensor (30), welcher entlang
der ersten Flussleitung (38) positioniert ist, umfasst.
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Eine
weitere Beschreibung der Sensoranordnung wird in Anspruch 13 gegeben.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen
des Sensoranordnung sind in den Ansprüchen 2 bis 12 und 14 bis 16
beschrieben. Ein zweiter Aspekt der Erfindung ist ein Adapter zur
Verwendung mit einem Katheter, wie allgemein in Anspruch 17 und
im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen
in den Ansprüchen
18 bis 22 beschrieben. Der Adapter schließt einen ersten und zweiten
Anschluss ein. Eine erste Flussleitung erstreckt sich zwischen dem
ersten Anschluss des Adapters und einer Pumpe. Ein Sensor ist entlang
der ersten Flussleitung positioniert. Eine zweite Flussleitung erstreckt
sich von dem zweiten Anschluss des Adapters zu einem Behälter, welcher
eine Kalibrierflüssigkeit
beinhaltet. Die Kalibrierflüssigkeit
schließt eine
Kalibriersubstanz ein, welche zur Verwendung bei der Kalibrierung
des Sensors anwendbar ist. Der Adapter der Sensoranordnung definiert
separate erste und zweite Wege. Der erste Weg erstreckt sich von dem
ersten Anschluss zu einer inneren Region der Katheterhülle. Der
zweite Weg erstreckt sich von dem zweiten Anschluss zu einer inneren
Region des Katheteransatzstücks.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Sensoranordnung,
welche einen Katheter mit einer befestigten Katheterhülle, die
zur Einführung
in einen Patienten anwendbar ist, einschließt. Die Anordnung schließt auch
eine erste Struktur, welche einen ersten Flussweg definiert, der innerhalb
einer inneren Region der Katheterhülle endet, und eine zweite
Struktur, welche einen zweiten, von dem ersten Flussweg getrennten
Flussweg definiert, der ebenfalls innerhalb der inneren Region der Katheterhülle endet,
ein. Ein Sensor ist in Fluidverbindung mit dem ersten Flussweg positioniert
und eine Quelle einer Kalibrierungsflüssigkeit ist in Fluidverbindung
mit dem zweiten Flussweg. Die Anordnung schließt weiterhin eine Pumpe in
Fluidverbindung mit dem ersten Flussweg ein.
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Ein
weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Betrieb einer Sensoranordnung wie oben beschrieben. Das Verfahren schließt das Einführen der
Katheterhülle
in den Patienten ein. Das Verfahren schließt auch das Zuführen von
Kalibrierflüssigkeit
durch den zweiten Flussweg aus der Quelle einer Kalibrierungsflüssigkeit
in die innere Region der Katheterhülle ein. Das Verfahren schließt weiterhin
das Kalibrieren des Sensors durch Pumpen der Kalibrierflüssigkeit
aus der inneren Region der Katheterhülle durch den ersten Flussweg und
Entlangführen
der Kalibrierflüssigkeit
am Sensor ein. Nachdem der Sensor kalibriert wurde, wird dem Patienten
eine Probeflüssigkeit
entnommen, indem die Zuführung
der Kalibrierflüssigkeit
zu der inneren Region der Katheterhülle unterbrochen wird, und eine
Probenflüssigkeit
aus der inneren Region der Katheterhülle durch den ersten Flussweg
zum Sensor gepumpt wird. Letztlich wird die Probenflüssigkeit vom
Sensor gemessen.
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Noch
ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Adapter
zur Verwendung mit einem Katheter, welcher eine mit einem Katheteransatzstück verbundene
Katheterhülle
einschließt.
Die Katheterhülle
ist zur Einführung
in einen Patienten anwendbar. Der Adapter schließt einen Adapterkörper ein,
welcher einen ersten und zweiten Anschluss definiert, die zum Anschließen von
medizinischen Schläuchen
anwendbar sind. Der Adapter schließt auch ein Verbindungsstück ein,
welches zur Befestigung des Adapterkörpers an dem Ansatzstück anwendbar
ist. Der Adapter schließt
weiterhin eine Röhre
ein, welche sich von den ersten Anschluss durch den Adapterkörper erstreckt.
Die Röhre
schließt
einen Endbereich ein, welcher aus dem Adapterkörper herausragt. Der Endbereich
ist so angeordnet und gestaltet, dass er in eine innere Region der
Katheterhülle
passt, wenn der Adapterkörper
mit dem Katheteransatzstück
verbunden ist. Der Adapter schließt zusätzlich eine Struktur ein, welche
einen von der Röhre
separaten Weg definiert, der sich von dem zweiten Anschluss durch
den Adapterkörper
zu der Katheterhülle
erstreckt.
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Diese
und verschiedene andere Merkmale, welche die Erfindung charakterisieren,
sind in den angefügten
Ansprüchen
ausführlich
dargestellt. Zum besseren Verständnis
der Erfindung, ihrer Vorzüge, und
der durch ihre Verwendung erreichten Ziele, soll auf die Abbildungen
und die begleitende Beschreibung verwiesen werden, in welchen bevorzugte
Aspekte der vorliegenden Erfindung illustriert und beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung
der Abbildungen
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Die
begleitenden Abbildungen, welche eingeschlossen in diese Patentbeschreibung
sind und einen Teil davon ausmachen, illustrieren verschiedene Aspekte
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der
Prinzipien der Erfindung. Eine kurze Beschreibung der Abbildungen lautet
wie folgt:
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1 ist
eine schematische Illustration einer Ausführungsform einer Sensoranordnung,
welche in Übereinstimmung
mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung konstruiert ist;
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2 ist
eine Explosionszeichnung eines zur Verwendung mit der Sensoranordnung
aus 1 geeigneten Adapters;
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3 ist
eine zusammengesetzte perspektivische Ansicht des Adapters aus 2;
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4 ist
eine Querschnittsansicht eines Längsschnitts
durch den Adapter aus 3;
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5 ist
eine Explosionszeichnung eines zur Verwendung mit der Sensoranordnung
aus 1 geeigneten Sensormoduls;
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6 ist
eine Querschnittsansicht des Sensorgehäuses aus 5 im
Schnitt durch einen Flussweg des Gehäuses;
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7 ist
eine schematische Illustration der Sensoranordnung aus 1 während einer
Startphase;
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8 ist
eine schematische Illustration der Sensoranordnung aus 1 während einer
Kalibrierungsphase;
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9 ist
eine schematische Illustration der Sensoranordnung aus 1 während einer
Testphase; und
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10 ist
eine schematische Illustration der Sensoranordnung aus 1 während einer
Abfall-Ablaufphase;
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Detaillierte
Beschreibung
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Nun
soll im Detail auf exemplarische Aspekte der vorliegenden Erfindung
verwiesen werden, welche in den begleitenden Abbildungen illustriert
sind. Wo immer es möglich
ist, werden in den Abbildungen dieselben Bezugsnummern verwendet,
um gleiche oder ähnliche
Teile zu bezeichnen.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft Systeme und Verfahren,
um online Beobachtung/Messung von Bioanalyten in einem Patienten
zu bieten. Ein besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft
Systeme und Verfahren, um online Messung von Lactat-Konzentrationen in
einem Patienten zu bieten.
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Lactat
ist ein kleines Molekül,
welches von allen Geweben und Organen im Körper eines Patienten produziert
wird, die in einer „Notlage" sind. Wo immer im
Körper
des Patienten der Bedarf an Sauerstoff die Versorgung übersteigt,
besteht ein Zustand niedriger Perfusion und Lactat wird produziert.
Zum Beispiel wird Lactat produziert, wenn ein Patient blutet, wenn
das Herz eines Patienten aussetzt, wenn eine Extremität einer
Person Gefahr läuft,
zugrunde zu gehen oder wenn eine Person nicht genug Sauerstoff zum
Atmen bekommt. Daher ergeben viele klinische Zustände, die
lebensgefährlich
sind oder in denen Extremitäten
in Gefahr sind, auch unter angemessener Sauerstoffzufuhr zum Patienten
gesteigerte Blutlactat-Spiegel. Es ist eine Sache der Sauerstoffversorgung
und des Stoftwechselbedarfs.
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Auf
zellulärer
Ebene ist Lactat invers proportional zu den lebenswichtigen zellulären Energiespeichern
aus Adenosintriphosphat und wird innerhalb von sechs Sekunden nicht
ausreichender Perfusion oder zellulärer Verletzung gebildet. Es
ist daher eine ideale biochemische Beobachtungsmöglichkeit der zellulären Lebensfähigkeit
auf Gewebe-Ebene
und der Lebensfähigkeit
des Patienten auf systemischer Ebene.
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Im
klinischen Bereich ist die höchstsignifikante
Bedeutung gesteigerter und ansteigender Blutlactat-Werte bekannt.
Trauma-Ärzte
und klinische Belege stützen
die Hypothese, dass eine einfache, kostengünstige, durchgehende Überwachung
von Lactat im Traumabereich durch die Lieferung von aktuellen, lebensrettenden
Informationen, welche bei der Einstufung und Behandlung helfen,
Leben retten werden. Zum Beispiel besitzt ein Notaufnahmepatient
mit einem Blutlactat-Wert von 4 mM eine 92%ige Mortalitätsrate innerhalb
der nächsten
24 Stunden. Wenn dieser Wert 6 mM beträgt, steigt die Mortalitätsrate auf
98%. In Tierexperimenten beginnen Blutlactat-Werte während schwerer
Blutungen innerhalb weniger Minuten zu steigen und fallen umgekehrt
bei geeigneter Reanimation ebenso schnell. Bei multivariaten Analysen
ist Blutlactat der beste Indikator des Schockgrades (besser als
Blutdruck, Herzfrequenz, Urindurchsatz, Basenmangel, Blutgas und Swan-Ganz-Daten)
und proportional zum Volumen des Blutverlustes. Blutlactat-Werte
korrelieren mit den Überlebenschancen
eines Traumapatienten. Eine Behandlung, welche die steigenden Lactat-Werte
eines Patienten nicht unter Kontrolle bringen kann, muss modifiziert
werden, oder weitere Diagnosen müssen
schnell getroffen werden.
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1 zeigt
schematisch eine Sensoranordnung 20 zur online Überwachung/Messung
von Bioanalyten wie Lactat in einem Patienten. Die Sensoranordnung 20 schließt einen
Katheter 22 (z.B. einen peripheren Katheter) einschließlich einer
Katheterhülle 24,
welche mit einem Katheteransatzstück 26 (d.h. einem „Luer-Fitting" Anschluss) verbunden
ist. Die Sensoranordnung 20 schließt auch einen mit der Katheterhülle 26 verbundenen
Adapter 28, einen Sensor 30, eine Quelle einer
Kalibrierungsflüssigkeit 32, eine
Pumpe 34 (z.B. eine durch eine Spritzenpumpe bewegte Spritze)
und einen Abfallbehälter 36 (z.B.
einen Abfallbeutel) ein. Eine erste Flussleitung 38 verbindet
den Adapter 28 mit der Pumpe 34. Der Sensor 30 ist
entlang der ersten Flussleitung 38 positioniert. Eine zweite
Flussleitung 40 verbindet den Adapter 28 und die
Quelle der Kalibrierungsflüssigkeit 32.
Eine dritte Flussleitung 42 erstreckt sich zwischen der
ersten Flussleitung 38 und dem Abfallbehälter 36.
Ein Steuergerät 144 (z.B.
ein Mikrocontroller, ein mechanisches Steuergerät, ein softwaregesteuertes
Steuergerät,
ein hardwaregesteuertes Steuergerät, ein firmwaregesteuertes
Steuergerät,
etc.) ist vorzugsweise sowohl mit dem Sensor 30 als auch
mit der Pumpe 34 verbunden.
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Die
erste Flussleitung 38 bietet eine Fluidverbindung zwischen
dem Adapter 28 und der Pumpe 34. Die erste Flussleitung 38 hat
die Funktion, Flüssigkeit
von dem Adapter 28 durch den Sensor 30 zu leiten.
Ein erstes Rückschlagventil 44 ist
entlang der ersten Flussleitung 38 an einer Position zwischen dem
Sensor 30 und der Pumpe 34 positioniert. Das erste
Rückschlagventil 44 erlaubt
es, dass Flüssigkeit
durch die erste Flussleitung 38 in Richtung vom Adapter 28 zur
Pumpe 34 fließt,
aber es verhindert oder blockiert den Flüssigkeitsfluss durch die erste Flussleitung 38 in
Richtung von der Pumpe 34 zum Adapter 28. Die
dritte Flussleitung 42 zweigt von der ersten Flussleitung 38 an
einer Position zwischen dem ersten Rückschlagventil 44 und
der Pumpe 34 ab. Ein zweites Rückschlagventil 46 ist
entlang der dritten Flussleitung 42 positioniert. Das zweite
Rückschlagventil 46 erlaubt
es, dass Flüssigkeit
durch die dritte Flussleitung 42 in Richtung zum Abfallbehälter 36 fließt, aber
es blockiert oder verhindert den Flüssigkeitsfluss durch die dritte
Flussleitung 42 in Richtung von dem Abfallbehälter 36 weg.
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Die
zweite Flussleitung 40 hat die Funktion, Kalibrierungsflüssigkeit
von der Quelle der Kalibrierungsflüssigkeit 32 zum Adapter 28 zu
leiten. Eine Ventilstruktur, wie ein Schlauchventil 48 wird
verwendet, um die zweite Flussleitung 40 selektiv zu öffnen und
zu schließen.
Wenn die zweite Flussleitung 40 offen ist, fließt Kalibrierungsflüssigkeit
durch die zweite Flussleitung 40 zum Adapter 28.
Wenn die zweite Flussleitung 40 geschlossen ist, wird der
Fluss der Kalibrierungsflüssigkeit
zum Adapter 28 gestoppt.
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Der
Adapter 28 und der Katheter 22 der Sensoranordnung 20 arbeiten
vorzugsweise zusammen, um zwei separate Wege zu bieten, die jeweils
die erste und zweite Flussleitung 38 und 40 mit
einer Flüssigkeitsaustausch-Region 55 verbinden.
Vorzugsweise befindet sich die Flüssigkeitsaustausch-Region 55 innerhalb
einer inneren Region 50 der Katheterhülle 34 benachbart
zu einer distalen Spitze 57 der Katheterhülle 24.
Wie in 1 gezeigt, definiert der Adapter 28 einen
ersten Weg 54, welcher sich von der ersten Flussleitung 38 durch
das Katheteransatzstück 26 bis
zur inneren Region 50 der Katheterhülle 24 erstreckt.
Der erste Weg 54 endet innerhalb des inneren Volumens 50 der
Hülle 24 an
der Flüssigkeitsaustausch-Region 55.
Der erste Weg 54 besitzt eine Endstelle 59 (d.h.
die Stelle der Spitze der Röhre, welche
den ersten Weg 54 definiert), die sich in einem Abstand
der Länge
L von der distalen Spitze 57 der Katheterhülle 24 befindet.
In einer bestimmten Ausführungsform überschreitet
die Länge
L 1 Zentimeter nicht. In einer anderen bestimmten Ausführungsform überschreitet
die Länge
L 5 Millimeter nicht. In einer weiteren Ausführungsform überschreitet die Länge L 2
Millimeter nicht. In noch einer weiteren Ausführungsform überschreitet die Länge L 1 Millimeter
nicht.
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Wieder
bezugnehmend auf 1, arbeiten der Adapter 28 und
der Katheter 22 zusammen, so dass ein zweiter Weg 56 definiert
wird, welcher sich von der zweiten Flussleitung 40 zu der
Flüssigkeitsaustausch-Region 55 erstreckt.
Der zweite Weg 56 schließt einen ersten durch den Adapter 28 definierten
Bereich 61, einen zweiten durch das Katheteransatzstück 26 definierten
Bereich 63 und einen dritten durch die Katheterhülle 24 definierten
Bereich 65 ein. Die Bereiche 61, 63 und 65 stehen
alle in Fluidverbindung miteinander. Zum Beispiel erstreckt sich
der erste Bereich 61 durch den Adapter 28 von
der zweiten Flussleitung 40 zum zweiten Bereich 63,
der zweite Bereich erstreckt sich durch das Katheteransatzstück 26 von
dem ersten Bereich 61 zu dem dritten Bereich 65,
und der dritte Bereich 65 erstreckt sich durch die Katheterhülle 24 von
dem zweiten Bereich 63 zu der Flüssigkeitsaustausch-Region 55. Vorzugsweise
umgeben der zweite und dritte Bereich 63 und 65 des
zweiten Weges 56 den ersten Weg 54 konzentrisch.
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2 zeigt
eine Explosionsdarstellung der verschiedenen Komponenten eines Adapters 28` , welcher zur Verwendung mit der Sensoranordnung 20 geeignet
ist. Im Allgemeinen schließt
der Adapter 28` einen Einschubbereich 58,
ein Verbindungsstück oder
eine Hülse 60 einen
Flüssigkeitsverteiler 62 einen
Zweischlauch-Empfänger 64,
eine innere Röhre oder
Röhre 66 und
ein Reduktions-Verbindungsstück 68,
das mit der Röhre 66 verbunden
ist, ein.
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Der
Einschubbereich 58 des Adapters 28` ist im
Allgemeinen zylindrisch und schließt ein erstes Ende 70,
welches gegenüber
eines zweiten Endes 72 positioniert ist. Eine radiale Schulter 74 ragt
aus dem Einschubbereich 58 an einer Position zwischen dem
ersten und zweiten Ende 70 und 72 heraus. Dem
ersten Ende 70 benachbart schließt der Einschubbereich 58 einen
Bereich mit der Form eines abgestumpften Kegels 76 ein.
Der Bereich mit der Form eines abgestumpften Kegels besitzt einen
kleineren Durchmesser, der sich direkt an dem ersten Ende 70 des
Einschubbereichs 58 befindet, und einen größeren Durchmesser,
welcher der radialen Schulter 74 benachbart ist. Der Bereich
mit der Form eines abgestumpften Kegels 76 besitzt eine äußere Verjüngung, die
das Gegenstück
zu einer korrespondierenden Verjüngung 77 des
inneren Bereichs 77 des Katheteransatzstücks 26 bildet,
so dass der Bereich mit der Form eines abgestumpften Kegels 76 von
der Größe und Form
in das Katheteransatzstück 26 passt.
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Der
Einschubbereich 58 definiert eine axiale Bohrung 78,
welche sich zwischen dem ersten und zweiten Ende 70 und 72 vollständig durch
den Einschubbereich 58 erstreckt. Die axiale Bohrung 78 besitzt
einen Bereich mit einem vergrößerten Durchmesser 79 benachbart
zu dem zweiten Ende 72 des Einschubbereichs 58,
und einen Bereich mit einem verringerten Durchmesser 80,
der sich durch das erste Ende 70 des Einschubbereichs 58 erstreckt.
Ein verjüngter Übergangsbereich 82 ist
zwischen dem Bereich mit erweitertem Durchmesser 79 und
dem Bereich mit verringertem Durchmesser 80 definiert.
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Die
Hülse 60 des
Adapters 28' ist
vorzugsweise im Allgemeinen zylindrisch und definiert eine im Allgemeinen
zylindrische innere Kammer 84, welche so dimensioniert
ist, dass sie das Katheteransatzstück 26 aufnehmen kann.
Die Hülse 60 definiert vorzugsweise
eine Mehrzahl innerer Gewinde, die sich in der inneren Kammer 84 befinden.
Die inneren Gewinde sind vorzugsweise so gestaltet, dass die Hülse 60 mit
korrespondierenden äußeren Gewinden,
die sich auf der äußeren Oberfläche des
Katheteransatzstücks 26 befinden,
verschraubt werden kann. Die Hülse 60 schließt auch
eine radiale Endwand 86 ein, die eine zentrale Öffnung 88 definiert, welche
so dimensioniert ist, dass sie das zweite Ende 72 des Einschubbereichs 58 aufnehmen
kann.
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Der
Flüssigkeitsverteiler 62 des
Adapters 28' schließt einen
Hauptbereich 90 und eine Erweiterung 92 ein, die
sich axial aus dem Hauptbereich 90 heraus erstreckt. Die
Erweiterung 92 ist im Allgemeinen zylindrisch und schließt eine
innere axiale Öffnung 94 ein,
die so dimensioniert ist, dass sie das zweite Ende 72 des
Einschubbereichs 58 aufnehmen kann. An einem Ende, welches
gegenüber
des Erweiterungsbereichs 92 liegt, definiert der Hauptbereich 90 eine
Aussparung 96. Der Hauptkörper 90 schießt auch
eine umlaufende Schulter 98 ein, die radial in die Aussparung 96 hereinragt.
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Der
Zweischlauch-Empfänger 64 des
Adapters 28' definiert
einen ersten und einen zweiten Anschluss 100 und 102.
Der erste Anschluss 100 ist so dimensioniert, dass er das
Reduktions-Verbindungsstück 68 aufnehmen
kann, welches mit der Röhre 66 verbunden
ist. Entsprechend ist das Reduktions-Verbindungsstück 68 so
dimensioniert, dass es ein Ende der ersten Flussleitung 38 aufnehmen
kann. Der zweite Anschluss 102 ist so dimensioniert, dass
er ein Ende der zweiten Flussleitung 40 aufnehmen kann.
Der Zweischlauch-Empfänger 64 schließt einen
Bereich mit reduziertem Durchmesser 104 ein, der so dimensioniert
ist, dass er in die Aussparung 96 des Flüssigkeitsverteilers 62 passt.
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3 und 4 zeigen
den Adapter 28' in zusammengesetzter
Form. Wie am besten in 3 gezeigt, wird das zweite Ende 72 des
Einschubbereichs 58 in die Erweiterung 92 des
Flüssigkeitsverteilers 62 eingeschoben.
Weiterhin wird der Bereich mit reduzierten Durchmesser 104 des
Zweischlauch-Empfängers 64 in
die Aussparung 96 des Flüssigkeitsverteilers 62 eingeschoben.
Der Einschubbereich 58, der Flüssigkeitsverteiler 62 und
der Zweischlauch-Empfänger 64 sind
vorzugsweise fest miteinander verbunden, so dass ein Haupt-Adapterkörper gebildet
wird.
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Bezugnehmend
auf 4 wird die Hülse 60 drehbar
zwischen der radialen Schulter 74 des Einschubbereichs 58 und
der Erweiterung 92 des Flüssigkeitsverteilers 62 befestigt.
Weiterhin wird das Reduktions- Verbindungsstück 68 innerhalb
des ersten Anschlusses 100 des Zweischlauch-Empfängers 64 befestigt,
und die erste Flussleitung 38 wird durch Einpressen in
das Reduktions-Verbindungsstück 68 befestigt.
Entsprechend wird die zweite Flussleitung 40 durch Einpressen
in den zweiten Anschluss 102 befestigt.
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Weiter
bezugnehmend auf 4, erstreckt sich die Röhre 66 axial
von dem Reduktions-Verbindungsstück 68 durch
eine Öffnung 106,
welche durch den Zweischlauch-Empfänger 64 definiert
ist, in den Einschubbereich 58 hinein. Innerhalb des Einschubbereichs 58 erstreckt
sich die Röhre 66 axial
durch die axiale Bohrung 78. Ein Endbereich 108 der
Röhre ragt
axial aus dem ersten Ende 70 des Einschubbereichs 58 heraus.
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Um
den Einschubbereich 58 zu verlassen, erstreckt sich die
Röhre 66 durch
den Bereich mit verringerten Durchmesser 80 des Einschubbereichs 58.
In einer bestimmten Ausführungsform
besitzt der Bereich mit verringertem Durchmesser 80 einen Durchmesser
von 030 Inch (0,762 mm) und die Röhre 66 besitzt einen äußeren Durchmesser
von 016 Inch (0,4064 mm). Eine derartige Abweichung der Durchmesser
führt zu
einer relativ losen Passung zwischen der Röhre 66 und dem Bereich
mit verringertem Durchmesser 80. Die relativ lose Passung zwischen
der Röhre 66 und
dem Bereich mit verringertem Durchmesser 80 erlaubt es,
dass Flüssigkeit durch
die axiale Bohrung 78 wandert, um den Einschubbereich 58 durch
den Bereich mit verringerten Durchmesser 80 zu verlassen.
Flüssigkeit,
welche die axiale Bohrung 78 verlässt, umgibt die Röhre 66 peripher/umlaufend,
während
sie durch den Bereich mit verringertem Durchmesser wandert.
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Weiter
bezugnehmend auf 4, definiert der Adapter 28' einen Flussweg,
welcher sich von der zweiten Flussleitung 40 axial durch
eine von dem Zweischlauch-Empfänger 64 definierte Öffnung 110 erstreckt.
Der Weg erstreckt sich dann entlang eines radialen Bereichs des
Weges 112, welcher zwischen dem Flüssigkeitsverteiler 62 und
dem Zweischlauch-Empfänger 64 definiert
ist. Der Bereich mit reduziertem Durchmesser 104 des Zweischlauch-Empfängers 64 liegt
an der umlaufenden Schulter 98 des Flüssigkeitsverteilers 62 an,
so dass ein axialer Zwischenraum S des radialen Bereichs des Weges 112 aufrecht
erhalten wird. Von dem radialen Bereich des Weges 112 erstreckt
sich der Weg in einer axialen Richtung entlang der axialen Bohrung 78 des
Einschubbereichs 58.
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Wenn
der Adapter 28 mit dem Katheteransatzstück 26 verbunden wird,
passt der Einschubbereich 58 in das Katheteransatzstück 26 und
die Hülse 60 wird
auf das Äußere des
Katheteransatzstücks 26 aufgeschraubt.
In einer derartigen Anordnung ragt das erste Ende 70 des
Einschubbereichs 58 in die innere Höhlung 77 des Katheteransatzstücks 26 hinein,
und der Endbereich 108 der Röhre 66 ragt oder erstreckt
sich in das innere der Katheterhülle 24 hinein.
Die Spitze der Röhre 66 ist
vorzugsweise an einer Flüssigkeits-Austauschregion 55' positioniert,
die sich benachbart zu der distalen Spitze 57 der Katheterhülle 24 befindet.
Eine Fluidverbindung zwischen der axialen Bohrung 78 des
Adapters 28 und der inneren Höhlung 77 des Katheteransatzstücks 26 wird über den
Bereich mit verringertem Durchmesser 80 der axialen Bohrung 78 hergestellt
(d.h. Flüssigkeit
in der axialen Bohrung 78 kann in das Katheteransatzstück 26 eindringen,
indem sie zwischen der Röhre 66 und
der Region des Einschubbereichs 58, welche den Bereich
mit reduziertem Durchmesser 80 definiert, fließt). Fluidverbindung
besteht ebenfalls zwischen der inneren Höhlung 77 des Ansatzstücks 26 und
dem Inneren des Katheterhülle 24.
Zum Beispiel definiert das Ansatzstück eine Endöffnung 81, welche
ausreichend größer ist
als die Röhre 66,
so dass es möglich
ist, dass Flüssigkeit
frei zwischen der inneren Höhlung 77 des
Ansatzstücks 26 und
einem ringförmigen
Weg 79, welcher die Röhre 66 innerhalb der
Hülle 24 umgibt,
fließen
kann. Der ringförmige Weg 79 ist
zwischen der Röhre 66 und
der Katheterhülle 24 definiert
und ist so angeordnet, dass Flüssigkeit
aus der inneren Höhlung 77 des
Ansatzstücks 26 zu
der Flüssigkeits-Austauschregion 55' transportiert werden
kann.
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Nun
bezugnehmend auf die 5 und 6, ist ein
Sensor 30' gezeigt,
welcher geeignet zu Verwendung mit der Sensoranordnung 20 ist.
Der Sensor 30' schließt ein Gehäuse 113 ein,
welches einen oberen Teil 114 besitzt, der durch konventionelle Techniken
wie Befestigungsmittel (z.B. Schrauben) an einem unteren Teil 116 befestigt
ist. Ein Substrat 118 ist zwischen dem oberen und dem unteren
Teil 114 und 116 positioniert.
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Das
Substrat 118 schließt
eine Referenzelektrode 120, eine Arbeitselektrode 122 und
einer Gegenelektrode 124 ein. Die Elektroden sind über Leiterbahnen 128 mit
einem Anschluss 126 verbunden. Der Anschluss 126 ist
vorzugsweise mit dem Steuergerät 144 der
Sensoranordnung 20 verbunden. Eine Haftschicht 130 befindet
sich zwischen der Leiterplatte 118 und dem oberen Teil 114.
Die Haftschicht 130 definiert einen Schlitz 132,
welcher sich über
die Elektroden 120, 122 und 124 erstreckt.
Auf diese Weise bildet der Schlitz 132 eine Testkammer 134 innerhalb
des Gehäuses 113 des
Sensors 30'.
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Flüssigkeit,
die durch die erste Flusslinie 38 fließt, bewegt sich in einer Richtung
D durch das Sensorgehäuse 113.
Ein Flussweg durch das Sensorgehäuse
ist zumindest teilweise durch ein elastisches Bauteil 136 (z.B.
aus Urethan) definiert, welches durch Einpressen in dem oberen Teil 114 befestigt
ist. Das elastische Bauteil 136 besitzt Enden, die Aussparungen 138 besitzen,
welche jeweils einen Flussweg durch den Querschnitt (d.h. aufrecht)
innerhalb des Sensorgehäuses 113 bieten.
Zum Beispiel tritt der Fluss innerhalb der ersten Flusslinie 38,
wie in 6 gezeigt, durch einen ersten Anschluss 140 in das
Sensorgehäuse
ein, fließt
entlang einer der Aussparungen 138 nach unten zur Testkammer 134, fließt entlang
der Testkammer 134 über
die Elektroden 120, 122 und 124, fließt entlang
der anderen Aussparung 138 nach oben und verlässt das
Sensorgehäuse
durch einen zweiten Anschluss 142.
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Der
Sensor 30' ist
vorzugsweise ein „verdrahtetes
Enzym"-Sensor („wired
enzyme sensor") zum
Nachweis oder zur Messung von Bioanalyten. Veranschaulichende „verdratetes
Enzym"-Sensoren sind
in den United States Patenten mit den Nummern 5,264,105; 5,356,786;
5,262,035; und 5,320,725 beschrieben.
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Wieder
bezugnehmend auf 5, sind die Referenz-, Arbeits- und Gegenelektroden 120, 122 und 124 als
getrennte leitende Linien oder Bahnen auf dem Substrat 118 gebildet.
Zumindest Teile der Referenz-, Arbeits- und Gegenelektroden 120, 122 und 124 sind
entlang der Testkammer 134 des Sensors 30' angeordnet,
wenn der Sensor 30' wie
in 6 gezeigt zusammengesetzt ist.
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Die
Arbeitselektrode 122 ist die Elektrode an der ein Analyt
wie Lactat oder Glucose elektrooxidiert oder elektroreduziert wird.
Ein Strom wird zwischen der Arbeitselektrode 122 und der
Gegenelektrode 124 hindurchgeleitet. Das Potential der
Arbeitselektrode 122 wird relativ zur Referenzelektrode 124 beobachtet.
Da im Wesentlichen kein Strom durch die Referenzelektrode 120 fließt, wird
ihr Potential konstant und gleich ihrem Ruhewert bleiben. Dieses
System wird als Dreielektrodensystem bezeichnet.
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Wenn
der Strom klein ist, kann ein Zweielektrodensystem verwendet werden.
Das heißt,
die Gegenelektrode 124 kann ebenfalls als Arbeitselektrode verwendet
werden, und die Referenzelektrode 120 wird auch als Gegenelektrode
fungieren. Da der Strom klein ist, wird der Fluss des niedrigen
Stroms durch die Referenzelektrode 120 das Potential der Referenzelektrode 120 nicht
beeinflussen.
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Die
Referenz-, Arbeits- und Gegenelektroden 120, 122 und 124 sind
innerhalb der Testkammer 134 positioniert. Die Kammer 134 ist
so konfiguriert, dass bei Bereitstellung einer Probe in der Kammer 134 die
Probe in Flüssigkeitskontakt
mit den Referenz-, Arbeits- und Gegenelektroden 120, 122 und 124 ist.
Dies erlaubt, dass ein elektrischer Strom zwischen den Elektroden 120, 122 und 124 fließt, so dass
die Elektrolyse (Elektrooxidation oder Elektroreduktion) des Analyten
beeinflusst wird.
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Die
Arbeits-/Gegenelektroden 122 und 124 können aus
jeglichem leitfähigen
Material gebildet werden. Exemplarische leitfähige Materialien schließen Kohlenstoff,
Gold, Platin, Graphit, Palladium und Zinnoxid ein. Die Arbeitselektroden 122 besitzen
vorzugsweise Testoberflächen,
welche mit einer Mess-Schicht bedeckt sind. Die Mess-Schicht schließt vorzugsweise
eine Redoxverbindung oder einen Mediator ein. Der Begriff Redoxverbindung wird
hierin in der Bedeutung einer Verbindung verwendet, die oxidiert
und reduziert werden kann. Exemplarische Redoxverbindungen schließen Übergangsmetallkomplexe
mit organischen Liganden ein. Bevorzugte Redoxverbindungen/Mediatoren
sind Osmium-Übergangsmetallkomplexe
mit einem oder mehreren Liganden, welche einen stickstoffhaltigen Heterozyklus
wie 2,2'-Bipyridin
besitzen. Die Mess- Schicht
kann auch ein Redoxenzym enthalten. Ein Redoxenzym ist ein Enzym,
welches eine Oxidation oder Reduktion eines Analyten katalysiert.
Zum Beispiel kann eine Glucoseoxidase oder Glucosedehydrogenase
verwendet werden, wenn der Analyt Glucose ist. Ebenfalls erfüllt eine
Lactatoxidase oder Lactatdehydrogenase diese Rolle, wenn der Analyt Lactat
ist. In Systemen wie dem beschriebenen katalysieren diese Enzyme
die Elektrolyse eines Analyten indem sie über die Redoxverbindung Elektronen
zwischen dem Analyten und der Elektrode übertragen.
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Die
Referenzelektrode 120 kann auf eine ähnliche Weise konstruiert werden,
wie die Arbeits-/Gegenelektroden 122 und 124.
Geeignete Materialien für
die Referenzelektrode 120 schließen Ag/AgCl, das auf einem
nichtleitenden Basismaterial aufgedruckt ist, oder Silberchlorid
auf einer Silbermetall-Basis ein.
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Bei
Verwendung des elektrochemischen Sensors 30' wird ein zuvor bestimmtes Potential
zwischen den Referenz- und Arbeitselektroden 120 und 122 angelegt.
Wenn das Potential angelegt ist und eine Probenflüssigkeit,
welche den gewünschten Analyten
enthält,
in der Testkammer 134 vorliegt, wird ein elektrischer Strom
zwischen der Arbeitselektrode 122, der Gegenelektrode 124 und
der Referenzelektrode 120 fließen. Der Strom resultiert aus der
Elektrolyse des Analyten in der Probenflüssigkeit. Diese elektrochemische
Reaktion verläuft über die Redoxverbindung
und das optionale Redoxenzym. Durch Messen des Stroms, der bei einem
gegebenen Potential erzeugt wird, kann die Konzentration eines gegebenen
Analyten in einer Testprobe bestimmt werden.
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Die
mit den Fachgebiet Vertrauten werden erkennen, dass Strom-Messungen durch eine
Vielzahl von Techniken einschließlich – neben anderen – coulometrische,
potentiometrische, amperometrische, voltammetrische und andere elektrochemische Techniken
erreicht werden kann.
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Die
Messwerte, welche durch typische nicht-coulometrische Techniken
erhalten werden, sind im Allgemeinen temperaturabhängig. Folglich werden
von einer Temperatursonde generierte Temperaturdaten verwendet,
um verlässliche
Analyt-Daten für
derartige Techniken zu generieren. In bestimmten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann eine Temperatursonde als Linie auf
dem Substrat 118 gebildet werden. Alternativ können sich Temperatursonden
an anderer Stelle innerhalb der Kammer 134, außerhalb
der Testkammer 134 oder an alternativen Positionen entlang
der Flusslinie 38 befinden. Die Temperatursonden sind vorzugsweise mit
dem Steuergerät 144 verbunden.
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Wieder
bezugnehmend auf 1, ist es bevorzugt, dass der
Katheter 22 der Sensoranordnung 20 ein konventioneller
peripherer Katheter ist. Natürlich
können
auch andere Kathetertypen zur Entnahme von Testflüssigkeiten
aus einem Patienten verwendet werden. Die erste, zweite und dritte
Flusslinie 36, 38 und 40 der Sensoranordnung 20 sind
vorzugsweise aus konventionellen medizinischen Schläuchen gebildet.
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In
einem nichtlimitierenden Beispiel kann die Quelle der Kalibrierungsflüssigkeit 32 der
Sensoranordnung 20 ein konventioneller Beutel für intravenöse (IV)
Infusionen sein, welcher über
die zweite Flusslinie 38 dem Adapter 28 durch
die Schwerkraft Kalibrierungsflüssigkeit
zuführt.
Natürlich
können
andere Geräte
wie Spritzenpumpen, pneumatische Pumpen und peristaltische Pumpen
ebenfalls verwendet werden. Eine bevorzugte Kalibrierungsflüssigkeit
schließt
eine vorbestimmte Konzentration einer Kalibrierungssubstanz wie
Lactat für
Lactat-Sensoren oder Glucose für
Glucosesensoren ein. Die Kalibrierungsflüssigkeit kann zusätzlich zu
einer Kalibrierungssubstanz eine Vielzahl anderer Komponenten enthalten.
Zum Beispiel kann ein Antikoagulanzmittel wie Natriumcitrat verwendet
werden. Eine bevorzugte Kalibrierungsflüssigkeit umfasst eine Natriumcitratlösung, Salzlösung und
Lactat. Natürlich
wird Lactat nur dann als Kalibrierungssubstanz verwendet, wenn ein
Lactat-Sensor im System verwendet wird. Andere Typen von Kalibrierungssubstanzen, die
im System verwendet werden können,
schließen Glucose,
Kalium, Natrium, Kalzium und Ringers-Lactat ein.
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Um
die Verwendung der Sensoranordnung 20 zu beginnen, wird
ein Patient vorbereitet und der Katheter 22 wird an einer
geeigneten Stelle (z.B. dem Unterarm des Patienten) eingeführt. Die
Quelle der Kalibrierungsflüssigkeit 32 und
der Abfallbehälter 36 werden
dann an geeigneten Stellen positioniert. Wenn zum Beispiel die Quelle
der Kalibrierungsflüssigkeit 32 einen
Beutel für
intravenöse
(IV) Infusionen umfasst, wird ein derartiger Beutel ausreichend
hoch über
der Einführungsstelle
des Katheters aufgehängt,
um eine angemessene Infusion in den Patienten zu gewährleisten.
Wenn weiterhin der Abfallbehälter 36 einen
konventionellen Abfallbeutel umfasst, wird ein derartiger Beutel
vorzugsweise niedriger als die Einführungsstelle des Katheters
aufgehängt.
Sobald die verschiedenen Komponenten des Systems zusammengesetzt
wurden, wird das System entlüftet und
der Adapter 28 wird auf das Katheteransatzstück 26 (d.h.
den „Luer-Fitting" Anschluss) des Katheters 22 aufgesetzt.
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Sobald
die Sensoranordnung 20 wie oben beschrieben zusammengesetzt
wurde, wird das Schlauchventil 48 der zweiten Flusslinie 40 geöffnet, wodurch
eine Infusion des Kalibrierungsmittels in den Patienten begonnen
wird. Wie zum Beispiel in 7 gezeigt,
fließt
die Kalibrierungsflüssigkeit
aus der Quelle der Kalibrierungsflüssigkeit 32 zum Adapter 28.
Vom Adapter 28 fließt
die Kalibrierungsflüssigkeit durch
den zweiten Weg 56 in die Flüssigkeitsaustausch-Region 55,
welche innerhalb der Katheterhülle 24 definiert
ist. Von der Flüssigkeitsaustausch-Region 55 wird
die Kalibrierungsflüssigkeit
in den Patienten infundiert.
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Nachdem
der Fluss der Kalibrierungsflüssigkeit
zum Patienten eingerichtet wurde, wird eine Kalibrierungsphase gestartet,
in welcher die Pumpe 34 (z.B. eine Spritze, die von einer
konventionellen Spritzenpumpe bewegt wird) einen Gradienten niedrigeren
Drucks aufbaut, der dafür
sorgt, dass die Kalibrierungsflüssigkeit
innerhalb der Flüssigkeitsaustausch-Region 55 der
Katheterhülle 24 in
den ersten Weg 54 gezogen wird (wie in 8 gezeigt).
Von dem ersten Weg 54 fließt die Kalibrierungsflüssigkeit in
die erste Flussleitung 38 zum Sensor 30 hin. Vorzugsweise
ist der Fluss der Kalibrierungsflüssigkeit zum Patienten so reguliert,
dass er immer in einem Verhältnis
von mindestens dem zweifachen zur Zugrate der Pumpe 34 steht.
Zum Beispiel beträgt
in einer bestimmten Ausführungsform
die Flussrate durch die erste Flussleitung 38 zum Sensor 30 etwa
50 Mikroliter pro Minute während
die Flussrate der Kalibrierungsflüssigkeit durch die zweite Flussleitung 40 zum
Adapter 28 etwa 100 Mikroliter pro Minute beträgt. Folglich
fließt Kalibrierungsflüssigkeit
mit dem zweifachen derjenigen Flussrate aus dem zweiten Weg 56 in
die Flüssigkeitsaustausch-Region 55 hinein,
mit der die Kalibrierungsflüssigkeit
durch den ersten Weg 54 aus der Flüssigkeitsaustausch-Region 55 herausgezogen
wird. Wenn die Pumpe 34 Flüssigkeit zu sich heranzieht,
wird das erste Rückschlagventil 44 geöffnet, so
dass Flüssigkeit
durch die erste Flusslinie 38 zu Pumpe 34 wandern
kann, während
das zweite Rückschlagventil 46 geschlossen
wird, so dass es verhindert wird, dass der Fluss die Pumpe 34 erreicht.
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Während der
Kalibrierungsphase fließt
die Kalibrierungsflüssigkeit
aus der Quelle der Kalibrierungsflüssigkeit 32 von der
zweiten Flussleitung 40 in den zweiten Weg 56.
Der zweite Weg 56 befördert die
Kalibrierungsflüssigkeit
zur Flüssigkeitsaustausch-Region 55.
Wenn die Pumpe 34 Zug auf die erste Flussleitung 38 ausübt, wird
Kalibrierungsflüssigkeit
aus dem dritten Bereich 65 des zweiten Weges 56 (d.h.
innerhalb der Hülle
konzentrisch um den ersten Weg 54 angeordnet) auf einem
konzentrischen Weg in das offene Ende des ersten Flussweges 54 gezogen.
Ein derartige konzentrische Anordnung in Kombination mit der doppelten
Flussrate, die von der zweiten Flussleitung 40 geboten
wird, bewirkt, dass die Pumpe 34 ausschließlich die
Kalibrierungsflüssigkeit
in die Röhre 66 und
in die erste Flussleitung 38 zieht. Überschüssige Kalibrierungsflüssigkeit
fließt
aus der Katheterhülle 24 und
in den Patienten, wodurch verhindert wird, dass Blut in die Flüssigkeitsaustausch-Region 55 gelangt.
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Während die
oben beschriebenen Flussbedingungen aufrecht erhalten werden, kann
der Sensor 30 kalibriert und frei von Blutprotein-Anlagerung oder Blockierung
durch Gerinnsel gehalten werden. Wenn eine Lactat-Analyse gewünscht ist,
wird das Schlauchventil 48 verwendet, um die zweite Flussleitung 40 zu
schließen
(wie in 9 gezeigt). Durch Schließen der
zweiten Flussleitung 40 wird der Fluss der Kalibrierungsflüssigkeit
zum Adapter 28 gestoppt. Sobald der Fluss der Kalibrierungsflüssigkeit zum
Adapter 28 gestoppt ist, wird die Pumpe 34 die Flüssigkeitsaustausch-Region 55 bald
von deren restlichen Volumen an Kalibrierungsflüssigkeit entleeren, und dafür sorgen,
dass eine Probenflüssigkeit (z.B.
Blut) von dem Patienten in die Katheterhülle 24 einfließt. Aus
der Katheterhülle 24 wandert
das Blut durch den ersten Weg 54 in die erste Flussleitung 38. Die
erste Flussleitung 38 transportiert das Blut in den Sensor 30.
Nachdem eine Mischprobe, welche eine Mischung aus Probenflüssigkeit
und Kalibrierungsflüssigkeit
enthält,
durch den Sensor 30 wandert, wird ein Volumen im Wesentlichen
kalibrierungsflüssigkeitsfreier
Probenflüssigkeit
in den Sensor 30 gezogen. Wenn die im wesentlichen kalibrierungsflüssigkeitsfreie
Probenflüssigkeit
in den Sensor 30 gezogen wurde, kann eine Messung (z.B.
eine Lactat-Messung) vom Sensor 30 durchgeführt werden.
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Eine
Pumpe, wie eine Spritze mit kleinem Volumen (z.B. etwa 3 Kubikzentimeter
(cc)), bietet den Vorteil der gesteigerten Kontrolle über die
Flussraten durch die erste Flussleitung 38. Eine derartige Spritze
wird einen einzelnen Zug von etwa 1 Stunde während eines Sensor-Lebenszyklus
von etwa 10 Stunden erlauben, folglich werden zehn Entleerungszyklen
der Spritze pro Sensor-Lebensdauer benötigt. Die Entleerung der Spritze
wird erreicht, indem die Pumpe 34 (z.B. eine Spritze, die
von einer Spritzenpumpe bewegt wird), den Befehl erhält, die
Richtung mit einer vorbestimmten Bewegungsrate umzukehren (wie in 10 gezeigt).
Durch die Umkehrung der Pumpenrichtung wird Flüssigkeit innerhalb der ersten
Flussleitung 38 zurück
gegen die normale Flussrichtung gedrückt, wodurch das Schließen des ersten
Rückschlagventils 44 verursacht/erlaubt
wird. Gleichzeitig bewirkt der umgekehrte Fluss in der ersten Flussleitung 38,
dass sich das zweite Rückschlagventil 46,
welches sich entlang der dritten Flussleitung 42 befindet, öffnet. Folglich
verläuft
der Fluss durch die dritte Flussleitung 42 und in den Abfallbehälter 36 (z.B.
einen Abfallbeutel). Während dieser
Phase ist die zweite Flussleitung 40 vorzugsweise geöffnet, um
den Fluss von Kalibrierungsflüssigkeit
durch den Katheter 22 zu erlauben, um Koagulation zu hemmen.
Nachdem die Abfall-Ablaufphase
vollendet wurde, kann das System zur Kalibrierungsphase aus 8 zurückkehren
bis eine erneute Testprobennahme gewünscht ist.
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Alternativ
kann eine Spritze mit großen
Volumen im Bereich von 30 cc bis 60 cc verwendet werden, wenn eine
derartige Verwendung keine nachteiligen Flusscharakteristika im
System induziert. Das Gesamtvolumen der Spritze könnte gleich
dem größten erwarteten
Abfallvolumen für
einen gegebenen Sensor-Lebenszyklus sein, wodurch die Notwendigkeit
der Rückschlagventile 44 und 46 und
des Abfallbehälters 36 beseitigt
wird.
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Für bestimmte
Anwendungen kann das Steuergerät 144 so
programmiert werden, dass die Sensoranordnung 20 in vorbestimmten
Zeitintervallen Flüssigkeitsproben
nimmt. Zum Beispiel können jede
Stunde oder alle fünfzehn
Minuten oder alle fünf Minuten
Proben genommen werden. Während
der Zeitabschnitte zwischen den Probennahmen wird der Sensor 30 vorzugsweise
in Kalibrierungsflüssigkeit gebadet.
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Die
Sensoranordnung 20 ist besonders zur Verwendung als ex
vivo Einweg-Lactat-Kontrollgerät geeignet.
Bei Verwendung als Lactat-Kontrollgerät kann die
Sensoranordnung 20 – über das
Steuergerät 144 – automatisch
Lactat-Messungen in vorbestimmten Intervallen wie jede Stunde, alle
fünfzehn Minuten
oder alle fünf
Minuten aufnehmen. Aktuelle Lactat-Messungen können auf einem Anzeigegerät dargestellt
werden. Weiterhin können
Trends so wie Ansteigen der Lactat-Konzentration, Absinken der Lactat-Konzentration
und Änderungsraten
der Lactat-Konzentration
in Speicher abgelegt werden, der mit dem Steuergerät 144 verbunden
ist. Derartige Informationen können
verwendet werden, um einen Arzt mit Daten wie einer Lactat-Verlaufslinie
oder einer mittleren Lactat-Messung eines bestimmten Patienten an
einem gegebenen Tag zu versorgen.