EP2872043A1 - Verfahren zur herstellung eines sensorinstruments und sensorinstrument - Google Patents
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Definitions
- a possible cause of discomfort for a patient in the upper gastrointestinal tract is infection with Helicobacter pylori bacteria.
- the object of the invention is to specify a simple method for producing a sensor instrument and a corresponding sensor instrument.
- the ammonia-sensitive sensor comprises at least two wires or wires each embedded in a nonconductive matrix, with the two embedded wires being adhesively bonded to one another, for example, for setting a fixed distance from one another.
- two electrically conductive wires or wires are embedded at a predetermined distance in the non-conductive matrix and subsequently one end of the wires is exposed by grinding. So instead of embedding the wires individually in the matrix and then attaching them together in a second manufacturing step to form the sensor, the
- Wires in this case in a manufacturing step with a predetermined distance from each other embedded in the matrix are wires in this case in a manufacturing step with a predetermined distance from each other embedded in the matrix.
- the sensor instrument and in particular the sensor is preferably deburred.
- the wires used for the sensor preferably consist of a relatively simple and inexpensive stainless steel or copper alloy and are expediently coated in one process step, in particular galvanically. The coating is preferably made only at the exposed ends. Coating minimizes the use of high quality and expensive materials.
- a wire for forming an electrode is coated with silver and a wire for forming a reference electrode with gold or platinum for each sensor.
- the materials used here may be biocompatible. should be tibel and even on contact with gastric acid should not dissolve substances that could cause an intolerance to the patient or even a poisoning phenomenon. For this reason as well, polymethyl methacrylate, for example, is used for the non-conductive matrix.
- Polyoxymethylene, polycarbonate or a thermosetting plastic used from an epoxy resin and a hardener used from an epoxy resin and a hardener.
- a sensor instrument manufactured with the aid of the method described here has, at the end of the production process, an ammonia-sensitive sensor which is used to examine the
- FIG 4 shows in an enlarged view the unfinished sensor after coating one of the ends of the wires with silver, in an enlarged view the unfinished sensor after coating the other end with gold, in an enlarged view the finished sensor after passivation of one of the ends of the wires and in FIG an enlarged view of the finished sensor after coating one of the ends of the wires with a protective varnish.
- the method described below serves as an example for producing a sensor instrument 2, as shown in FIG. This is constructed from an evaluation unit 4 with an optical display A and a catheter probe 6 with an ammonia-sensitive sensor 8.
- the coating is carried out by means of a galvanic process, during which the second, not to be coated in this sub-process stainless steel wire 10 is coated with a protective lacquer. After the galvanic coating and the removal of the protective lacquer, a state of the catheter probe 6 is then given, as indicated in FIG. In addition, a production step is provided, in which, analogously to the preceding process step, the second stainless steel wire 10 is provided with a gold layer 22 for forming a reference electrode 20, again providing the electrode 16, which is not to be coated in the context of this process step, with a protective lacquer.
- the electrode 16 is passivated by immersion in a hydrochloric acid bath, thereby forming a silver chloride layer 24 on the surface of the electrode 16. This situation is shown in FIG.
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Abstract
In einem Verfahren zur Herstellung eines Sensorinstruments (2) mit einem Ammoniak-sensitiven Sensors (8), der zur Untersuchung der Schleimhaut von Speiseröhre, Magen und Zwölffingerdarm eines Patienten auf einen Befall mit Bakterien ausgebildet ist, wird zumindest ein elektrisch leitender Draht (10) in eine nichtleitende Matrix (12) eingebettet und nachfolgend ein Ende des Drahtes (10) durch Schleifen freigelegt.
Description
Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Sensorinstruments und Sensorinstrument
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Sensorinstruments sowie ein entsprechendes Sensorinstrument.
Eine mögliche Ursache für Beschwerden eines Patienten im Be- reich des oberen Gastrointestinaltraktes ist eine Infektion mit Helicobacter pylori Bakterien.
Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden Offenlegungsschrift DE 10 2010 006 969 AI ist ein Testverfahren bekannt, mit des- sen Hilfe ein Patient auf eine derartige Infektion hin untersucht werden kann. Verwendet wird hierzu ein Gastroskop mit einem Einführschlauch, an dessen distalen Ende ein Sensor angeordnet ist, welcher sensitiv auf Amoniak reagiert. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass Helicobacter pylori Bakte- rien Harnstoff mittels des Urease-Enzyms in Kohlendioxid und Amoniak aufspalten und dass Amoniak typischerweise nur bei einem Befall mit Helicobacter pylori Bakterien im Magen eines Patienten in relevanter Menge nachweisbar ist. Somit lässt sich bei einer entsprechenden Reaktion des Sensors, der im Magen eines Patienten positioniert wird, auf das Vorhandensein einer erhöhten Menge an Amoniak und infolgedessen auch auf einen Befall mit Helicobacter pylori Bakterien schließen.
Das grundlegende Funktionsprinzip des Sensors wurde unter an- derem im Rahmen des Vortrages „Immediate detection of
Helicobacter infection with a novel electrochenmical System" (Gastroenterology, Volume 138, Issue 5, Supplement 1, Pages S-114, May 2010) von Helmut Neumann, Stefan Foertsch, Michael Vieth, Jonas Mudter, Rainer Kuth und Markus F. Neurath wäh- rend der „DIGESTIVE DISEASE WEEK 2010" vorgestellt. Danach wird eine Änderung einer elektrischen Größe messtechnisch er- fasst, wenn ein Elektrodenpaar mit Ammoniak in Berührung
kommt, wobei eine Elektrode des Elektrodenpaars chemisch mit dem Ammoniak reagiert .
Bei einem Gastroskop handelt es sich um ein spezielles Endo- skop für die Untersuchung der Schleimhaut von Speiseröhre, Magen und Zwölffingerdarm und somit um ein relativ komplexes medizinisches Instrument, welches mit einem relativ hohen technischen und finanziellen Aufwand hergestellt wird. Insbesondere auch aufgrund der stetig steigenden Kosten im Gesund- heitssystem ist es vorteilhaft, Sensorinstrumente für den Medizinbereich derart zu gestalten, dass deren Fertigung möglichst einfach und preiswert zu bewerkstelligen ist.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zur Herstellung eines Sensorinstruments sowie ein entsprechendes Sensorinstrument anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Die rückbezogenen An- Sprüche beinhalten teilweise vorteilhafte und teilweise für sich selbst erfinderische Weiterbildungen dieser Erfindung. Die Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß durch ein Sensorinstrument mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Das Verfahren dient zur Herstellung eines Sensorinstruments, wobei zur Fertigung eines Amoniak- sensitiven Sensors zumindest ein elektrisch leitender Draht, oder eine elektrisch leitende Ader, in eine nicht leitende Matrix eingebettet und nachfolgend ein Ende des Drahtes durch Schleifen freigelegt wird. Der Amoniak- sensitive Sensor ist hierbei zur Untersuchung der Schleimhaut von Speiseröhre, Magen und Zwölffingerdarm eines menschlichen oder auch tierischen Patienten auf einen Befall mit Bakterien, welche aufgrund einer entsprechenden Stoffwechselreaktion Ammoniak an ihre Umgebung abge- ben, also auch Bakterien der Gattung Helicobater, wie zum Beispiel Helicobacter pylori, Helicobacter heilmannii oder Candidatus Helicobacter suis, ausgebildet. Diese Vorgehensweise hat sich für die Fertigung als besonders günstig erwie-
sen, da mit ihr die Anforderungen an das Sensorinstrument ohne größeren technischen Aufwand erfüllen lassen.
Die Einbettung des Drahtes bzw. der Ader in die nicht leiten- de Matrix erfolgt dabei bevorzugt derart, dass die nicht leitende Matrix den Draht fest umschließt, so dass bei einem Eintauchen des freigelegten Endes in eine Flüssigkeit diese nicht zwischen Matrix und Draht eindringen kann. Der Amoniak- sensitive Sensor umfasst am Ende des Herstellungsverfahrens zumindest zwei jeweils in eine nicht leitende Matrix eingebettete Drähte bzw. Adern, wobei die beiden eingebetteten Drähte zur Vorgabe eines festen Abstandes zueinander beispielsweise aneinandergeklebt werden. Alternativ wer- den zwei elektrisch leitende Drähte bzw. Adern in einem vorgegebenen Abstand in die nicht leitende Matrix eingebettet und nachfolgend wird je ein Ende der Drähte durch Schleifen freigelegt. Anstatt also die Drähte einzeln in die Matrix einzubetten und dann in einem zweiten Fertigungsschritt zur Ausbildung des Sensors aneinander zu befestigen, werden die
Drähte in diesem Fall in einem Fertigungsschritt mit vorgegebenem Abstand zueinander gemeinsam in die Matrix eingebettet .
Gemäß einer vorteilhaften Verfahrensvariante wird zumindest einer der Drähte an einem Ende senkrecht zur Adermittelachse des Drahtes plan geschliffen und bevorzugt werden beide Drähte auf diese Art und Weise nachbearbeitet. Durch das Planschleifen wird eine Oberfläche, typischerweise eine kreisförmige Stirnfläche, vorgegeben, was sich günstig auf die nach- folgenden Verfahrensschritte bei der Herstellung des Sensorinstruments sowie auf die Funktion des Sensors auswirkt.
Bevorzugt wird desweiteren das Sensorinstrument und insbesondere der Sensor entgratet. Dabei gilt es unter anderem sicher zu stellen, dass das Sensorinstrument, welches zum Einführen in den Gastrointestinaltraktes eines Patienten vorgesehen ist, keine scharfen Kanten, Ecken etc. aufweist, durch welche der Patient eine Verletzung erleiden könnte.
Die für den Sensor verwendeten Drähte bestehen bevorzugt aus einer verhältnismäßig einfachen und preiswerten Edelstahloder Kupferlegierung und werden zweckmäßigerweise in einem Verfahrensschritt beschichtet, insbesondere galvanisch. Die Beschichtung wird dabei bevorzugt lediglich an den freigelegten Enden vorgenommen. Durch das Beschichten wird die Verwendung von hochwertigen und teuren Materialien auf ein Minimum beschränkt. Dabei wird für jeden Sensor ein Draht zur Ausbildung einer Elektrode mit Silber und ein Draht zur Ausbildung einer Referenzelektrode mit Gold oder Platin beschichtet.
Wurden die beiden Drähte gemeinsam in die nichtleitende Matrix eingebettet, so wird zur Vermeidung einer unerwünschten Beschichtung derjenige Draht, der im Rahmen eines Beschich- tungsprozesses nicht beschichtet werden soll, zuvor mit einem Schutzlack überzogen. Hierdurch lassen sich die beide Drähte verschiedenartig beschichten, auch wenn Sie nur gemeinsam in ein elektrolytisches Bad getaucht werden können.
Je nach Messverfahren, welches letzten Endes realisiert wer- den soll, wird weiter zumindest die Elektrode, also der mit
Silber beschichtete Draht, zur Passivierung in Salzsäure eingetaucht, so dass sich auf der Oberfläche eine Silberclorid- schicht ausbildet, die bei einem Kontrakt mit Amoniak chemisch reagiert.
Zur Vermeidung einer unerwünschten Reaktion wird der Sensor zumindest teilweise, also insbesondere die Elektrode, mit einer Schutzschicht oder einem Schutzlack überzogen, die bzw. der wasser- oder magensäurelöslich ist. Hierdurch lässt sich der Sensor und damit das Sensorinstrument über einen längeren Zeitraum ohne weitere besondere Schutzvorkehrungen lagern. Eine durch Alterung hervorgerufene Verringerung der Effektivität des Sensorinstruments ist dann nicht zu erwarten. Ein entsprechender Schutzlack wird bevorzugt aus NaCl oder NaHC03 hergestellt.
Bei der Herstellung des Sensorinstruments gilt es zudem zu bedenken, dass die hierbei verwendeten Materialien biokompa-
tibel sein müssen und sich auch bei Kontakt mit Magensäure keine Substanzen herauslösen sollen, die beim Patienten eine Unverträglichkeit oder gar eine Vergiftungserscheinung hervorrufen könnten. Auch aus diesem Grund wird für die nicht leitende Matrix beispielsweise Polymethylmethacrylat ,
Polyoximethylen, Polycarbonat oder ein duroplastischer Kunststoff aus einem Epoxidharz und einem Härter verwendet.
Ein mit Hilfe des hier beschriebenen Verfahrens gefertigtes Sensorinstrument weist am Ende des Fertigungsprozesses einen Amoniak- sensitiven Sensor auf, der zur Untersuchung der
Schleimhaut von Speiseröhre, Magen und Zwölffingerdarm eines Patienten auf einen Befall mit Bakterien ausgebildet ist, wobei der Sensor zwei in eine nicht leitende Matrix eingebette- te elektrisch leitende Drähte umfasst, deren Enden freigelegt sind und die entweder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt oder unterschiedlich beschichtet sind. Die Enden dienen als Elektrode einerseits und Gegenelektrode andererseits und durch Eintauchen des Sensors in den Mageninhalt eines Pa- tienten, der als Elektrolyt wirkende Magensäure enthält, wird, je nachdem ob zudem eine relevante Menge Ammoniak vorhanden ist oder nicht, ein elektrochemischer Prozess gestartet, so dass mit Hilfe des Sensors und einer geeigneten Auswerteeinheit eine Änderung einer elektrischen Größe messbar ist.
Bevorzugt erfolgt dabei eine Messung des elektrischen Widerstandes am Sensor, wobei zunächst aufgrund der Silber- cloridschicht ein hoher Widerstand vorliegt. Ist nun eine In- fektion beispielsweise mit Helicobacter pylori Bakterien bei einem Patienten gegeben, so befindet sich infolge dessen im Mageninhalt des Patienten eine durch die Bakterien hervorgerufene erhöhte Konzentration an Amoniak, der mit dem wasserunlöslichen Silberclorid reagiert. Dabei entsteht ein wasser- löslicher Silber-Diamin-Komplex, wodurch die Silberclorid- schicht von der Elektrode abgetragen wird. Infolgedessen wird die darunter liegende Silberschicht freigelegt und der elektrische Widerstand des Sensors sinkt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen: FIG 1 in einer Seitenansicht ein Sensorinstrument mit einem Sensor,
FIG 2 in einer vergrößerten Ansicht den unfertigen Sensor nach einer Einbettung zweier Drähte in eine Matrix,
FIG 3 in einer vergrößerten Ansicht den unfertigen Sensor nach Freilegung je eines Drahtendes,
FIG 4 in einer vergrößerten Ansicht den unfertigen Sensor nach Beschichtung eines der Enden der Drähte mit Silber, m einer vergrößerten Ansicht den unfertigen Sensor nach Beschichtung des anderen Endes mit Gold, in einer vergrößerten Ansicht den fertigen Sensor nach Passivierung eines der Enden der Drähte und in einer vergrößerten Ansicht den fertigen Sensor nach Beschichtung eines der Enden der Drähte mit einem Schutzlack.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das nachfolgend beschriebene Verfahren dient exemplarisch zur Herstellung eines Sensorinstruments 2, wie es in FIG 1 dargestellt ist. Aufgebaut ist dieses aus einer Auswerteeinheit 4 mit einer optischen Anzeige A und einer Kathetersonde 6 mit einem Amoniak- sensitiven Sensor 8.
Das der Auswerteeinheit 4 gegenüberliegende und als Sensor 8 fungierende Ende der Kathedersonde 6 ist in den Abbildungen
FIG 2 bis FIG 7 vergrößert dargestellt, wobei die einzelnen Abbildungen den Zustand der Kathetersonde 6 nach verschiedenen Fertigungsprozessschritten zeigt. Zur Herstellung der Kathetersonde 6 werden zunächst, wie in FIG 2 angedeutet, zwei Edelstahldrähte 10 in eine Matrix 12 aus Polycarbonat derart eingebettet, dass einerseits der Abstand zwischen den Edelstahldrähten 10 vorgegeben wird und dass andererseits die Matrix 12 fest an den Edelstahldrähten 10 anliegt. Auf diese Weise wird verhindert, dass eine Flüssigkeit, in die die Kathetersonde 6 eingetaucht wird, in den Sensor 8 eindringen und sich zwischen der Matrix 12 und den Edelstahldrähten 10 ausbreiten kann. Als Edelstahldrähte 10 werden dabei zum Beispiel die zwei Adern eines zweiadrigen elektrischen Kabels mit Isolierung verwendet, wobei ein Ende des Kabels für die Einbettung abisoliert wird.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt werden die Enden der beiden Edelstahldrähte 10 durch einen Schleifprozess freigelegt sowie senkrecht zur Mittelachse 14 der Edelstahldrähte 10 plangeschliffen und die Kathetersonde 6 wird insbesondere endseitig entgratet. Dabei gilt es unter anderem sicher zu stellen, dass die Kathetersonde 6, welche zum Einführen in den Gastrointestinaltraktes eines Patienten vorgesehen ist, keine Kanten, Ecken etc. aufweist, durch welche der Patient eine Verletzung erleiden könnte. Alternativ zur Darstellung gemäß FIG 3 schließt die plangeschliffene Oberfläche der Drähte 10 plan mit der Matrix 12 ab. In einem weiteren Teilprozess wird einer der Edelstahldrähte 10 zur Ausbildung einer Elektrode 16 mit einer Silberschicht 18 versehen. Die Beschichtung wird dabei mit Hilfe eines galvanischen Verfahrens vorgenommen, währenddessen der zweite, bei diesem Teilprozess nicht zu beschichtende Edelstahldraht 10 mit einem Schutzlack überzogen ist. Nach der galvanischen Beschichtung und dem Entfernen des Schutzlackes ist dann ein Zustand der Kathetersonde 6 gegeben, wie in FIG 4 angedeutet ist .
Ergänzend ist ein Herstellungsschritt vorgesehen, bei dem analog zum vorangegangenen Prozessschritt der zweite Edelstahldraht 10 zur Ausbildung einer Referenzelektrode 20 mit einer Goldschicht 22 versehen wird, wobei wiederum die im Rahmen dieses Prozessschrittes nicht zu beschichtende Elektrode 16 mit einem Schutzlack versehen ist.
Nach der galvanischen Beschichtung der beiden Edelstahldrähte 10 zur Ausbildung der Elektrode 16 einerseits und der Referenzelektrode 20 andererseits, wird die Elektrode 16 durch Eintauchen in ein Salzsäurebad passiviert, wodurch sich an der Oberfläche der Elektrode 16 eine Silberchloridschicht 24 ausbildet. Diese Situation ist in FIG 6 dargestellt.
Abschließend wird die Elektrode 16, zumindest im Bereich der Silberchloridschicht 24, mit einem Natriumchlorid-Schutzlack 26 überzogen, um unerwünschte Alterungseffekte während der Lagerung des Sensorinstruments 2 zu vermeiden.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Ins- besondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Sensorinstruments (2), wobei zur Fertigung eines Ammoniak- sensitiven Sensors (8) , der zur Untersuchung der Schleimhaut von Speiseröhre, Magen und Zwölffingerdarm eines Patienten auf einen Befall mit Bakterien ausgebildet ist, zumindest ein elektrisch leitender Draht (10) in eine nichtleitende Matrix (12) eingebettet und nachfolgend ein Ende des Drahtes (10) durch Schleifen freige- legt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei genau zwei elektrisch leitende Drähte (10) in einem vorgegebenen Abstand in die Matrix (12) eingebettet werden und wobei nachfolgend je ein Ende der Drähte (10) durch
Schleifen freigelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
wobei zumindest ein Draht (10) an einem Ende plan geschliffen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei ein Entgraten des Sensors (8) vorgenommen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei ein Draht (10) zur Ausbildung einer Elektrode (16) mit Silber und ein Draht (10) zur Ausbildung einer Referenzelektrode (20) mit Gold oder Platin beschichtet wird, insbesondere galvanisch .
6. Verfahren nach Anspruch 5,
wobei die Elektrode (16) zur Passivierung in Salzsäure eingetaucht wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei der Sensor (8) zumindest teilweise mit einem Schutzlack (26) überzogen wird, der wasser- oder magensäurelöslich ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
wobei der Schutzlack (26) aus NaCl oder NaHC03 hergestellt wird .
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei für die Matrix (12) Polymethylmethacrylat ,
Polyoxymethylen, Polycarbonat oder ein duroplastischer Kunststoff aus einem Epoxidharz und einem Härter verwendet wird.
10. Sensorinstrument (2) mit einem Ammoniak- sensitiven Sensor (8) , der zur Untersuchung der Schleimhaut von Speiseröhre, Magen und Zwölffingerdarm eines Patienten auf einen Befall mit Bakterien ausgebildet ist, wobei der Sensor (8) zwei in eine nichtleitende Matrix (12) eingebettete elektrisch leitende Drähte (10) umfasst, deren Enden freigelegt sind.
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