EP3485256A1 - Durchflussmesszellenvorrichtung zur messung von fluidparametern - Google Patents

Durchflussmesszellenvorrichtung zur messung von fluidparametern

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EP3485256A1
EP3485256A1 EP17739991.2A EP17739991A EP3485256A1 EP 3485256 A1 EP3485256 A1 EP 3485256A1 EP 17739991 A EP17739991 A EP 17739991A EP 3485256 A1 EP3485256 A1 EP 3485256A1
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EP
European Patent Office
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radiation
fluorescence
flow cell
source
excitation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17739991.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Günter Schmid
Sebastian HÖRNIG
Hans Köhler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
B Braun Melsungen AG
Original Assignee
B Braun Melsungen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by B Braun Melsungen AG filed Critical B Braun Melsungen AG
Publication of EP3485256A1 publication Critical patent/EP3485256A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a method and a flow measuring cell device for a measuring system for measuring fluid parameters (such as, for example, blood parameters) on a fluorescence-optical basis, and to a production method for the flow measuring cell device.
  • fluid parameters such as, for example, blood parameters
  • the measurement of the blood glucose concentration may, for example, be made by an external device (e.g., point-of-care meter, blood gas analyzer, laboratory analyzer).
  • an external device e.g., point-of-care meter, blood gas analyzer, laboratory analyzer.
  • the further development has the particular aim of integrating the measurement function into a therapeutic overall system.
  • the measuring system can be formed from a disposable article through which the fluid (eg blood or rinsing solution) flows and a fluorescence source (eg a fluorophore) in contact with this fluid, as well as a reusable part containing the optoelectronic and electronic elements (radiation source, Detector) and is releasably connected to the disposable article.
  • the fluid eg blood or rinsing solution
  • a fluorescence source eg a fluorophore
  • a reusable part containing the optoelectronic and electronic elements (radiation source, Detector) and is releasably connected to the disposable article.
  • essentially two technical embodiments can be distinguished, namely a measurement in transmitted light (ie the radiation source (eg light source) for the excitation radiation and the detector for detecting the fluorescence radiation are located on opposite sides of the fluorophore) and a measurement in the backlight (ie, radiation source and detector are on the same side with respect to the fluorophore).
  • WO 02/059585 A2 discloses examples of both aforementioned technical embodiments.
  • the measurement is carried out by a phase detection method, ie a sinusoidally modulated excitation light generates a likewise sinusoidally modulated fluorescence signal in fluorescence-optical elements, which is picked up by the detector and forwarded to the downstream evaluation electronics. From the phase shift between excitation and fluorescent light, the physiological parameter to be measured can finally be determined.
  • the excitation light emanating from the light sources strikes the fluorescent optical elements. These each emit fluorescence radiation which passes through a flow cell in which a fluid (e.g., blood or rinse solution) is located, and eventually encounters the detectors. It is therefore the aforementioned transmitted light principle used, with its specific advantages, but also with the specific disadvantages. Disadvantages of the transmitted light principle are, for example, the division of the optoelectronic elements into an excitation and a detection side. This division requires more construction volume and the mechanical structure becomes more complex and more expensive to manufacture.
  • the insertion of the flow cell in the transducer causes a gap or slot-like indentation on the transducer, which usually has small dimensions because of the desired short light paths, whereby this area is difficult to clean and disinfect in clinical application.
  • One of the objects of the present invention is to provide a measuring system for measuring fluid parameters on a fluorescence-optical basis, in which the Advantages of the transmitted light principle can be combined with the advantages of the backlight principle.
  • a fluorescence-optical measuring system which uses the transmitted light principle, wherein a radiation deflection is provided such that the optoelectronic elements can be arranged on a plane with respect to the fluorescence source or the flow cell, so as to achieve advantages in terms of size, cost and handling ,
  • the principle of transmitted light measurement can be combined with embodiments of the backlight measurement by deflecting the fluorescent light emitted by the fluorescence source (eg the fluorophore) through a radiation deflecting element (eg mirror, light guide, etc.) and striking the detector. which can then be located on the same level / side as the radiation source. This avoids the disadvantageous division of the optoelectronic elements and the associated electronics, which is unfavorable under various aspects.
  • the mechanical design of the two-part measuring system can be greatly simplified, since the housing can be made simpler due to the omission of the two-part electronics.
  • the outer contour of the connection geometry between replaceable flow cell and transducer can be made very simple. In the simplest case, it is merely a plane plane in contrast to the conventional complex contour with insertion slot. There- with the transducer is due to the simpler outer contour for cleaning or disinfection more accessible and has no poorly accessible slots o- the like.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the basic principle of a two-part measuring system according to various embodiments
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a two-part measuring system with light-guiding element according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of a two-part measuring system with light guide element with bundling effect according to a second embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of a two-part measuring system with a planar mirror element according to a third exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of a two-part measuring system with mirror element with light bundling according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 6 is a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements according to a fifth embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements and spatially interchanged fluorescence source according to a sixth embodiment.
  • preferred exemplary embodiments of the present invention are described using the example of a two-part measuring system for measuring at least one blood parameter on a fluorescence-optical basis.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the basic principle of a two-part measuring system with transducer and disposable article with measuring cell according to the various embodiments.
  • the excitation light emitted by a light source 202 eg light-emitting diode, laser diode, etc.
  • a radiation in the invisible range eg infrared range or ultraviolet range
  • the excitation light then exits a transducer housing 201 and enters the housing 101 of the disposable (e.g., load cell) via a transparent element 104 (e.g., viewing window), whereupon it then encounters the fluorophore 103.
  • the fluorophore 103 is in communication with a fluid (blood, irrigation fluid, infusion solution) within a flow cell 102 within the disposable.
  • the fluorescent light is basically emitted in all spatial directions with some portion penetrating through the flow cell 102 and striking a first mirror 105 (within the disposable article) and subsequently a subsequent second mirror 106 (within the disposable article) that coexist cause a light deflection by preferably about 180 °.
  • the deflected fluorescent light finally flows through an optical filter 205 (outside of the disposable article), which causes a suppression of unwanted wavelengths - in particular that of the excitation light.
  • the filtered fluorescent light then passes through a diaphragm 206 (outside the disposable article) to focus on a detector 207 (outside of the disposable article, such as photodiode or other radiation detector), which generates a corresponding electrical signal, which then an evaluation in terms of is supplied to measuring blood parameters.
  • a detector 207 outside of the disposable article, such as photodiode or other radiation detector
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a two-part measuring system according to a first exemplary embodiment with a light-guiding element 107 instead of a mirror.
  • the two mirrors are replaced by the light guide (prism) 107.
  • the light-conducting element 107 can be made, for example, from a transparent plastic whose refractive index leads to a total reflection of the incident fluorescent light at beveled boundary layers between plastic material and surrounding medium, whereby the desired light deflection is achieved.
  • the light-conducting element 107 can be produced, for example, together with the housing 101 of the disposable article in a common injection process, or it can be mounted as a separate part in an assembly process.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a two-part measuring system with an alternative light-conducting element 108 with a bundling effect according to a second exemplary embodiment.
  • the second embodiment substantially corresponds to the first embodiment, in which case the alternative light-conducting element (parabolic element) 108 is shaped in such a way that a bundling effect arises.
  • the luminous efficacy can be increased, that is, a larger proportion of the fluorescence emitted by the fluorophore 103 impinges on the detector 207. Since the fluorescent light is non-directional, there are not inconsiderable proportions that deviate from the central axis of the emission direction and by the bundling effect of the alternative Lichtleitelements 108 are additionally directed to the detector 207.
  • the geometric shape of the alternative light-guiding element 108 can be optimized with respect to the luminous efficacy and can correspond, for example, to a two-dimensional or three-dimensional parabolic shape.
  • 4 shows a schematic representation of a two-part measuring system with a planar mirror element 109 according to a third exemplary embodiment.
  • the third exemplary embodiment substantially corresponds to the functional principle illustrated in FIG. 1, wherein the two mirrors have been replaced by the simple, planar mirror element 109.
  • the fact is exploited that the fluorescent light is emitted by the fluorophore 103 in an undirected manner, so that more than just the center beam is deflected onto the detector 207.
  • the flat mirror element 109 can be produced very simply, for example by attaching a reflective foil (for example an aluminum foil) on the outside of the flow measuring cell 102 or on the inside of the housing 101 of the disposable article.
  • a reflective foil for example an aluminum foil
  • the mirror element 109 can also be applied by vapor deposition of the housing 101 of the disposable article with metal vapor, so that a cost-effective production method can be selected.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a two-part measuring system with an alternative mirror element 1 10 with light bundling according to a fourth exemplary embodiment.
  • the fourth embodiment substantially corresponds to the third embodiment, wherein the alternative mirror element 1 10 is now formed so that a bundling effect similar to the second embodiment is formed.
  • the luminous efficacy also increases here, that is, a larger proportion of the emitted fluorescent light impinges on the detector 207.
  • the geometric shape can be optimized with regard to the luminous efficacy by the bundling effect being realized, for example, by a two-dimensional or also three-dimensional parabolic shape.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements (light source 202, detector 207) according to a fifth exemplary embodiment.
  • the position of light source 202 and detector 207 are spatially interchanged. This can be advantageous for certain applications. It should be explicitly emphasized that this variant can be combined with all of the exemplary embodiments presented above, ie all the modifications described in the first to fourth exemplary embodiments can also be used in addition to deflect the excitation light instead of the fluorescent light.
  • FIG. 7 shows a schematic representation of a two-part measuring system with spatially reversed optoelectronic elements and spatially interchanged fluorescence source according to a sixth exemplary embodiment.
  • the position of the light source and the detector are reversed as in the fifth embodiment.
  • the spatial position of the fluorophore 103 is reversed. It is here arranged on the other side of the flow measuring cell 102. This can be advantageous because a light deflection is always associated with losses and in this embodiment, not the relatively weak fluorescent light, but the much brighter excitation light is deflected. It should be explicitly emphasized that this modification can also be combined with all embodiments described so far.
  • the present invention can of course also be used to measure other fluid parameters in other fluids. It is also conceivable to use radiation outside the wavelength range of light.
  • a flow cell device and a method for measuring at least one fluid parameter, such as a blood parameter have been described wherein excitation radiation is generated and directed to a fluorescence source.
  • the fluorescence source is arranged in such a way that at least a part of the fluorescence radiation emitted by the fluorescence source when it is excited by the fluorescence source flows through a flow measuring cell.
  • At least part of the emitted fluorescence radiation or of the supplied excitation radiation is detected, for example, by deflected by means of a radiation deflection device in such a way that the fluorescence radiation can be detected after flowing through the flow measuring cell on one side of the flow measuring cell, on which the excitation radiation is also supplied.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Durchflussmesszellenvorrichtung und ein Verfahren zur Messung von zumindest einem Fluidparameter, wie bspw. einen Blutparameter, wobei eine Anregungsstrahlung erzeugt und auf eine Fluoreszenzquelle (103) gerichtet wird. Die Fluoreszenzquelle (103) ist in der Weise angeordnet, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle (103) von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung eine Durchflussmesszelle (102) durchströmt. Zumindest ein Teil der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der zugeführten Anregungsstrahlung wird zum Beispiel mittels einer Strahlungsumlenkeinrichtung (105, 106) in der Weise umgelenkt, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (103) auf einer Seite der Durchflussmesszelle (102) erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt wird.

Description

Durchflussmesszellenvorrichtung zur Messung von Fluidparametern
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Durchflussmesszellenvorrich- tung für ein Messsystem zur Messung von Fluidparametern (wie bspw. Blutparametern) auf fluoreszenzoptischer Basis, sowie ein Herstellungsverfahren für die Durchfluss- messzellenvorrichtung.
Bei der physiologischen Messtechnik zur Messung von Blutparametern wie bspw. Blutglukose mit Hilfe eines Messsystems auf fluoreszenzoptischer Basis ist eine Weiterentwicklung zur Regelung der Blutglukosekonzentration von Intensivpatienten erwünscht. Bei solchen Systemen kann die Messung der Blutglukosekonzentration bspw. durch ein externes Gerät (z.B. Point-of-Care Messgerät, Blutgasanalyzer, Laboranalyzer) erfolgen. Dabei hat die Weiterentwicklung insbesondere zum Ziel, die Messfunktion in ein therapeutisches Gesamtsystem zu integrieren. Das Messsystem kann gebildet sein aus einem Einmalartikel, der vom Fluid (z.B. Blut bzw. Spüllösung) durchströmt wird und einer mit diesem Fluid in Kontakt stehenden Fluoreszenzquelle (z.B. ein Fluorophor), sowie einem wiederverwendbaren Teil, welches die optoelektronischen und elektronischen Elemente (Strahlungsquelle, Detektor) enthält und mit dem Einmalartikel lösbar verbunden wird.
Bei der Messung von physiologischen Parametern mittels fluoreszenzoptischer Verfahren können im Wesentlichen zwei technische Ausführungsformen unterschieden werden, nämlich eine Messung im Durchlicht (d.h. die Strahlungsquelle (z.B. Lichtquelle) für die Anregungsstrahlung und der Detektor zur Erfassung der Fluoreszenzstrahlung befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des Fluorophors) und eine Messung im Rücklicht (d.h. Strahlungsquelle und Detektor befinden sich auf der gleichen Seite bezüglich des Fluorophors). Aus der WO 02/059585 A2 sind Beispiele für beide vorgenannten technischen Ausfüh- rungsformen bekannt. Die Messung erfolgt in beiden Fällen durch ein Phasendetekti- onsverfahren, d.h. ein sinusförmig moduliertes Anregungslicht erzeugt in fluoreszenzoptischen Elementen ein ebenfalls sinusförmig moduliertes Fluoreszenzsignal, das vom Detektor aufgefangen und an die nachgeschaltete Auswerteelektronik weitergeleitet wird. Aus der Phasenverschiebung zwischen Anregungs- und Fluoreszenzlicht lässt sich der zu messende physiologische Parameter schließlich ermitteln.
Daraus wird ersichtlich, dass das von den Lichtquellen ausgehende Anregungslicht auf die fluoreszenzoptischen Elemente trifft. Diese emittieren jeweils Fluoreszenzstrahlung, welche durch eine Durchflussmesszelle, in der sich ein Fluid (z.B. Blut oder Spüllösung) befindet, tritt und schließlich auf die Detektoren trifft. Es wird also das vorgenannte Durchlichtprinzip verwendet, mit seinen spezifischen Vorteilen, aber auch mit den spezifischen Nachteilen. Nachteile beim Durchlichtprinzip sind bspw. die Zweiteilung der optoelektronischen Elemente in eine Anregungs- und eine Detektionsseite. Durch diese Zweiteilung wird mehr Bauvolumen benötigt und der mechanische Aufbau wird komplexer und teurer in der Herstellung. Ferner bedingt das Einfügen der Durchflussmesszelle in den Signalwandler (auch Transducer genannt) eine spalt- oder schlitzartige Einbuchtung am Transducer, welche wegen der erwünschten kurzen Lichtwege in der Regel kleine Dimensionen aufweist, wodurch dieser Bereich in der klinischen Anwendung schlecht zu reinigen und desinfizieren ist.
Andererseits ergeben sich beim alternativen Rücklichtprinzip Nachteile dahingehend, dass die Wellenlängen des Anregungslichtes aufgrund des wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten des Blutes nur noch stark gedämpft auf den Detektor treffen. Dadurch muss das Anregungslicht vor dem Auftreffen auf den Detektor durch höherwer- tigere optische Filter gedämpft werden. Ferner kann die Erkennung, ob sich Blut oder Spüllösung in der Durchflussmesszelle befindet, nicht einfach aufgrund des wellenlängenabhängigen Absorptionskoeffizienten des Blutes erfolgen, da weder Anregungs- noch Fluoreszenzlicht die Messzelle durchqueren.
Der vorliegenden Erfindung liegt u.a. die Aufgabe zugrunde, ein Messsystem zur Messung von Fluidparametern auf fluoreszenzoptischer Basis bereitzustellen, bei dem die Vorteile des Durchlichtprinzips mit den Vorteilen des Rücklichtprinzips kombiniert werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Durchflussmesszellenvorrichtung gemäß Patentanspruch 1 , ein Verfahren gemäß Patentanspruch 12 und alternative Herstellungsverfahren gemäß den Patentansprüchen 13 bis 15.
Dementsprechend kann ein fluoreszenzoptisches Messsystem bereitgestellt werden, welches das Durchlichtprinzip verwendet, wobei eine Strahlungsumlenkung dergestalt vorgesehen ist, dass die optoelektronischen Elemente auf einer Ebene bezüglich der Fluoreszenzquelle bzw. der Durchflussmesszelle angeordnet werden können, um so Vorteile bzgl. Baugröße, Kosten und Handling zu erzielen. Damit kann aber bei einem fluoreszenzoptischen Messsystem das Prinzip der Durchlichtmessung mit Ausführungsformen der Rücklichtmessung kombiniert werden, indem das von der Fluoreszenzquelle (z.B. dem Fluorophor) emittierte Fluoreszenzlicht durch ein Strahlungsumlenkelement (z.B. Spiegel, Lichtleiter, etc.) umgelenkt wird und auf den Detektor trifft, welcher sich dann auf der gleichen Ebene/Seite wie die Strahlungsquelle befinden kann. Dadurch wird die unter verschiedenen Aspekten unvorteilhafte Zweiteilung der optoelektronischen Elemente und der zugehörigen Elektronik vermieden.
Da sich nunmehr alle optoelektronischen Elemente und die gesamte Elektronik in einer Ebene/auf einer Seite befinden, können sie auf einer Leiterplatte montiert werden, wodurch der Herstellungsaufwand verringert wird. Zudem wird weniger Bauvolumen benötigt, was sich auf die Handhabung vorteilhaft auswirkt, da das am Patienten anzubringende Messgerät kleinere Abmessungen aufweist.
Auch kann die mechanische Ausführung des zweiteiligen Messsystems stark vereinfacht werden, da das Gehäuse aufgrund des Wegfalls der zweigeteilten Elektronik einfacher gestaltet werden kann. Insbesondere kann die äußere Kontur an der Verbindungsgeometrie zwischen austauschbarer Durchflussmesszelle und Transducer sehr einfach gestaltet werden. Im einfachsten Fall handelt es sich lediglich um eine plane Ebene im Gegensatz zur herkömmlichen komplexen Kontur mit Einführungsschlitz. Da- mit ist der Transducer aufgrund der einfacheren äußeren Kontur für eine Reinigung o- der Desinfektion besser zugänglich und besitzt keine schlecht zugänglichen Schlitze o- der dergleichen.
Spezifische vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben,
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungsfiguren näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Grundprinzips eines zweiteiligen Messsystems gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit Lichtleitelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit Lichtleitelement mit Bündelungswirkung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit planem Spiegelelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit Spiegelelement mit Lichtbündelung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen gemäß einem fünftem Ausführungsbeispiel; und
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen und räumlich vertauschter Fluoreszenzquelle gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel. Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung am Beispiel eines zweiteiligen Messsystems zur Messung von zumindest einem Blutparameter auf fluoreszenzoptischer Basis beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Grundprinzips eines zweiteiligen Messsystems mit Transducer und Einmalartikel mit Messzelle gemäß der verschiedenen Ausführungsbeispiele. Das von einer Lichtquelle 202 (z.B. Leuchtdiode, Laserdiode, etc.) emittierte Anregungslicht (oder auch eine Strahlung im nichtsichtbaren Bereich, z.B. Infrarotbereich oder Ultraviolettbereich) durchläuft eine Anordnung aus Blende 203 und optischem Filter 204, wodurch der Lichtstrahl in gewünschter Weise begrenzt wird und unerwünschte Wellenlängen unterdrückt werden. Anschließend tritt das Anregungslicht aus einem Transducergehäuse 201 aus und in das Gehäuse 101 des Einmalartikels (z.B. Meßdose) über ein transparentes Element 104 (z.B. Sichtfenster) ein, worauf es dann auf den Fluorophor 103 trifft. Der Fluorophor 103 steht mit einem in einer Durchflussmesszelle 102 innerhalb des Einmalartikels befindlichen Fluid (Blut, Spülflüssigkeit, Infusionslösung) in Verbindung.
Infolge der optischen Anregung emittiert der Fluorophor 103 Fluoreszenzlicht mit substanzabhängigem, charakteristischem Wellenlängenspektrum. Das Fluoreszenzlicht wird grundsätzlich in alle Raumrichtungen emittiert, wobei ein gewisser Anteil die Durchflussmesszelle 102 durchdringt und auf einen ersten Spiegel 105 (innerhalb des Einmal-Artikels) und in Folge auf einen darauffolgenden zweiten Spiegel 106 (innerhalb des Einmal-Artikels) trifft, die gemeinsam eine Lichtumlenkung um vorzugsweise ca. 180° bewirken. Das umgelenkte Fluoreszenzlicht durchströmt schließlich einen optischen Filter 205 (außerhalb des Einmal-Artikels), der eine Unterdrückung unerwünschter Wellenlängen - insbesondere die des Anregungslichts - bewirkt. Das gefilterte Fluoreszenzlicht durchläuft dann noch eine Blende 206 (außerhalb des Einmal-Artikels) zur Fokussierung auf einen Detektor 207 (außerhalb des Einmal-Artikels, z.B. Photodiode oder anderer Strahlungsdetektor), der ein entsprechendes elektrisches Signal erzeugt, welches dann einer Auswertung hinsichtlich des zu messenden Blutparameters zugeführt wird. Ausgehend von dem in Fig. 1 dargestellten grundlegenden Funktionsprinzip sind eine Reihe von Varianten möglich, die alle auf dem Prinzip der Strahlungsumlenkung basieren und jeweils spezifische Vorteile und Eigenschaften mit sich bringen. Diese Varianten werden im Folgenden anhand eines ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels kurz dargestellt und erläutert.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem Lichtleitelement 107 statt einem Spiegel.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel werden die beiden Spiegel durch das Lichtleitelement (Prisma) 107 ersetzt. Das Lichtleitelement 107 kann bspw. aus einem transparenten Kunststoff hergestellt sein, dessen Brechungsindex zu einer Totalreflexion des einfallenden Fluoreszenzlichts an abgeschrägten Grenzschichten zwischen Kunststoffmaterial und Umgebungsmedium führt, wodurch die gewünschte Lichtumlenkung erzielt wird. Das Lichtleitelement 107 kann bspw. zusammen mit dem Gehäuse 101 des Einmalartikels in einem gemeinsamen Spritzprozess hergestellt werden oder es kann als separates Teil in einem Montageprozess montiert werden.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit alternativem Lichtleitelement 108 mit Bündelungswirkung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei hier das alternative Lichtleitelement (Parabolelement) 108 so geformt ist, dass eine Bündelungswirkung entsteht. Dadurch kann die Lichtausbeute erhöht werden, d.h., ein größerer Anteil des von dem Fluorophor 103 emittierten Fluoreszenzlichts trifft auf den Detektor 207. Da das Fluoreszenzlicht ungerichtet ist, gibt es nicht unerhebliche Anteile, die von der Mittelachse der Abstrahlrichtung abweichen und durch die Bündelungswirkung des alternativen Lichtleitelements 108 zusätzlich zum Detektor 207 gelenkt werden. Die geometrische Form des alternativen Lichtleitelements 108 lässt sich bzgl. der Lichtausbeute optimieren und kann beispielsweise einer zweidimensionalen oder auch dreidimensionalen Parabolform entsprechen. Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit planem Spiegelelement 109 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten Funktionsprinzip, wobei die beiden Spiegel durch das einfache, plane Spiegelelement 109 ersetzt wurden. Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, dass das Fluoreszenzlicht von dem Fluorophor 103 ungerichtet emittiert wird, so dass mehr als nur der Mittelpunktstrahl auf den Detektor 207 umgelenkt wird. Das plane Spiegelelement 109 lässt sich sehr einfach herstellen, z.B. durch Anbringen einer reflektierenden Folie (bspw. einer Aluminiumfolie) auf der Außenseite der Durchflussmesszelle 102 oder auf der Innenseite des Gehäuses 101 des Einmalartikels. Alternativ kann das Spiegelelement 109 auch durch Bedampfung des Gehäuses 101 des Einmalartikels mit Metalldampf aufgebracht werden, so dass ein kostengünstiges Herstellungsverfahren gewählt werden kann.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit alternativem Spiegelelement 1 10 mit Lichtbündelung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel, wobei das alternative Spiegelelement 1 10 nunmehr so geformt ist, dass eine Bündelungswirkung ähnlich dem zweiten Ausführungsbeispiel entsteht. Dadurch steigt auch hier die Lichtausbeute, d.h., ein größerer Anteil des emittierten Fluoreszenzlichts trifft auf den Detektor 207.
Ähnlich dem dritten Ausführungsbeispiel sind auch hier verschiedene Herstellungsverfahren für das Spiegelelement möglich (z.B. spiegelnde Folie, Metallbedampfung bzw. Oberflächenbeschichtung von Kunststoffoberflächen). Alternativ kann auch hier die geometrische Form hinsichtlich der Lichtausbeute optimiert werden, indem die Bündelungswirkung beispielsweise durch eine zweidimensionale oder auch dreidimensionale Para- bolform realisiert wird.
Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen (Lichtquelle 202, Detektor 207) gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel. Bei dem fünften Ausführungsbeispiel ist die Position von Lichtquelle 202 und Detektor 207 räumlich vertauscht. Dies kann für bestimmte Anwendungsfälle vorteilhaft sein. Es sei explizit betont, dass diese Variante mit allen zuvor dargestellten Ausführungsbeispielen kombinierbar ist, d.h., es können alle im ersten bis vierten Ausführungsbeispiel beschriebenen Modifikationen auch ergänzend verwendet werden, um das Anregungslicht anstatt des Fluoreszenzlichts umzulenken.
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung eines zweiteiligen Messsystems mit räumlich vertauschten optoelektronischen Elementen und räumlich vertauschter Fluoreszenzquelle gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
Beim sechsten Ausführungsbeispiel ist die Position von Lichtquelle und Detektor wie beim fünften Ausführungsbeispiel vertauscht. Zusätzlich ist auch die räumliche Position des Fluorophors 103 vertauscht. Er ist nämlich hier auf der anderen Seite der Durch- flussmesszelle 102 angeordnet. Dies kann vorteilhaft sein, weil eine Lichtumlenkung stets mit Verlusten behaftet ist und bei dieser Ausführungsvariante nicht das relativ schwache Fluoreszenzlicht, sondern das sehr viel hellere Anregungslicht umgelenkt wird. Es sei explizit betont, dass diese Modifikation auch mit allen bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen kombinierbar ist.
Schließlich ist noch anzumerken, dass die vorliegende Erfindung selbstverständlich auch zur Messung anderer Fluidparameter in anderen Fluiden eingesetzt werden kann. Auch eine Verwendung von Strahlung außerhalb des Lichtwellenlängenbereichs ist durchaus denkbar.
Zusammenfassend wurden eine Durchflussmesszellenvorrichtung und ein Verfahren zur Messung von zumindest einem Fluidparameter, wie bspw. ein Blutparameter, beschrieben, wobei eine Anregungsstrahlung erzeugt und auf eine Fluoreszenzquelle gerichtet wird. Die Fluoreszenzquelle ist in der Weise angeordnet, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung eine Durchflussmesszelle durchströmt. Zumindest ein Teil der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der zugeführten Anregungsstrahlung wird zum Beispiel mit- tels einer Strahlungsumlenkeinrichtung in der Weise umgelenkt, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle auf einer Seite der Durchflussmesszelle erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt wird.

Claims

Patentansprüche
1 . Durchflussmesszellenvornchtung zur Messung von zumindest einem Fluidparameter, mit:
- einer Durchflussmesszelle (102) zur Aufnahme eines Fluids;
- einer Fluoreszenzquelle (103), die durch eine darauf einfallende und von außen zugeführte Anregungsstrahlung anregbar ist, wobei die Fluoreszenzquelle (103) so angeordnet ist, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle (103) von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung die Durchflussmesszelle (102) durchströmt; und
- mindestens einer Strahlungsumlenkeinrichtung (105, 106; 107; 108; 109; 1 10) vorzugsweise auf einer bezüglich der Fluoreszenzquelle (103) gegenüberliegenden Seite der Durchflussmesszelle (102), die zumindest einen Teil der von der Fluoreszenzquelle (103) abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der von außen zugeführten Anregungsstrahlung so umlenkt, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (102) auf einer Seite der Durchflussmesszelle (102) erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt ist, wobei
- die Strahlungsumlenkeinrichtung ein Lichtleitelement (107; 108) aufweist, das die Fluoreszenzstrahlung oder die Anregungsstrahlung an zwei Grenzschichten aufeinanderfolgend totalreflektiert, so dass sich eine gesamte Strahlungsumlenkung von im Wesentlichen 180° ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleitelement (108) eine gekrümmte Grenzschicht derart aufweist, dass bei der Totalreflexion eine Bündelungswirkung entsteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Strahlungsumlenkeinrichtung einen ersten Spiegel (105) und einen zweiten Spiegel (106) aufweist, die die Fluoreszenzstrahlung oder die Anregungsstrahlung aufeinanderfolgend reflektieren, so dass sich eine gesamte Strahlungsumlenkung von im Wesentlichen 180° ergibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die gekrümmte Grenzschicht eine zwei- oder dreidimensionale Parabolform aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Strahlungsumlenkeinrichtung ein einzelnes Spiegelelement (109; 1 10) aufweist, das die Fluoreszenzstrahlung oder die Anregungsstrahlung an einer Spiegelfläche reflektiert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei das einzelne Spiegelelement (1 10) eine gekrümmte Spiegelfläche aufweist, so dass bei der Reflexion eine Bündelungswirkung entsteht.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die gekrümmte Spiegelfläche eine zwei- oder dreidimensionale Parabolform aufweist.
7. Messsystem mit einer Durchflussmesszellenvornchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und einer Wandlervorrichtung mit einer Strahlungsquelle (202) zum Erzeugen der Anregungsstrahlung und einem Detektor (207) zum Erfassen der Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (102).
8. Messsystem nach Anspruch 7, wobei sich der Detektor (207) innerhalb desselben Gehäuses (201 ) und im Wesentlichen auf derselben Ebene wie die Strahlungsquelle (202) befindet.
9. Messsystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Durchflussmesszellenvornchtung und die Wandlervorrichtung lösbar miteinander verbunden sind.
10. Verfahren zum Messen von zumindest einem Fluidparameter, mit den Schritten:
- Erzeugen einer Anregungsstrahlung; - Richten der Anregungsstrahlung auf eine Fluoreszenzquelle (103);
- Anordnen der Fluoreszenzquelle in der Weise, dass zumindest ein Teil der bei einer Anregung der Fluoreszenzquelle (103) von dieser abgegebenen Fluoreszenzstrahlung eine Durchflussmesszelle (102) durchströmt; und
- Umlenken von zumindest einem Teil der abgegebenen Fluoreszenzstrahlung oder der zugeführten Anregungsstrahlung in der Weise, dass die Fluoreszenzstrahlung nach dem Durchströmen der Durchflussmesszelle (103) auf einer Seite der Durchflussmesszelle (102) erfassbar ist, auf der auch die Anregungsstrahlung zugeführt wird, wobei
- die Fluoreszenzstrahlung oder die Anregungsstrahlung an einem Lichtleitelement (107: 108) an zwei Grenzschichten aufeinanderfolgend derart totalreflektiert wird, dass sich eine gesamte Strahlungsumlenkung von im Wesentlichen 180° ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Totalreflexion an einer gekrümmten Grenzschicht derart erfolgt, dass eine Bündelungswirkung entsteht.
1 1 . Verfahren zur Herstellung einer Durchflussmesszellenvornchtung nach Anspruch 1 , mit dem Schritt des Herstellens der Strahlungsumlenkeinrichtung (107; 108) gemeinsam mit einem Gehäuse (101 ) der Durchflussmesszellenvorrichtung in einem gemeinsamen Spritzprozess.
12. Verfahren zur Herstellung einer Durchflussmesszellenvorrichtung nach Anspruch 5, mit dem Schritt des Herstellens der Strahlungsumlenkeinrichtung (109; 1 10) durch Aufbringen einer reflektierenden Folie auf einer Außenseite der Durchflussmesszelle (102) oder auf einer Innenseite eines Gehäuses (101 ) der Durchflussmesszellenvorrichtung.
13. Verfahren zur Herstellung einer Durchflussmesszellenvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, mit dem Schritt des Herstellens der Strahlungsumlenkeinrichtung (109; 1 10) durch Oberflächenbeschichtung eines Gehäuses (101 ) der Durchflussmesszellenvor- richtung.
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