ES2338888T3 - Sensor electroquimico de gas con un recubrimiento hidrofilo de la membrana. - Google Patents
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Abstract
Sensor electroquímico de gas con una membrana permeable a los líquidos y fuertemente impermeable a los iones y líquidos, para la separación de una solución acuosa externa y una solución interna de electrolitos, caracterizado porque, por lo menos sobre la cara de la membrana vuelta hacia la solución acuosa externa, está dispuesta directamente una película permeable a los gases de un polímero hidrófilo transversalmente reticulado no covalentemente, el cual presenta una humectabilidad de la superficie para la solución acuosa externa, que es mayor que la humectabilidad de la superficie de la membrana para la solución acuosa externa.
Description
Sensor electroquímico de gas con un
recubrimiento hidrofilo de la membrana.
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La invención se refiere a sensores
electroquímicos de gas, los cuales tienen una membrana permeable a
los gases y a la vez, fuertemente impermeable a los iones y
líquidos, para la separación de una solución acuosa externa y una
solución electrolítica interna. La invención se refiere en
particular a la mejora de las propiedades de humectación de esta
membrana para soluciones externas acuosas mediante la aplicación de
una película de un polímero hidrófilo por lo menos sobre la cara de
la membrana que mira hacia la solución acuosa externa.
En los sensores electroquímicos de gas, llamados
también electrodos selectivos o electrodos sensitivos al gas, se
difunden las moléculas de gas que hay que determinar a través de una
membrana permeable a los gases y fuertemente impermeable a los
líquidos y a los iones, de una solución acuosa externa en su mayor
parte, o también de una fase gas en la cámara interna del
electrolito del sensor. Esta cámara interna del electrolito
contiene también, junto con la solución interna del electrolito,
unos electrodos para la determinación electroquímica del gas, en
particular electrodos de medición o de trabajo, y contraelectrodos o
electrodos de referencia. En esta cámara interna del electrolito
tienen lugar las propias reacciones de detección electroquímica para
la determinación del gas, la mayor parte mediante métodos
amperométricos o potenciométricos.
Un sensor de gas a menudo empleado es por
ejemplo el sensor de oxígeno según Clark. En este caso, una membrana
permeable al gas separa la solución interna de electrolito del
medio externo acuoso, el medio de medición. En la solución interna
del electrolito se sumergen en el caso más sencillo, dos electrodos,
uno de los cuales está colocado como electrodo de trabajo pegado a
la parte posterior de la membrana. Después de conectar una tensión
de polarización de una magnitud apropiada, el oxígeno difundido en
la cámara interna del electrolito a partir del medio de medición a
través de la membrana, es reducido en el electrodo de trabajo, y
fluye una corriente correspondiente al volumen de substancia. Esta
corriente es proporcional a la presión parcial del oxígeno en el
medio de medición y representa la magnitud de medición primaria.
Junto a los sensores con dos electrodos son habituales los sensores
de tres electrodos, los cuales trabajan potencioestáticamente, en
los cuales el electrodo adicional colabora como electrodo de
referencia a la estabilización del punto de trabajo.
Otros sensores electroquímicos de gas muy
expandidos, los cuales poseen las citadas membranas permeables al
gas, son por ejemplo los sensores del tipo Severinghaus para la
determinación de dióxido de carbono, o los sensores electroquímicos
para la determinación de hidrógeno mediante oxidación en electrodos
de platino.
Estos sensores electroquímicos de gas se emplean
a menudo en sistemas de análisis médicos y de diagnóstico para la
determinación de presiones parciales de gas o respectivamente para
la determinación de concentraciones de gas en líquidos. En
particular, estos sensores electroquímicos de gas se emplean en
analizadores de sangre, los cuales juegan un gran papel en el
diagnóstico. Los analizadores de sangre presentan a menudo varios
sensores conectados uno detrás de otro para diferentes parámetros.
El líquido de muestra fluye a través de estos sensores, en los
cuales la medición tiene lugar a menudo por el procedimiento llamado
de Stop-Flow ("flujo interrumpido") con la
muestra en reposo en el momento de la medición. Estos sistemas se
emplean a menudo en el funcionamiento rutinario de hospitales,
laboratorios y clínicas, de manera que los sensores contenidos en el
interior son sometidos a altas exigencias en lo que se refiere a la
vida útil, exactitud, y reproducibilidad.
Así por ejemplo, se emplean para la
determinación del oxígeno en los sistemas de análisis OMNI de Roche
Diagnostics sensores de oxígeno amperométricos. En este caso se
trata de sensores de gas del tipo Clark, miniaturizados. Estos
elementos sensores de gas allí utilizados comprenden junto al propio
sensor, una cámara interna de electrolito y los electrodos que se
encuentran en su interior, un canal de muestras para el transporte y
preparación de la muestra. Entre la cámara interna de electrolito y
el canal de muestras se encuentra una membrana de plástico
permeable a los gases y fuertemente impermeable a los iones y
líquidos, la cual separa la cámara interna de electrolito y el
canal de muestras. La membrana se encuentra en una forma
mecánicamente extendida.
La construcción en principio de un sensor
electroquímico de gas de este tipo está representada en la figura
1. Una membrana 1 permeable a los gases y fuertemente impermeable a
los iones y a los líquidos, separa el canal de muestras 2 de la
cámara interna del electrolito 3. Esta última está llena con una
solución de electrolito interno, y en ella se encuentran un
electrodo de medición 4 y un electrodo de derivación 5. La membrana
1 se mantiene, mediante el electrodo de medición 4, en un estado
mecánicamente extendida.
A la membrana, la cual separa el canal de
muestras y la cámara interna del electrolito, se le exigen
determinados requisitos con respecto a sus propiedades físicas y
químicas. Importantes propiedades de la membrana son en particular
sus escasos valores de solubilidad y altos valores de permeabilidad
para el gas que se va a determinar, una alta dilatación y
elasticidad mecánica, una amplia impermeabilidad para las
substancias que no están en forma de gas en condiciones normales,
en particular substancias de bajo peso molecular con carga y sin
carga, y una inercia química lo más alta posible así como una alta
homogeneidad.
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A menudo, se emplean en los sensores
electroquímicos de gas, membranas delgadas de plástico, cuyas
propiedades son lo más óptimas posible respecto a los requisitos
citados más arriba. A menudo se emplean membranas con un grueso de
capa del orden de micrometros, de plásticos hidrófobos, en
particular de politetrafluoretileno, polipropileno, o polietileno.
Más datos de los materiales preferidos para las membranas pueden
encontrarse en "Measurement of Oxygen by
Membrane-covered Probes" ("Medición del oxígeno
mediante muestras cubiertas por una membrana") (serie de Ellis
Horwood de química analítica), 1988, Ellis Horwood Limited, página
91 y siguientes.
En la determinación de analitos en forma de gas
en soluciones acuosas mediante sensores electroquímicos de gas, en
particular en líquidos fisiológicos como por ejemplo, sangre entera,
suero u orina, pueden aparecer en raros casos, problemas en la
medición de las muestras por lo que respecta a la calibración o al
control de calidad, cuando la muestra o respectivamente el medio de
control de calidad o calibración del canal de muestras está sólo
incompletamente lleno, o cuando en la solución se encuentran
burbujas de gas en la zona de los sensores, por ejemplo burbujas de
aire. En particular, los sistemas de análisis de gas en sangre con
elementos sensores para pequeños volúmenes de muestra, las burbujas
de gas pueden conducir a mediciones erróneas, de manera que
teniendo en cuenta la presencia o ausencia de burbujas de gas, debe
efectuarse una efectiva comprobación. Para ello son necesarios
procedimientos de detección costosos y complejos para la detección
de burbujas de gas en la zona de los sensores, como se describe por
ejemplo en la patente WO 01/33195 (Taagaard et al.). Las
burbujas de gas permanecen colgando de preferencia en la superficie
de la membrana. Este fenómeno se observa cuando en el proceso de
llenado del canal de muestras, el líquido acuoso de la superficie
hidrófoba de la membrana se desvía de una o de las dos caras de la
misma. Cuando el frontal del líquido tiene la posibilidad de pasar
lateralmente a la membrana, antes de que ésta esté totalmente
cubierta con el líquido, se forma una burbuja de gas en la zona de
la membrana. Tanto las burbujas de gas ya existentes como las
burbujas de gas recién formadas, quedan colgando de preferencia en
la membrana y a menudo no son arrastradas por la corriente de
líquido. Una burbuja de gas pegada a la membrana o respectivamente
en el entorno inmediato de la membrana, tiene como consecuencia un
error en la medición, el cual no puede reconocerse sin tomar medidas
adicionales para la detección de burbujas de gas.
A partir del estado actual de la técnica se
conocen en este campo los siguientes dispositivos y procedimientos
para la preparación de superficies hidrófilas:
En la patente US 4.885.077 se describen
membranas compuestas hidrófilas permeables a los iones, las cuales
constan de una membrana base porosa sobre la cual se aplica una capa
fuertemente transversalmente reticulada de un polímero hidrófilo.
La capa de polímero hidrófilo se aplica también sobre las paredes de
los poros capilares de la membrana base para garantizar una alta
permeabilidad a los iones, de estas membranas. Para ello, la
patente US 4.885. 077 describe procedimientos de recubrimiento en
los cuales se pone en contacto una membrana base porosa en primer
lugar con una solución la cual contiene monómeros de un polímero
hidrófilo, de manera que estos monómeros se encuentran tanto sobre
la superficie como también en los poros de la membrana base. En un
paso subsiguiente, de preferencia mediante una polimerización de
plasma conectada a continuación, estos monómeros se polimerizan en
una película de polímero fuertemente reticulada transversalmente, la
cual recubre tanto la superficie de la membrana como también las
paredes de los poros, y produce una alta permeabilización a los
iones de esta membrana compuesta. Una desventaja de estos
recubrimientos es que el procedimiento de recubrimiento es complejo
y consume mucho tiempo y necesita varios pasos de procedimiento bajo
diferentes condiciones ambientales, para lograr una polimerización
y reticulación transversal de los monómeros en una película de
polímero hidrófilo.
La patente US 4.534.355 describe sensores
electroquímicos de gas, en los cuales una membrana de poliuretano
hidrófilo permeable a los gases está aplicada directamente sobre los
electrodos sensores o sobre una capa de electrolito sólido. Las
capas de las membranas allí descritas tienen un grueso de capa
relativamente grande, desde 0,1 mm en adelante, y deben ser
suficientes tanto para los requisitos en permeabilidades o
respectivamente impermeabilidades de los sensores específicos para
determinadas substancias o propiedades hidrófilas de la superficie,
como también los requisitos técnicos de acabado de una suficiente
estabilidad y duración de la adherencia de la membrana. Para
emplear en los sensores de gas según la invención, los cuales tienen
una membrana permeable a los gases y una fuerte impermeabilidad a
los iones y a los líquidos, para la separación de una solución
acuosa externa y una solución electrolítica interna, estas membranas
de poliuretano no son apropiadas puesto que en particular no son
suficientes para los requisitos mecánicos de las membranas en estos
tipos de sensores. En particular estas membranas de poliuretano
puras no tienen a menudo suficiente estabilidad para que las
carcasas de los sensores puedan ser estiradas en un estado estable y
tensado.
El objetivo de la presente invención, es el de
preparar unos sensores electroquímicos de gas, en los cuales el
riesgo de obtener medidas erróneas a causa de las burbujas de gas en
la zona de la membrana de los sensores, pueda reducirse al
mínimo.
El objetivo de la presente invención es en
particular, el de preparar unos sensores electroquímicos de gas,
los cuales eviten al máximo la fijación o formación de burbujas de
gas en las soluciones acuosas externas, en particular en los
líquidos de muestra y soluciones de calibración, soluciones de
referencia, o soluciones de control de calidad, en la zona de la
membrana del sensor de gas, en particular durante un largo espacio
de tiempo y/o muchos ciclos de medición.
\newpage
Otro objetivo de la presente invención es el de
evitar, mediante los procedimientos y dispositivos empleados según
la invención, de inclusiones de burbujas de gas que no alteren
esencialmente las propiedades físicas y químicas de la membrana, y
en consecuencia, del sensor, y con ello hacer posible además
determinaciones reproducibles y comparables.
Otro objetivo de la presente invención es el de
evitar mediante procedimientos y dispositivos las inclusiones de
burbujas de gas en combinación con procedimientos y dispositivos
para la detección de las burbujas de gas, y disminuir más el riesgo
de mediciones erróneas.
Otro objetivo de la presente invención es el de
preparar procedimientos para una hidrofilización de la superficie,
lo más fácil y económica posible, en particular los sensores y
membranas según la invención.
La solución del objetivo tiene lugar según la
invención porque por lo menos sobre la cara de la membrana vuelta
hacia la solución acuosa externa se aplica una película permeable al
gas, de un polímero hidrófilo, la cual tiene una humectabilidad
superficial para la solución acuosa externa, más alta que la
humectabilidad superficial de la membrana para la solución acuosa
externa, cuando esta película no existe.
Para la aclaración de la invención se aclaran a
continuación algunos conceptos:
Como sensores electroquímicos de gas o
electrodos selectivos de gas o sensitivos al gas, se entienden en el
sentido de la presente solicitud, todos aquellos elementos
sensitivos que hacen posible la existencia, y/o la presión parcial
o respectivamente la concentración del gas que se va investigar con
métodos electroquímicos de detección y que poseen una membrana
permeable al gas y fuertemente impermeable a los líquidos y a los
iones, para limitar la solución interna del electrolito de la
solución acuosa externa. Como métodos de detección electroquímica
pueden emplearse en particular métodos amperométricos o
potenciométricos. Los sensores electroquímicos de gas en el sentido
de la presente solicitud, pueden contener otros componentes junto
con los propios componentes sensitivos como por ejemplo, la
membrana, la solución interna de electrolito o los electrodos. Así,
pueden contener otros componentes junto con los propios componentes
sensitivos, los cuales sirven para el transporte de los líquidos o
gases. Estos componentes son por ejemplo, el canal de muestras el
cual limita con la membrana, y eventualmente otros componentes de
entrada o de salida para la unión de varios elementos o módulos
sensitivos en un sistema de análisis más complejo. El empleo de los
sensores de gas según la invención, es posible en principio para
todas las substancias que en las condiciones normales se encuentran
en forma de gas y de vapor. En particular, estos sensores de gas
según la invención pueden emplearse para la determinación de gases
importantes en medicina y diagnóstico. Estos gases son por ejemplo
el oxígeno o el dióxido de carbono.
Como soluciones acuosas, en particular
soluciones acuosas externas y soluciones de muestras, se entienden
en el sentido de la presente solicitud, todas aquellas substancias y
mezclas de substancias líquidas bajo condiciones normales, las
cuales tienen un contenido en agua de más de 50 por ciento en peso.
Estas pueden ser soluciones o también mezclas homogéneas o
heterogéneas como por ejemplo dispersiones, emulsiones o
suspensiones. En particular, éstas pueden ser los líquidos de
muestra, en particular, líquidos corporales o líquidos derivados de
los mismos como sangre, plasma, suero u orina. Las soluciones
acuosas externas pueden ser también soluciones de sales, soluciones
tampones, soluciones de calibración, soluciones de referencia,
soluciones de control de calidad, soluciones de lavado o
purificado, soluciones de reactivos, o soluciones con
concentraciones de analito estandarizadas, los llamados,
estándares.
Como membrana o membrana de sensor se entiende
en el sentido de la presente solicitud, una capa delgada de un
material permeable al gas y fuertemente impermeable al líquido y a
los iones, la cual separa la solución interna de electrolito o
respectivamente la cámara de electrolito interno, de la solución
acuosa externa o respectivamente el canal de muestras. Como
materiales para la membrana pueden emplearse en principio todas
aquellas substancias y mezclas de substancias, las cuales cumplen
los requisitos citados anteriormente. En particular pueden
emplearse como membranas, capas delgadas de un plástico hidrófobo
como por ejemplo el politetrafluoretileno, polipropileno o
polietileno. Las membranas en el sentido de la presente solicitud
separan dos compartimentos, en los cuales por lo menos en el
momento de la medición, están presentes unos líquidos. Con ello se
limitan en particular las capas que en los sensores del tipo de capa
gruesa, se emplean para la detección, las cuales en muchos casos se
designan igualmente como membranas. Esta clase de sensores se
describen por ejemplo como sensores
electro-químicos de glucosa en la patente US
5.322.063 (Allen et al.) o biosensores electroquímicos
generales en la patente US 6.509.148 (Cha et al.). Estas
capas allí empleadas se aplican sobre un substrato sólido de
soporte, de manera que no están rodeadas por dos compartimentos, en
los cuales, por lo menos en el momento de la medición, se
encuentran unos líquidos.
Como película en el sentido de la presente
solicitud, se entiende un recubrimiento adherente, el cual mediante
la aplicación de una capa unitaria de una substancia, aparece sobre
un fondo. La aplicación puede efectuarse en particular de forma que
la substancia a aplicar se aplique en forma disuelta sobre la
superficie a recubrir, y la película aparece mediante la
eliminación del disolvente o mezcla de disolventes.
El concepto de humectabilidad superficial o
humectabilidad, se emplea en el sentido de la presente solicitud
como una medida para las propiedades hidrófilas o hidrófobas de una
superficie. Superficies bien humectadas mediante líquidos acuosos
presentan en general una alta hidrofilia. Como índice de medición
para la humectabilidad se determina el ángulo de humectación o el
ángulo de contacto. Como tal se entiende el ángulo que forma una
tangente al contorno de la gota en el punto de las tres fases, a la
superficie del cuerpo sólido, y el cual representa una medida de la
humectabilidad de una superficie o de una superficie límite mediante
otra fase. Cuanto más pequeño es el ángulo de humectación, tanto
más elevada es la humectabilidad y con ello más hidrófila es la
superficie. Una humectabilidad de una superficie al agua se da en
particular cuando el ángulo de humectación es menor de 90º.
Como polímeros hidrófilos en el sentido de la
presente solicitud, se comprenden aquellas substancias poliméricas
que están construidas con las mismas unidades monoméricas del mismo
tipo o tipos diferentes, y presentan propiedades hidrófilas. Las
cadenas de polímeros de estos polímeros son hidrófilas o presentan
por lo menos secuencias de cadena hidrófilas. Estos polímeros
hidrófilos poseen grupos químicos con alta afinidad al agua como por
ejemplo los grupos hidroxilo o éter. Ejemplos de polímeros
hidrófilos son determinados poliéteres como determinados
polietilenglicoles o determinados polipropilenglicoles, determinados
polisacáridos como determinados dextranos o determinados
polialcoholes como determinados polivinilalcoholes. En particular
pueden también emplearse determinados copolímeros
poliéter-poliuretano como polímeros hidrófilos. Los
polímeros hidrófilos pueden caracterizarse a la vista de su
comportamiento hinchable, por ejemplo mediante el dato de la
absorción de agua o de la proporción de expansión. Como polímeros
hidrófilos en el sentido de la solicitud pueden citarse en
particular las moléculas de polímero polimerizadas, en particular
moléculas de polímero de cadena larga, las cuales están reticuladas
transversalmente entre sí, no covalentemente, y por ello pueden
todavía disolverse en cantidad suficiente, en disolventes
apropiados. Por esta razón, la presente invención está limitada a
aquellos materiales y procedimientos de recubrimiento, en los
cuales en primer lugar no se aplican moléculas poliméricas
polimerizadas acabadas, sino sus fases previas, sobre una membrana,
y allí, sólo mediante diferentes procedimientos, por ejemplo la
polimerización con plasma, se polimerizan para formar una red
hidrófila constituida por cadenas de polímeros covalentemente
reticulados transversalmente. Por transversalmente reticulado no
covalentemente, se entiende, que las cadenas poliméricas
individuales esencialmente no están ligadas entre sí covalentemente.
Sin embargo es posible en principio que después de la aplicación de
las cadenas poliméricas reticuladas transversalmente no
covalentemente según la invención, sobre la superficie a recubrir y
la formación de la película de polímero o mediante los procesos que
tienen lugar posteriormente, por ejemplo durante el almacenamiento,
pueden aparecer posteriormente enlaces, covalentes no específicos en
pequeña cantidad entre cadenas poliméricas individuales y/o entre
cadenas poliméricas individuales y la superficie de la membrana.
Estos enlaces que aparecen eventualmente inespecíficamente, como
por ejemplo pueden aparecer a continuación de un tratamiento con
plasma, entre las cadenas poliméricas individuales o cadenas
poliméricas y superficie de la membrana, no son sin embargo
esenciales para la obtención y/o para las propiedades de las
películas de polímero según la invención. Está claro que de los
enlaces químicos entre las moléculas individuales y/o la superficie
de la membrana, solamente en el caso de la superficie de la
membrana, se podrá distinguir a partir de películas poliméricas
obtenidas a partir de pasos previos, cuáles de estos enlaces
químicos aparecidos son esenciales y decisivos para la obtención y
para las propiedades de la película polimérica formada.
Como disolventes orgánicos y mezclas de
disolventes sirven, en el sentido de la presente solicitud, aquellos
disolventes y mezclas de disolventes con un contenido en agua
inferior al 50 por ciento en peso.
La solución del problema según la invención
estriba en que la humectabilidad de la membrana para soluciones
acuosas mejora mediante la presencia de una película delgada de un
polímero hidrófilo por lo menos sobre la cara de la membrana vuelta
hacia la solución acuosa externa. De preferencia, para la función
del sensor electroquímico de gas, las propiedades físicas
esenciales de la membrana, como son por ejemplo, los valores de la
solubilidad y difusión para gases, dilatación, elasticidad o
impermeabilidad, frente a substancias no formadoras de gas en
condiciones normales, no influyen desventajosamente.
Según la invención, la humectabilidad de la
membrana aumenta por el hecho de que por lo menos sobre la cara de
la membrana vuelta hacia la solución externa acuosa, esté presente
una delgada película permeable al gas de un polímero hidrófilo. Con
ello, la humectabilidad para las soluciones acuosas en esta zona en
comparación con la membrana sin tratar está claramente mejorada, de
manera que el riesgo de inclusión de burbujas de gas en esta zona
puede disminuir todavía más. La aplicación de una película de
polímero hidrófilo se efectúa según la invención, por lo menos
sobre la cara de la membrana vuelta hacia la solución acuosa
externa. De preferencia, la obtención de la película tiene lugar de
forma que la película de polímero hidrófilo se obtiene directamente
sin capas intermedias sobre la superficie de la membrana. Por ello,
toda la cara de la membrana vuelta hacia la solución acuosa externa
puede estar provista de una película de polímero hidrófilo. En otras
versiones de ejecución, toda la cara de la membrana vuelta hacia la
solución externa acuosa no está provista de una película de
polímero hidrófilo, sino solamente la zona de la membrana la cual
puede entrar en contacto con la solución acuosa externa. En otras
versiones de ejecución, toda la membrana, es decir tanto la cara
vuelta hacia la solución acuosa externa como también la cara vuelta
hacia el electrolito interno, puede estar provista también de una
película de polímero hidrófilo, por ejemplo mediante la inmersión
por breve tiempo de la membrana completa en una solución de
polímero hidrófilo, retirando a continuación la membrana y
eliminando seguidamente el disolvente.
Los demás requisitos, para no modificar
significativamente las propiedades físicas de la membrana, se
solucionan según la invención, aplicando el polímero hidrófilo en
una versión preferida en forma de una película muy delgada
permeable al gas. Según la clase y naturaleza del polímero
hidrófilo, el grueso de la película está entre 0,01 y 10 \mum, de
preferencia, entre 0,01 y 1,2 \mum, y con particular preferencia,
entre 0,01 y 0,2 \mum.
\newpage
La figura 3 muestra esquemáticamente la
constitución en principio, de un sensor electroquímico de gas según
la invención, el cual posee una membrana provista de una película de
un polímero hidrófilo. Los elementos 1 a 5 se han descrito ya en
conexión con la figura 1. Según la invención, la membrana 1 presenta
en la cara vuelta hacia el canal de muestras 2, una película de un
polímero hidrófilo 6. Esta cubre por lo menos la parte de la
membrana que puede entrar en contacto con los líquidos que se
encuentran en el canal de muestras (zona marcada en grueso). En
otras versiones, en particular también por razones técnicas de
acabado, es posible que partes adicionales de la membrana estén
provistas de una película del polímero hidrófilo 6 (zona marcada
con trazos).
Mediante el recubrimiento de una membrana base
con una película de un polímero hidrófilo diferente del material de
la membrana base, las propiedades químicas y físicas del polímero de
este sistema por lo menos parcialmente, son independientes entre
sí, y también se ajustan adecuadamente a las exigencias específicas
del correspondiente tipo de sensor, por ejemplo mediante la
selección específica de los materiales o los gruesos de la membrana
base y del polímero hidrófilo. Con ello pueden adecuarse óptimamente
las propiedades del sistema de membrana, como por ejemplo las
membranas según la patente US 4.534.355, en la cual la membrana
consta solamente de una sola capa de un poliuretano hidrófilo.
Mediante el empleo del sistema de membrana según la invención, puede
reducirse claramente además la cantidad del polímero hidrófilo
necesario en comparación con las membranas según la patente US
4.534.355, puesto que en este caso son suficientes unas capas de
polímero hidrófilo del orden de unos centenares de nanómetros
esencialmente más delgadas, para una óptima hidrofilización de la
superficie.
En una versión preferida, la película aplicada
sobre la membrana consiste en un polímero hidrófilo, el cual es
soluble en determinados disolventes orgánicos y mezclas de
disolventes, y en soluciones acuosas, en particular las soluciones
acuosas externas y líquidos de muestra es extremadamente insoluble.
Mediante el empleo de esta clase de polímeros hidrófilos es posible
obtener en particular un estable y duradero recubrimiento de la
membrana con una película de dicho polímero hidrófilo racional y
eficientemente sin pasos adicionales de una reacción química. El
recubrimiento puede por ejemplo efectuarse de manera que el polímero
hidrófilo se disuelve en primer lugar en un disolvente orgánico o
una mezcla de disolventes, esta solución del polímero se aplica a
continuación a las partes de la membrana que hay que recubrir, se
elimina un eventual exceso de solución del polímero de manera que
quede una cantidad determinada de solución de polímero sobre la
membrana, y finalmente el disolvente orgánico o la mezcla de
disolventes se evapora de la solución de polímero que se encuentra
en la membrana, de manera que queda sobre la membrana una película
de polímero hidrófilo. Además, es posible mediante el ajuste
adecuadamente definido de la cantidad y/o concentración de la
solución de polímero que queda sobre la membrana, ajustar el grueso
de la película aplicada sobre la membrana del polímero hidrófilo.
Con particular preferencia pueden emplearse polímeros hidrófilos,
los cuales constan de cadenas poliméricas transversalmente
reticuladas no covalentes. Estas pueden obtenerse con particular
ventaja con los procedimientos anteriormente descritos. Una gran
ventaja de la presente invención consiste en que el polímero
hidrófilo no sólo no debe obtenerse sobre la membrana que hay que
recubrir sino que las cadenas poliméricas hidrófilas ya pueden ser
aplicadas sobre la membrana en una solución esencialmente lista para
el uso. Con ello se diferencia la presente invención en particular
de los recubrimientos hidrófilos que se obtienen mediante la
polimerización de monómeros, en particular mediante la
polimerización con plasma sobre una membrana base, puesto que
mediante el procedimiento según la invención se trabaja con
polímeros hidrófilos ya polimerizados, los cuales constan
esencialmente de cadenas poliméricas transversalmente reticuladas no
covalentemente, y pueden suprimirse pasos de polimerización
costosos. Mediante el empleo de esta clase de polímeros hidrófilos
es posible obtener directa y fácilmente sin pasos de reacción
química adicionales, un recubrimiento hidrófilo. Las cadenas de
polímero no deben estar necesariamente reticuladas transversalmente
entre sí para lograr un recubrimiento hidrófilo duradero. Mediante
el empleo de polímeros de cadena larga pueden disponerse también sin
reticulaciones covalentes transversales entre sí, para obtener un
film estable de un polímero hidrófilo. La extrema insolubilidad del
polímero hidrófilo en soluciones acuosas, en particular en
soluciones acuosas externas y líquidos de muestra, facilita además
que la estabilidad de la película de polímero hidrófilo mejore. En
particular, con el empleo de dichas membranas provistas de una
película de polímero hidrófilo en los sensores electroquímicos de
gas en sistemas de análisis para diagnóstico, por ejemplo, los
analizadores de sangre, puede aumentar con ello la estabilidad de
la película. Mediante el frecuente contacto con soluciones acuosas,
por ejemplo, mediante la repetición muchas veces del proceso de
llenado y vaciado del canal de muestras, como es habitual en dichos
sistemas de análisis de sangre, puede tener lugar una reducción del
grueso de la capa de la película a lo largo del tiempo debido a la
continua disolución de la película del polímero hidrófilo. Mediante
el empleo de los polímeros hidrófilos fuertemente insolubles en
soluciones acuosas, se evita en gran manera dicha disolución de la
película de polímero, por lo cual esta clase de películas presentan
una elevada vida útil y con ello son apropiadas preferentemente
para emplear en dichos sistemas de
análisis.
análisis.
En una versión precedente, la película presente
en la membrana consta de un copolímero
poliéter-poliuretano. Dichos copolímeros
poliéter-poliuretano están descritos por ejemplo, en
las patentes US 5.728.762 (Reich et al.) y US 5.932.200
(Reich et al.). Estos polímeros hidrófilos muestran
sorprendentemente una particular idoneidad para un recubrimiento,
según la invención, de una membrana con una película de un polímero
hidrófilo. Estos copolímeros poliéter-poliuretano
son copolímeros de bloque con partes hidrófilas y partes hidrófobas.
Debido a estas propiedades anfífilas, los polímeros se disuelven
bien, por una parte en determinados disolventes orgánicos y mezclas
de disolventes y por otra parte se organizan después de la
eliminación del disolvente orgánico o mezclas de disolventes, para
formar hidrogeles fuertemente insolubles en soluciones acuosas con
propiedades de superficie hidrófilas, y por esta razón son
particularmente apropiadas para un recubrimiento según la
invención. Estos copolímeros poliéter-poliuretano
particularmente apropiados, pueden por ejemplo adquirirse en Cardio
Tech International Inc., Woburn, MA, U.S.A.
En una forma preferida, la membrana consta de un
plástico permeable a los gases, en particular,
politetrafluoretileno, polipropileno o polietileno. Estos
materiales son apropiados particularmente para el empleo en sensores
electroquímicos de gas, puesto que por una parte tiene una alta
permeabilidad para substancias en estado de gas en condiciones
normales y por otra parte tienen una amplia impermeabilidad para las
substancias que no están en forma de gas en las condiciones
normales, y por lo tanto satisfacen los principales requisitos de
una membrana semiimpermeable. En particular, son apropiadas las
membranas delgadas de politetrafluoretileno con un grueso de capa
del orden de micrómetros como membranas para sensores
electroquímicos de gas. Dichas membranas se caracterizan por una
dilatabilidad y elasticidad, de manera que son apropiadas en
particular para emplear como membranas mecánicamente estiradas en
sensores electroquímicos de gas, como se representa
esquemáticamente claramente en la figura 1.
En una versión particularmente preferida, la
membrana se somete antes de la obtención de la película de polímero
hidrófilo a un tratamiento de superficie. Para ello se trata, por lo
menos la parte de la superficie de la membrana sobre la cual se
obtiene a continuación la película de polímero hidrófilo.
Sorprendentemente se ha visto que mediante dicho tratamiento
previo, la adhesividad de la película sobre la membrana y la
resistencia del film aplicado frente a esfuerzos físicos y químicos
puede ser todavía mejorado. Con la expresión esfuerzos físicos se
entiende particularmente el contacto repetido durante largo tiempo
con líquidos acuosos de muestra, en particular con líquidos
corporales como por ejemplo sangre, plasma, suero u orina. A causa
de dichos esfuerzos físicos durante un período largo del tiempo, el
grueso de capa de la película del polímero hidrófilo puede
reducirse con el transcurso del tiempo, o bien la película puede
desprenderse total o parcialmente de la membrana. Los esfuerzos
químicos pueden ser entre otros, el contacto con reactivos químicos
agresivos como por ejemplo, soluciones de limpieza agresivas.
Un tratamiento de la membrana previo a la
aplicación de la película de polímero hidrófilo, puede tener lugar
mediante métodos físico-químicos, de preferencia
mediante un tratamiento con plasma. En principio, pueden sin
embargo también emplearse otros métodos fisicoquímicos para el
tratamiento previo de la membrana, por ejemplo un tratamiento con
un chorro de iones o un tratamiento con una substancia oxidante, por
ejemplo una solución de naftalina sódica. Dichos procedimientos
para el tratamiento de la superficie, son ya conocidos y están
descritos por ejemplo, en "Surface Modification of
Poly(tetrafluorethylene)Film by Chemical Etching,
Plasma and Ion Beam Treatments" ("Modificación de la superficie
de una película de politetrafluoretileno mediante tratamientos de
ataque químico, plasma y chorro de iones"), Kim S., Journal of
Applied Polymer Science ("Revista de Ciencia Aplicada de los
Polímeros"), 2000, vol. 77, págs. 1913-1920, ó en
la patente WO 94/06485 (Chatelier et al.). Como métodos
químicos para el tratamiento de la superficie no entran en
consideración de preferencia sin embargo, aquellos métodos que
aplican capas intermedias adicionales, por ejemplo capas para
mejorar la adhesividad. Como métodos fisicoquímicos para el
tratamiento de la superficie son válidos como preferidos en la
presente solicitud, muchos de aquellos procedimientos que conducen
a un aumento de la reactividad de la superficie, sin cambiar en una
proporción importante, la composición química de la membrana.
Mediante dicho tratamiento de la superficie de la membrana antes de
la aplicación de la película de polímero, ésta se modifica de tal
manera que la adhesividad y la resistencia de la película de
polímero frente a esfuerzos físicos o químicos, aumenta. Se ha
constatado sorprendentemente que en particular, mediante un
tratamiento de la membrana con un plasma antes de la aplicación de
la solución de polímeros, puede conseguirse tanto una suficiente
unión adhesiva entre la membrana y la película de polímero como
también una suficiente resistencia de la película. Mediante este
tratamiento físico con plasma puede evitarse el empleo de productos
químicos tóxicos para el tratamiento de la superficie. Un
tratamiento previo de la membrana con un plasma de gas conduce a
una modificación homogénea de la superficie, lo cual se traduce en
un pequeño grueso del material de la membrana. En estos métodos
para el tratamiento previo de la membrana con plasma, se origina
mediante una descarga eléctrica o mediante la aplicación de un campo
electromagnético en una atmósfera de gas a presión reducida, un
plasma de gas con partículas ionizadas, el cual puede emplearse para
crear zonas reactivas sobre la membrana y con ello aumentar su
reactividad por lo menos durante un breve tiempo, de manera que la
adhesividad de la película de polímero en la membrana y su
resistencia frente a esfuerzos físicos o químicos puede
aumentarse.
Para una nueva mejora de la adhesividad de la
película sobre la membrana y la resistencia de la película aplicada
frente a esfuerzos físicos, puede efectuarse opcionalmente después
de la obtención de la película del polímero hidrófilo un
tratamiento de la membrana y de la película del polímero hidrófilo
aplicada sobre la misma. Este tratamiento puede efectuarse en
particular como otro tratamiento más con plasma o como un primer
tratamiento con plasma.
En otra versión preferida, se hallan dispuestos
junto a la membrana otros componentes que sirven para el transporte
de líquido del sensor electroquímico de gas, en particular del canal
de muestras y/o de otros componentes para la conducción de líquidos
o para la evacuación de líquidos, por lo menos en la cara que mira
hacia el líquido, con una película del polímero hidrófilo. Para
ello pueden aplicarse todas las versiones y alternativas
anteriormente descritas en relación con la obtención de la película
de polímero hidrófilo sobre la membrana, con respecto a los
materiales y procedimientos análogamente a la obtención de la
película del polímero hidrófilo sobre otros componentes del sensor
electroquímico de gas que sirven para el transporte de líquidos. La
presencia de una película del polímero hidrófilo también sobre
otros componentes del sistema de conducción de líquidos tiene la
ventaja de que las superficies internas de los componentes que
conducen el líquido, están constituidas por una estructura
fuertemente homogénea. En particular, presentan una superficie
interna hidrófila fuertemente homogénea dentro del sistema de
conducción del líquido, con lo cual pueden evitarse irregularidades
en las propiedades de humectación y con ello puntos de partida para
la fijación de burbujas de gas. Con ello puede disminuirse todavía
más el riesgo de formación y/o fijación de burbujas de gas y con
ello el riesgo de mediciones erróneas.
\newpage
La invención se refiere además a procedimientos
para la obtención de una película permeable al gas, de un polímero
hidrófilo sobre las membranas de sensores electroquímicos de gas.
Estos procedimientos se caracterizan porque el polímero hidrófilo
en primer lugar se disuelve en un disolvente orgánico o mezcla de
disolventes, esta solución de polímeros se aplica a continuación
sobre una cara de la membrana y finalmente el disolvente orgánico o
mezcla de disolventes se evaporan de forma que el polímero hidrófilo
queda en forma de una película delgada sobre por lo menos una cara
de la membrana. Los polímeros hidrófilos adecuados para un
procedimiento según la invención, de esta clase, son
particularmente solubles en determinados disolventes orgánicos o
mezcla de disolventes, y son fuertemente insolubles en soluciones
acuosas, en particular en los líquidos de muestra, como por ejemplo
sangre. Según la invención, la obtención de la película tiene lugar
de forma que la película de polímero hidrófilo se obtiene
directamente sin ninguna capa intermedia más sobre la membrana,
aplicando una solución del polímero hidrófilo por lo menos sobre la
cara de la membrana que mira a la solución acuosa externa. Después
de la evaporación del disolvente o de la mezcla de disolventes, el
polímero hidrófilo se adhiere en forma de una película delgada
directamente sobre la membrana. Con ello, pueden solventarse otras
desventajas del estado actual de la técnica. Así, por ejemplo, la
patente WO 02/070590 (Faure et al.), describe técnicas de
aplicación de un polímero hidrófilo el cual se encuentra en forma de
una película ya existente, sobre un substrato tratado previamente.
Condicionada por la mala manejabilidad de dichos polímeros
hidrófilos en películas muy delgadas previamente obtenidas, la
aplicación publicada en la patente WO 02/ 070590, de una película
delgada, previamente obtenida y mecánicamente apenas resistente,
sobre una delgada membrana de politetrafluoretileno es, desde el
punto de vista técnico de fabricación, muy difícil y costosa, y por
lo tanto económicamente inviable. Con los dispositivos y
procedimientos descritos en la presente solicitud, estas
desventajas pueden ser evitadas.
En una versión preferida de este procedimiento
tiene lugar, antes de la aplicación de la solución de polímero, un
tratamiento de la superficie de la membrana con métodos
físico-químicos, de preferencia un tratamiento con
plasma. A dicha versión pueden transferirse todas las versiones y
alternativas referentes a materiales y procedimientos relacionados
con un tratamiento previo de la membrana, análogamente a dicho
procedimiento.
La invención se aclara con detalle a
continuación, a la luz de los ejemplos y dibujos.
Figuras
La figura 1 muestra la construcción en principio
de un sensor electroquímico de gas.
La figura 2 muestra los "Attenuated Total
Reflection-Infrarot-Spektren"
("espectros del infrarrojo de reflexión total atenuada")
(espectros ATR-IR), de membranas de
politetrafluoretileno sin recubrir, y recubiertas con una película
de un polímero hidrófilo. La figura 2a muestra los espectros
ATR-IR de una membrana de politetrafluoretileno sin
recubrir así como una capa pura del polímero hidrófilo X1. La figura
2b muestra un espectro ATR-IR de una membrana de
politetrafluoretileno recién recubierta con X1, y la figura 2c
muestra un espectro ATR-IR de una membrana de
politetrafluoretileno recubierta con X1 después de una prueba de
esfuerzo de seis meses. La figura 2d muestra los espectros
ATR-IR de una membrana de politetrafluoretileno
recubierta con X1 antes y después de un tratamiento durante un día
con una solución de hipoclorito.
La figura 3 muestra la construcción en principio
de un sensor electroquímico de gas, según la figura 1, la cual
presenta una membrana provista según la invención de una película de
un polímero hidrófilo.
X1 designa además, un polímero hidrófilo del
tipo copolímero poliéter-poliuretano, el cual por
ejemplo puede adquirirse en Cardiotech International, 78 E Olympia
Avenue, Woburn MA 01801-2057, USA como
"Hydrophilic Polyether Polyurethane" (poliéter poliuretanos
hidrofílicos), el cual presenta una proporción de absorción de agua
del 50% y una proporción de expansión por hinchamiento, del
60%.
Para la obtención de una solución del polímero
hidrófilo X1 se disuelve una cantidad definida del granulado de
hidrogel X1 en una mezcla metanol-agua, con
agitación.
Para el tratamiento previo de la membrana se
aplica sobre una delgada membrana de politetrafluoretileno (membrana
de teflón) estirada sobre un soporte, en una instalación de plasma
del tipo V 15-G de la firma Plasmafinish, y se
trata de acuerdo con los datos del fabricante con un plasma de gas
noble durante unos pocos minutos a 2,45 GHz. A continuación del
tratamiento con plasma, se sumerge la membrana de teflón estirada y
tratada con plasma con la superficie tratada con plasma durante
algunos segundos en la solución del polímero hidrófilo X1, se
retira de la solución y se seca al aire. Esta membrana de teflón
provista de una película del polímero hidrófilo X1, puede ahora
emplearse para la construcción de un sensor electroquímico de
gas.
Sobre una membrana de politetrafluoretileno de
25 micrómetros de grueso se aplicó una película delgada del
polímero hidrófilo X1 según el procedimiento descrito en el ejemplo
1. Esta membrana recubierta de esta forma se sometió a un análisis
de la naturaleza de su superficie mediante espectroscopia atenuada
de reflexión total con infrarrojos (espectrocopía de IR de ATR).
Con esta técnica de fotografía para espectros IR de superficie
mediante reflexión total debilitada en superficies límite, pueden
sacarse conclusiones sobre la naturaleza química de las superficies
de una muestra con una profundidad de penetración de análisis de
0,5-5 micrómetros. La investigación se efectuó con
un espectrómetro Equinox 55-IR de la firma Bruker
Optics, Ettlingen, Alemania. Los espectros ATR-IR
de la figura 2 muestran los resultados de dichas investigaciones, en
donde sobre el eje de las x están representados el número de ondas
n en 1/cm, y sobre el eje de las y, está representada la absorción
A en unidades relativas.
La figura 2a muestra como referencia, los
espectros IR-ATR de una membrana de
polifluortetraetileno sin recubrir (curva 1), y una capa del
material de recubrimiento puro (curva 2). La curva 1 presenta los
típicos máximos de absorción de los enlaces C-F del
politetrafluoretileno en un margen de número de ondas de
aproximadamente 1100-1300, mientras que la curva 2
presenta un claro complejo espectro de absorción con característicos
máximos de absorción en el margen del número de ondas de
aproximadamente 2800-3050 (principalmente mediante
enlaces C-H) y varios máximos de absorción en el
margen del número de ondas de aproximadamente
1000-1700 (principalmente mediante enlaces
C-O).
La figura 2b muestra el espectro
ATR-IR de una membrana de 25 micrómetros de grueso
de politetrafluoretileno, a la cual se ha aplicado según el
procedimiento descrito en el ejemplo 1, una película delgada del
polímero hidrófilo XI. Se puede reconocer claramente que este
espectro ATR-IR presenta tanto las características
de los máximos de absorción del material de recubrimiento en el
margen del número de ondas de aproximadamente
2800-3050 y de aproximadamente
1000-1700, como también las características de los
máximos de absorción de la membrana en el margen de número de ondas
de aproximadamente 1100-1300. Esta superposición de
las señales muestra, teniendo en cuenta la profundidad del análisis
de 0,5-5 micrómetros, que se ha aplicado sobre la
membrana según la invención una película del polímero hidrófilo con
un grueso de submicrómetros o respectivamente por debajo del orden
de los micrometros.
Se aplicó sobre una membrana de
politetrafluoretileno de 25 micrómetros de grueso, según el
procedimiento descrito en el ejemplo 1, una delgada película del
polímero hidrófilo X1.
Con el sistema de medición mediante el ángulo de
contacto G2 de la firma Krüss GmbH, Hamburgo, Alemania, se
investigó la humectabilidad de la superficie mediante el análisis
del ángulo de contacto del agua sobre la superficie recubierta y
sin recubrir. La medición tuvo lugar con 5 determinaciones cada vez
sobre una superficie seca. La tabla 1 muestra el ángulo de contacto
determinado a este respecto. Los valores dan el valor medio de 5
determinaciones y la desviación estándar correspondiente a las
mismas.
\vskip1.000000\baselineskip
Las mediciones muestran claramente que mediante
la aplicación de una película delgada del polímero hidrófilo X1
sobre la membrana, el ángulo de contacto se reduce claramente, y con
ello la humectabilidad de la superficie para líquidos acuosos puede
elevarse claramente.
Sobre una membrana de politetrafluoretileno de
25 micrómetros de grueso se aplicó según el procedimiento descrito
en el ejemplo 1 una delgada película de polímero hidrófilo X1.
Esta membrana de politetrafluoretileno
recubierta con una película de un polímero hidrófilo XI se empleó
como componente de un sensor electroquímico de oxígeno, el cual
estuvo funcionando durante un período de tiempo de 6 meses y un
número de por lo menos 1.000 mediciones. A este respecto, se
midieron principalmente sangre y soluciones acuosas de control, así
como se efectuaron además pasos de limpieza y calibración con
diferentes soluciones acuosas. Este sirve como típico ensayo de
esfuerzo/durabilidad de la adhesión de la película de polímero
sobre la membrana así como su capacidad de resistencia frente a
esfuerzos físicos o químicos a través de múltiples cambios de
líquidos acuosos. Después de este periodo de tiempo se sometió a la
membrana análogamente a la ejecución del ejemplo 2, a una
espectroscopia ATR-IR para el análisis de la
naturaleza de su superficie.
La figura 2c muestra un espectro
ATR-IR de una membrana delgada de 25 micrómetros de
politetrafluoretileno, sobre la cual según el procedimiento
descrito en el ejemplo 1 se aplicó una película delgada del polímero
hidrófilo X1, la cual fue sometida a un ensayo de esfuerzo durante
6 meses según las condiciones descritas más arriba. Se observó
claramente, que este espectro ATR-IR presenta tanto
las características de los máximos de absorción del material de
recubrimiento en el margen del número de ondas de aproximadamente
2800-3050 y de aproximadamente
1000-1700 como también las características de los
máximos de absorción de la membrana en el número de ondas de
aproximadamente 1100-1300. Una superposición de las
señales, de esta clase, muestra que sobre la membrana, también
después de un ensayo de esfuerzo durante seis meses, se detecta
todavía una película de polímero hidrófilo. El espectro de la
superficie de una membrana recubierta, representado en la figura
2c, después de un ensayo de esfuerzo de seis meses, muestra al
contrario del espectro representado en la figura 2b, de la
superficie de una membrana recién recubierta, diferencias en
diferentes márgenes de absorción. Estas diferencias pueden
verificarse por ejemplo mediante el almacenamiento de substancias,
por ejemplo proteínas de los líquidos de muestra medidos, las
cuales se han depositado sobre la superficie en el curso del ensayo
de esfuerzo de seis meses.
Sobre una membrana de politetrafluoretileno de
25 micrómetros de grueso se aplicó una película delgada del
polímero hidrófilo X1, según el procedimiento descrito en el ejemplo
1.
La membrana así recubierta fue tratada durante
24 horas a 37ºC en una solución de purificación con 1,5% de
hipoclorito de sodio, para comprobar la capacidad de resistencia
frente a reactivos químicos agresivos. Se determinaron y compararon
los espectros ATR-IR de la superficie de la membrana
recubierta antes y después del tratamiento con hipoclorito.
La figura 2d muestra los espectros
ATR-IR de la superficie de la membrana recubierta
antes y después de un tratamiento con hipoclorito. La curva 3
muestra el espectro ATR-IR de la superficie de la
membrana recubierta antes del tratamiento con hipoclorito, la curva
4 muestra el espectro ATR-IR de la superficie de la
membrana recubierta después de un tratamiento con hipoclorito de un
día de duración. Estos espectros no muestran ni antes ni después
del tratamiento con reactivos agresivos, casi ninguna diferencia. En
particular, se encuentran todavía casi inalterados en el espectro
ATR-IR, después del tratamiento con hipoclorito
(curva 4), los máximos de absorción característicos del material de
recubrimiento en el margen del número de ondas de aproximadamente
2800-3050 y de aproximadamente
1000-1700. Esto muestra que también después de un
largo tratamiento con reactivos agresivos como la solución de
hipoclorito, la película de polímero hidrófilo permanece estable
adherida a la membrana.
Sobre una membrana de politetrafluoretileno de
25 micrómetros de grueso, se aplicó según el procedimiento descrito
en el ejemplo 1, una delgada película del polímero hidrófilo X1.
Como control se utilizaron membranas de
politetrafluoretileno sin recubrimiento. Las membranas recubiertas
con el polímero hidrófilo o respectivamente sin recubrir, fueron
empleadas como componentes de sensores electroquímicos de oxígeno.
Con estos sensores electroquímicos de oxígeno se midieron en
analizadores OMNI de la firma Roche Diagnostics, muestras de sangre
tonometrada o soluciones acuosas tonometradas de control. Por cada
sensor se midieron en total aproximadamente 270 muestras
(aproximadamente el 60% de muestras de sangre y aproximadamente el
40% de soluciones acuosas de control) durante un espacio de tiempo
de 3 semanas. Las muestras tonometradas presentaron un contenido en
oxígeno por debajo de la concentración del oxígeno del aire, de
manera que pudo reconocerse el defecto de llenado a la vista de un
valor de medición desviado.
La tabla 2 muestra una comparación de la
frecuencia de mediciones erróneas atribuibles a la fijación de
burbujas de gas.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las medidas erróneas debido a las burbujas de
gas se refieren exclusivamente a mediciones de soluciones de
control acuosas, y en ningún caso a mediciones de muestras de
sangre, y pueden en todo caso ser reconocidas claramente como
mediciones falsas.
Se muestra claramente que debido al
recubrimiento según la invención de la membrana de un sensor
electroquímico de gas con un polímero hidrófilo, el riesgo de
fijación de burbujas de gas en la zona de la membrana del sensor y
con ello el riesgo de medidas falsas, en comparación con el estado
actual de la técnica, puede disminuirse claramente en el caso
presente, alrededor de un factor 18.
Claims (9)
-
\global\parskip0.970000\baselineskip
1. Sensor electroquímico de gas con una membrana permeable a los líquidos y fuertemente impermeable a los iones y líquidos, para la separación de una solución acuosa externa y una solución interna de electrolitos,caracterizado porque,por lo menos sobre la cara de la membrana vuelta hacia la solución acuosa externa, está dispuesta directamente una película permeable a los gases de un polímero hidrófilo transversalmente reticulado no covalentemente, el cual presenta una humectabilidad de la superficie para la solución acuosa externa, que es mayor que la humectabilidad de la superficie de la membrana para la solución acuosa externa.\vskip1.000000\baselineskip
- 2. Sensor electroquímico de gas según la reivindicación 1,caracterizado porque,el polímero hidrófilo es soluble en disolventes orgánicos y mezclas de disolventes y es fuertemente insoluble en soluciones acuosas, en particular soluciones acuosas externas y líquidos de muestra.
\vskip1.000000\baselineskip
- 3. Sensor electroquímico de gas según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque,el polímero hidrófilo es un copolímero de bloque con zonas hidrófilas y zonas hidrófobas.
\vskip1.000000\baselineskip
- 4. Sensor electroquímico de gas según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque,el polímero hidrófilo es un copolímero poliéter-poliuretano.
\vskip1.000000\baselineskip
- 5. Sensor electroquímico de gas según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque,el grueso de la película de polímero hidrófilo está entre 0,01 y 10 \mum, de preferencia entre 0,01 y 1,2 \mum, con particular preferencia entre 0,01 y 0,2 \mum.
\vskip1.000000\baselineskip
- 6. Sensor electroquímico de gas según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque,la membrana está constituida por un plástico permeable a los gases, en particular, politetrafluoretileno, polipropileno o polietileno.
\vskip1.000000\baselineskip
- 7. Sensor electroquímico de gas según una de las reivindicaciones precedentes,caracterizado porque,junto con la membrana también otros componentes que sirven para el transporte del líquido del sensor electroquímico de gases, en particular el canal de muestras y/o otros componentes para la conducción del líquido o evacuación del líquido, están recubiertos con una película de polímero hidrófilo, por lo menos en la cara vuelta hacia el líquido.
\vskip1.000000\baselineskip
- 8. Procedimiento para el recubrimiento por lo menos de una cara de la membrana que mira hacia la solución acuosa externa, de un sensor electroquímico de gas, según una de las reivindicaciones 1 a 7, con una película permeable a los gases de un polímero hidrófilo,caracterizado porque,a) el polímero hidrófilo previsto para el recubrimiento se disuelve en un disolvente orgánico o mezcla de disolventes,
\global\parskip1.000000\baselineskip
b) esta solución de polímero se aplica por lo menos sobre una cara de la membrana, yc) el disolvente orgánico o mezcla de disolventes se evapora, de forma que el polímero hidrófilo está presente en forma de una película delgada sobre por lo menos una cara de la membrana.\vskip1.000000\baselineskip
- 9. Procedimiento según la reivindicación 8,caracterizado porque,antes de la aplicación de la solución del polímero hidrófilo sobre la membrana, se efectúa un tratamiento de la superficie de la membrana con un procedimiento físico-químico, en particular con un tratamiento con plasma.
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Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8394338B2 (en) * | 2004-04-26 | 2013-03-12 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | Process for hydrophilizing surfaces of fluidic components and systems |
| DE102009031773B4 (de) * | 2009-06-26 | 2019-08-29 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Potentiometrischer Sensor zur kombinierten Bestimmung der Konzentration eines ersten und eines zweiten Gasbestandteils einer Gasprobe, insbesondere zur kombinierten Bestimmung von CO2 und O2, entsprechendes Bestimmungsverfahren und Verwendung derselben |
| US10201667B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-02-12 | Becton, Dickinson And Company | IV membrane attachment systems and methods |
| US10702689B2 (en) | 2015-03-26 | 2020-07-07 | Becton, Dickinson And Company | Auto-stop vent plug |
| US10232130B2 (en) * | 2015-03-26 | 2019-03-19 | Becton, Dickinson And Company | Anti-run dry membrane |
| US10646648B2 (en) | 2015-04-01 | 2020-05-12 | Becton, Dickinson And Company | IV flow management systems and methods |
Family Cites Families (31)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3649505A (en) * | 1969-03-03 | 1972-03-14 | Beckman Instruments Inc | Ammonia sensor |
| US3874850A (en) | 1972-07-24 | 1975-04-01 | Radiometer As | Blood analyzing method and apparatus |
| US4269685A (en) * | 1979-10-16 | 1981-05-26 | Mcneilabs, Inc. | Disposable polarographic gas sensor system |
| IE51643B1 (en) * | 1980-10-15 | 1987-01-21 | Smith & Nephew Ass | Coated articles and materials suitable for coating |
| GB2096324B (en) * | 1981-04-08 | 1984-08-30 | Nat Res Dev | Conductimetric gas sensor |
| US4492622A (en) * | 1983-09-02 | 1985-01-08 | Honeywell Inc. | Clark cell with hydrophylic polymer layer |
| US4752426A (en) | 1985-06-27 | 1988-06-21 | Yoshito Ikada | Process for manufacture of plastic resinous tubes |
| US4880883A (en) * | 1987-06-03 | 1989-11-14 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Biocompatible polyurethanes modified with lower alkyl sulfonate and lower alkyl carboxylate |
| US4885077A (en) * | 1988-11-17 | 1989-12-05 | Becton, Dickinson And Company | Composite membrane, method for its preparation and electrolyte sensor including same |
| US5091205A (en) | 1989-01-17 | 1992-02-25 | Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation | Hydrophilic lubricious coatings |
| AT398132B (de) * | 1991-02-15 | 1994-09-26 | Avl Verbrennungskraft Messtech | Vorrichtung zur messung der konzentration eines reagens |
| US5212000A (en) | 1991-03-11 | 1993-05-18 | The Dow Chemical Company | Method for providing an inner-skinned functionalized coating on the lumen-defining surface of a hollow tube |
| US5322063A (en) | 1991-10-04 | 1994-06-21 | Eli Lilly And Company | Hydrophilic polyurethane membranes for electrochemical glucose sensors |
| IL106922A (en) | 1992-09-14 | 1998-08-16 | Novartis Ag | Complex materials with one or more wettable surfaces and a process for their preparation |
| US5563233A (en) | 1994-11-16 | 1996-10-08 | Tyndale Plains-Hunter, Ltd. | Polyether polyurethane polymers and gels having improved absorption and slip properties |
| US5932200A (en) | 1996-08-14 | 1999-08-03 | Tyndale Plains-Hunter, Ltd. | Polyether polyurethane polymers, gels, solutions and uses thereof |
| US6001067A (en) * | 1997-03-04 | 1999-12-14 | Shults; Mark C. | Device and method for determining analyte levels |
| SE9702118D0 (sv) | 1997-06-04 | 1997-06-04 | Siemens Elema Ab | Blodanalyssystem |
| KR100349000B1 (ko) | 1998-07-09 | 2003-03-26 | 주식회사 아이센스 | 친수성폴리우레탄을사용한바이오센서의제조방법 |
| KR100341565B1 (ko) | 1998-11-11 | 2002-06-22 | 김윤 | 젖음성이 우수한 표면을 갖는 불소계 수지 |
| JP2000202907A (ja) | 1999-01-14 | 2000-07-25 | Osaka Gas Co Ltd | ライニング管及び管内ライニング方法 |
| JP2001163932A (ja) * | 1999-10-27 | 2001-06-19 | Novartis Ag | 材料表面を改質する方法 |
| DE60041456D1 (de) | 1999-10-29 | 2009-03-12 | Radiometer Medical Aps | Verfahren und vorrichtung zum nachweis einer gasblase in einer flüssigkeit |
| JP4282043B2 (ja) | 1999-12-06 | 2009-06-17 | キヤノン株式会社 | 記録液体供給通路、記録液体収納容器、およびこれらを備える記録液体供給装置、並びにその表面改質方法 |
| EP1130393A3 (en) * | 2000-02-03 | 2001-11-28 | Nihon Kohden Corporation | Gas sensor and gas sensor system |
| US6447835B1 (en) | 2000-02-15 | 2002-09-10 | Scimed Life Systems, Inc. | Method of coating polymeric tubes used in medical devices |
| TW513485B (en) | 2000-07-10 | 2002-12-11 | Ind Tech Res Inst | On-spot hydrophilic enhanced slide and preparation thereof |
| US6444324B1 (en) | 2000-12-01 | 2002-09-03 | Scimed Life Systems, Inc. | Lubricated catheter balloon |
| DE60214145T2 (de) | 2001-03-08 | 2007-07-12 | Bioartificial Gel Technologies Inc., Montreal | An einer rückschicht gebundenes hydrogel und verfahren zur herstellung |
| US20050054774A1 (en) | 2003-09-09 | 2005-03-10 | Scimed Life Systems, Inc. | Lubricious coating |
| US8394338B2 (en) | 2004-04-26 | 2013-03-12 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | Process for hydrophilizing surfaces of fluidic components and systems |
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