ITMO20110327A1 - Una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido oragnico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

Campo di applicazione

L’invenzione riguarda una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo, in particolare per rilevare la pressione parziale di anidride carbonica ed il valore di pH nel sangue di un paziente.

Stato della Tecnica

E’ noto da tempo utilizzare membrane idrofile o idrofobe per rilevare parametri di un fluido organico, nel caso specifico sangue, durante lo scorrimento di questo in un circuito extracorporeo.

Queste membrane sono sistemate su un supporto che è montabile lungo una tubazione del circuito extracorporeo, normalmente in una apposita cuvetta, in modo tale che una superficie della membrane sia lambita dal sangue durante il suo scorrimento.

Queste membrane forniscono i valori richiesti sotto forma di segnali luminosi fluorescenti che vengono emessi da un fluoroforo che è inserito molecolarmente nelle strutture delle membrane.

Questo fluoroforo è normalmente costituito da fiuoresceina che è una sostanza che, se opportunamente eccitata con una sorgente luminosa, è in grado di emettere, come detto, un segnale luminoso la cui intensità è funzione della concentrazione di ioni H+ che sono presenti nel sangue e che interagiscono con la membrana.

In pratica, i segnali emessi dal fluoroforo sono poi inviati ad un trasduttore il quale, previo attraversamento di filtri ottici, li trasforma in valori numerici rilevati che sono inviati ad un dispositivo di lettura.

Nel dettaglio, queste membrane sono composte da un substrato di supporto realizzato normalmente in policarbonato sul quale è depositato uno strato di rilevamento, o matrice, che comprende un polimero funzionalizzato con fiuoresceina sodica ed opportunamente sottoposto ad un processo di cross-linking per la stabilizzazione.

Per rilevare i parametri di pressione parziale della anidride carbonica, di seguito brevemente pC02, e del pH, la matrice viene resa alternativamente impermeabile oppure permeabile al passaggio degli ioni H+ che, di conseguenza, permettono alla fiuoresceina di emettere un segnale che ha una intensità diversa e rilevabile dal trasduttore e dal dispositivo di lettura.

Per poter ottenere entrambi i valori di questi due parametri durante lo scorrimento del sangue e con un unico dispositivo di rilevamento su cui è montata la membrana, il substrato di base che la compone è preparato in due zone divise e contigue sulle quali sono applicate due diverse matrici, una prima permeabile agli ioni H+ ed una seconda impermeabile a questi ioni H+.

Come detto in precedenza, il fiuoroforo è costituito da fluoresceina sodica che seppure in grado di fornire la retro-fluorescenza necessaria per il rilevamento dei parametri, crea alcuni inconvenienti nell'uso.

Un primo inconveniente consiste ne! fatto che la fluoresceina sodica è altamente igroscopica e, quando è posta a contatto con acqua, ad esempio con la componente acquosa del sangue, crea rigonfiamenti della membrana che tendono ad indebolirne irreversibilmente i legami molecolari, causando perdite di fiuoroforo.

Un secondo inconveniente consiste nel fatto che si sono verificati indesiderati distacchi della matrice polimerica dal supporto, rendendo inattendibili le misurazioni effettuate con la membrana.

Un terzo inconveniente consiste nel fatto che le rilevazioni che si possono eseguire con membrane che hanno un fiuoroforo igroscopico sono risultate molto lente ed a volte inattendibili per la ragione che, quando si verificano rilasci di fluoroforo a causa dei rigonfiamenti, varia la concentrazione di quest’ultimo nella membrana e la intensità di emissione è influenzata da questa variazione di concentrazione e non unicamente dai parametri del fluido organico analizzato.

Un quarto inconveniente è che nel tempo, ed a causa delle condizioni ambientali in cui sono utilizzate le membrane note, queste ultime non sono sufficientemente resistenti e stabili nel tempo.

Scopi dell'invenzione

Uno scopo dell'invenzione è migliorare la tecnica nota.

Un altro scopo dell’invenzione è realizzare una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo che non sia soggetta a danneggiamenti dei legami molecolari a causa di usuali rigonfiamenti a contatto con acqua o con una componente acquosa contenuta nel fluido organico.

Un ulteriore scopo dell’invenzione è realizzare una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo che permetta di determinare con precisione i valori dei parametri, senza poter essere influenzata da variazioni di concentrazione del fluoroforo che è contenuto in essa.

Un ulteriore scopo dell’invenzione è realizzare una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante io scorrimento in un circuito extracorporeo che abbia una struttura flessibile ed elastica, facilmente adattabile a qualunque sistemazione in apparati di un apparato di rilevamento montato lungo il circuito extracorporeo.

Un altro scopo dell'invenzione è realizzare una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo che sia stabile nel tempo.

Secondo un aspetto dell’invenzione è prevista una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo, in accordo con le caratteristiche della rivendicazione 1.

L’invenzione consente pertanto di ottenere i seguenti vantaggi: ottenere valori di rilevamento affidabili e non affetti da errori causati da logoramento della membrana di rilevamento;

mantenere una forma stabile della fluoresceina all’interno della membrana di rilevamento, che da un lato mantenga flessibile la catena polimerica che la compone e che, dall’altro lato, risulti inalterabile nel tempo.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di una forma di realizzazione di una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo, illustrata a titolo indicativo, e non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la Figura 1A è una vista schematica di un segmento di tubazione di un circuito extracorporeo nel quale scorre un fluido organico da monitorare e dotato di un elemento sensore comprendente una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo secondo l'invenzione;

la FIG. 1B è una vista in scala ingrandita di un dettaglio delia Fig. 1A, specificamente di un tratto di una membrana di rilevamento secondo l'invenzione;

la Figura 2 è una vista schematica del principio di funzionamento dell’elemento sensore di Figura 1;

la Figura 3 è una vista di una catena strutturale di un fiuoroforo che è contenuto nella membrana secondo l’invenzione, nel caso specifico Fluoresceina diacrilata;

la Figura 4 è una vista di una catena strutturale di un fiuoroforo che è contenuto nella membrana secondo l’invenzione, nel caso specifico Fluoresceina metacrilata;

la Figura 5 è una vista di una catena strutturale di un fiuoroforo che è contenuto nella membrana secondo l'invenzione, nel caso specifico Fluoresceina acrilata.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito.

Con riferimento alle figure, si nota che con 1 è indicata nel complesso una membrana di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo 2.

La membrana 1 comprende un substrato di base 3 che è realizzato in materiale polimerico e su una faccia 4 del quale sono applicati due strati laminari ed adiacenti 5 e 6 che hanno diversa formulazione chimica e che sono atti a rilevare contemporaneamente variazioni dei valori di pH e di pC02 (pressione di anidride carbonica) nel flusso del fluido organico che li lambisce.

Un primo strato 5 sensibile a variazioni di pH è costituito, nella preferita forma di attuazione delia membrana 1, da una matrice polimerica, la cui formulazione contiene idrossietilmetacrilato e altri monomeri acrilici aventi funzionalità maggiore o uguale a 2, e fluoresceina metacrilata. In conseguenza della reazione di polimerizzazione tali formulazioni generano architetture molecolari reticolate a cui sono legate con legame covalente le molecole di fluoresceina metacrilata.

Alcune molecole di monomeri acrilici con funzionalità maggiore di 2, e quindi in grado di generare architetture molecolari reticolate per reazione con idrossietilmetacrilato possono essere, come esempio con valore puramente indicativo, tripropilenglicole diacrilato, esametilene diacrilato, poli(etlene glicole) diacrilato.

Un secondo strato 6 sensibile a variazioni di pC02è costituito da un materiale ibrido organico-inorganico, che è costituito da una fase organica a base di perfluoropolieteri capaci di generare una architettura molecolare reticolata mediante formazione di legami covalenti con domini inorganici generati “in sito” durante la preparazione del materiale, partendo da precursori o gruppi funzionali di tipo metallo-alcossido.

La quantità relativa di domini organici fluorurati nello strato sensore può variare in un intervallo compreso tra 1% e 100%.

In tale matrice ibrida è dispersa una qualsiasi molecola che agisce da rilevatore e indicatore delle variazioni di pC02 nel flusso del fluido organico, come ad esempio HPTS (8- hydroxypyrene-1 ,3,6-trisulfonic acid trisodium salt).

Con riferimento alla Figura 1, si nota che la membrana è predisposta per essere alloggiata in una sede 7 di un sensore 8 che è destinato ad essere montato sul circuito extracorporeo 2, in modo tale da poter essere lambita dal flusso del fluido organico da monitorare.

OCIATI S.r.l. NI - No. 430 Con riferimento alla Figura 2, si nota che il sensore 8 comprende un apparato di rilevamento di segnali ottici che è in grado di vagliare segnali emessi RS dalla membrana 1 e di inviarli a apparati di trasduzione e di misurazione indicati complessivamente con 10.

Questi apparati di trasduzione e di misurazione comprendono, per ciascun parametro da rilevare, una sorgente di emissione 11 di un fascio luminoso LS che attraversa un filtro 12, prima di investire uno degli strati 5 e 6 verso i quali sono selettivamente orientati.

Da questi strati vengono emessi i fasci di segnali luminosi RS che attraversano un secondo filtro 13, prima di raggiungere un dispositivo di lettura e misurazione 14.

II funzionamento della membrana di rilevamento sensore è il seguente: il flusso di fluido organico di cui devono essere rilevati i parametri relativi al pH ed alla pC02, scorrendo nel circuito 2 lambisce la superficie del sensore costituita dagli strati 5 e 6.

Lo strato 5 sensibile alle variazioni di pH è permeabile agli ioni H<+>, che migrano all'interno di questo durante il contatto col fluido organico, associandosi alla fluoresceina che è legata a suddetto strato con un legame covalente.

La fluoresceina, a seguito di tale associazione con gli ioni H\ varia l’intensità dello spettro di emissione permettendo il rilevamento della variazione di pH per via ottica.

In dettaglio, la sorgente luminosa 11, in forma di un LED blu, Apeak= 480 nm, emette il fascio di raggi LS che, dopo aver attraversato il filtro 12, in forma di un filtro di eccitazione (passa basso), Acut-0ff= 490 nm, per eliminare la coda dello spettro di eccitazione del LED, che può sovrapporsi al segnale di fluorescenza, investe lo strato sensibile 5 nel quale la fluoresceina è associata agli ioni H<+>presenti nel fluido organico analizzato.

La fluoresceina, eccitata dal fascio LS, emette un fascio di segnali luminosi RS, la cui intensità dipende dalla concentrazione di ioni H<+>presenti nel fluido organico analizzato, che attraversa il secondo filtro 13, in forma di un filtro di emissione (passa banda), Δλ = 515-535 nm, utilizzato affinché solo il segnale di fluorescenza raggiunga il rivelatore, e raggiunge il dispositivo di lettura e di misurazione 14, in forma di un fotodiodo, il quale trasduce il fascio di segnali luminosi in un valore numerico, per la lettura degli operatori.

Analogamente, per la misurazione della pC02avviene lo stesso processo di rilevamento e di trasduzione e lettura dei dati rilevati.

Si è constatato come l’invenzione descritta raggiunga gli scopi prefissati.

L’invenzione è suscettibile di modifiche e varianti, tutte rientranti nel concetto inventivo.

inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili con altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati nonché le forme e le dimensioni potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze, senza per questo uscire daH’ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1) Una membrana (1 ) di rilevamento per rilevare parametri di un fluido organico durante lo scorrimento in un circuito extracorporeo (2) comprendente: - Un substrato (3) di base; - Una matrice polimerica laminare di rilevamento (5, 6) contenente un fluoroforo destinato ad essere lambito da detto fluido durante lo scorrimento ed ancorato a detto substrato; caratterizzato dal fatto che detto fluoroforo comprende fluoresceina legata a detta matrice polimerica con legame covalente.
2. 2) Una membrana secondo la rivendicazione 1, in cui detta fluoresceina è scelta tra fluoresceina diacrilata, metacrilata , acrilata.
3. 3) Una membrana secondo la rivendicazione 1 , in cui detta matrice polimerica comprende PHEMA (Poli 2-idrossietilmetacrilato).
4. 4) Una membrana secondo la rivendicazione 1, in cui detta matrice polimerica comprende un reticolante.
5. 5) Una membrana secondo la rivendicazione 4, in cui detto reticolante comprende PEGDA (Polietilene Glicol Diacrilato).
6. 6) Una membrana secondo la rivendicazione 1, in cui detta matrice polimerica comprende due zone adiacenti di rilevamento, rispettivamente una prima zona (5) di rilevamento di valori di “pH” ed una seconda zona (6) di rilevamento di valori di “pCXV (pressione parziale di anidride carbonica) di detto fluido organico.
7. 7) Una membrana secondo la rivendicazione 6, in cui detta prima zona (5) è idrofila e detta seconda zona (6) è idrofoba.
8. 8) Una membrana secondo la rivendicazione 1 , in cui detta matrice polimerica comprende una fase organica reticolata di tipo perfluoropolietere contenente molecole indicatori delia CO2.