NL8003300A

NL8003300A - Inrichting voor de analyse van geabsorbeerde gassen.

Info

Publication number: NL8003300A
Application number: NL8003300A
Authority: NL
Original assignee: Medishield Corp Ltd
Priority date: 1979-06-07
Filing date: 1980-06-05
Publication date: 1980-12-09
Also published as: US4340615A; ES257691U; ZA803141B; FR2458291A1; YU149380A; FR2458291B1; AT385851B; ES257691Y; BE883659A; NO152727C; ES8104914A1; ATA295980A; SE447062B; NO152727B; DE3020782A1; YU242382A; NO801699L; NL185327C; IT1131290B; JPH0142688B2

Description

V

>

Inrichting voor de analyse van geabsorbeerde gassen

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting om te gebruiken bij de analyse van geabsorbeerde gassen in vloeistoffen, en in het bijzonder met een buigzame intravascu-laire sonde voor gebruik bij de analyse van geabsorbeerde gassen 5 in het menselijk bloed of in het bloed van andere zoogdieren, bijvoorbeeld door middel van nassaspectroscopie.

Bij een bekende werkwijze voor de continue meting van bloedgassen in vivo wordt gebruik genaakt van een intravasculaire sonde in de vorm van een buigzame catheter 10 waarvan het distale eind is gesloten door middel van een voor gassen permeabel membraan. Het distale eind van de sonde wordt in het bloedvat in kwestie ingebracht en het andere eind wordt aangesloten aan de inlaat van een nassaspectroneter waardoor de inrichting wordt leeggepompt. In het bloed geabsorbeerde 15 gassen diffunderen door het membraan heen en gaan verder door de katheter naar de nassaspectroneter waarin zij worden geanalyseerd,

Het Amerikaanse octrooischrift 3 Ó5'3 053 beschrijft een bloedkatheter on te worden gebruikt bij de bepaling van de hoeveelheid en de soort van cpgelost gas in 20 bloed, welke katheter eencannule van kunststof bevat die aan het ene eind is gesloten. In de wand van de cannule is een opening nabij het gesloten eind, waarbij het buitenoppervlak van tenminste dat deel van de buis waarin de opening aanwezig is, wordt afge- m schermd door een laagje voor gas permeabel materiaal, zoals 25 siliconenrubber. Door het membraan van siliconen rubber diffunderen gassen die in de cannule geraken via de opening.

Een voorwaarde die tot nu toe de uitvoerbaarheid van bekende sondes die bij deze procedure worden gebruikt, 30 8003300 i 2 • v heeft beperkt, xs geweest de noodzaak het voor gassenjperneabel membraan te vervaardigen uit een met het leven verenigbare stof. Aldus wordt bij een bekende uitvoeringsvorm van de sonde gebruik gemaakt vein een buigzame katheter van nylon met een membraan van 5 siliconenrubber, terwijl bij een andereuitvoeringsvorm gebruik wordt gemaakt van een vervormbare roestvrij stalen katheter met een membraan van polytetrafluoroetheen (PTFE). Echter is een nadeel van siliconenrubber als membraanmateriaal de hoge —10 permeabiliteit voor gassen (typerend in de buurt van 200 x 10 2 —1 1 o 10 cm' s (cm HgJ" voor zuurstof bij 20 C) en het probleem met een membraan met een hoge permeabiliteit is dat indien de toevoer van gas naar de punt van de sonde niet voldoende groot is, het gebied dat wordt bemonsterd, dreigt uitgeput te raken wat betreft het geabsorbeerde gas.

15 Met andere woorden, het signaal dat wordt verkregen uit een sonde van deze soort is op ongewenste wijze afhankelijk van de stroomsnelheid van het bloed. Ikarentegen is PTFE een nagenoeg ideaal materiaal voor een membraan vanuit het standpunt van zijn eigen permeabiliteit. Met dit materiaal doet 20 zich echter het probleem voor dat om het te bewerken een hoge temperatuur‘nodig is, hetgeen de toepassing ervan met buigzame katheters van polymeer materiaal uitsluit. Aldus is het gebruik van een PTFE-membraan beperkt tot een katheter die is vervaardigd uit een materiaal zoals roestvrij staal dat echter niet dezelfde 25 mate van buigzaamheid vertoont als bijvoorbeeld nylon. In het bijzonder is de buigzaamheid van roestvrij stalen katheters niet voldoende om het veilig bewaken van de gehaltes van gassen in bloed van zuigelingen mogelijk te maken.

liet is dus een doel van de uitvinding een uit-30 voeringsvorm voor de constructie van een intravasculaire sonde of een dergelijke inrichting voor gebruik bij de analyse van geabsorbeerde gassen in vloeistoffen te verschaffen waarmee de hierboven genoemde problemen kunnen worden vermeden.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding 35 omvat een inrichting voor gebruik bij de analyse van geabsorbeer- 800 3 3 00 \ 3 de gassen in vloeistoffen een buigzame buis aan het eind waarvan of althans nabij het eind een membraan is aangebracht waardoorheen gas kan diffunderen naar het inwendige van de buis, waarbij het membraan omvat een eerste laag van een voor gassen permeabel 5 materiaal en een tweede laag van voor gassen permeabel materiaal in innig contact met de eerste laag en daardoor gesteund, en waarbij de aan de tweede laag eigen permeabiliteit voor gassen aanzienlijk geringer is dan dezelfde eigenschap lan de eerste laag en bij gebruik het passeren van gassen door het membraan 10 bepaald. De hierboven omschreven inrichting is inhet bijzonder nuttig bij de analyse van geabsorbeerde gassen in bloed, bijvoorbeeld bij de metingen in vivo van de druk van zuurstof en kooldioxyde in arterieel en veneus bloed, maar de inrichting kan worden gebruikt bij de analyse van geabsorbeerde gassen in 15 iedere vloeistof, bijvoorbeeld door middel van massaspectroscopie of van gaschronatografie.

Een voordeel van de meerdelige membraanconstruc-tie van de inrichting zoals deze hierboven is omschreven, is dat de genoemde tweede laag kan worden gekozen met het oog op 20 het verschaffen van een gewenste permeabiliteit voor het membraan, in het bijzonder zodanig dat problemen wat betreft gas-uitputting en stroomsnelheid afhankelijkheid worden gemeden, terwijl de eerste laag kan worden gekozen teneinde de gewenste mechanische compatibiliteit en andere eigenschappen van het membraan te 25 verschaffen. De aande eerste laag cbor de tweede laag verschafte mechanische ondersteuning betekent dat de tweede laag zelf dunner kan worden gemaakt dan bekende eenlagige membranen met het resultaat dat een betere responsietijd voor de inrichting kan worden verkregen (de responsietijd is namelijk een funktie van 30 de permeabiliteit van de doorstroombepalende laag en van het kwadraat van de dikte van deze laag).

Wanneer de inrichting de vorm heeft van een intravasculaire sonde zal de genoemde eerste laag in het algemeen de buitenlaag van het membraan vormen en zijn vervaardigd van een 35 erkend bio-compatibel materiaal, ofschoon dit niet noodzakelijker- 800 3 3 00 r / ι+ wijs zal behoeft te zijn voor de binnenlaag.

Voor gebruik bij de meting van bloedgasgehalten bedraagt de permeabiliteit van de tweede laag van het membraan bij voorkeur (0,001-0,01) x 10“ cm s“ (cm Hg) voor zuurstof 5 hg 20°C.

In een voorkeursuitvoeringsvorm is de buigzame buis vervaardigd uit kunststof en aan één uiteinde gesloten, waarbij de buis een opening in zijn wand heeft nabij het gesloten eind, waarbij verder het buitenoppervlak van tenminste dat deel 10 van de buis waarin zich de opening bevindt, is afgeschermd door een laag bio-compa-tibel en voor gassen permeabel materiaal, terwijl het binnenoppervlak van dat deel van de beschermingslaag dat over de opening ligt, is bekleed met een laag voor gassen permeabel materiaal waarvan de permeabiliteit aanzienlijk 15 geringer is dan die van de beschermende laag.

In deze uitvoeringsvorm van de constructie bestaat het voor gassen permeabel membraan van de inrichting uit dat deel van het beschermende materiaal dat ligt over de opening in de buis (dat wil zeggen de genoemde eerste laag van 20 hst membraan) samen met dat deel van het daardoor gedragen bekledingsmatS”!aal (dat wil zeggen de genoemde tweede laag van het membraan).

Volgens een tweede aspect van de uitvinding omvat een werkwijze voor de vervaardiging van een inrichting voor 25 gebruik bij de analyse van geabsorbeerde gassen in vloeistoffen zoals hiervoor omschreven, de stappen: het nemen van een buigzame kunststofbuis met een opening in de wand; het afschermen van het buitenoppervlak van tenminste dat deel van de buis waarin de opening zich bevindt, met een laag bio-compa-tibel en voor 30 gassen permeabel materiaal; en hét bekleden van het binnen-oppervlak van dat deel van de beschermende laag dat over de opening ligt, met een laag voor gassen permeabel materiaal waarvan de permeabiliteit aanzienlijk geringer is dan die van de beschermende laag.

35 3ij voorkeur is deze uitvoeringsvorm hierin 8003300

X

5 % gekenmerkt dat praktisch het gehele binnenoppervlak van de huis is voorzien van de genoemde bekleding met materiaal van lage permeabiliteit. Een dergelijke bekleding helpt bij het verminderen van het door de wanden van de buis heen diffunderen van 5 gassen uit de omgeving en daardoor neemt de met de inrichting bereikbare verhouding tussen het beoogde signaal en de achtergrond toe. De bekleding kan ook dienen voor het verminderen van het binnenkomen van waterdamp uit de wanden van buizen die zijn vervaardigd van een hydrofiele stof (waarvan nylon een voorbeeld 10 is).

Dog een voordeel van de bekleding is dat een aanvaardbare verhouding tussen het beoogde signaal en de achtergrond kan worden bereikt, zelfs met buizen die zijn vervaardigd uit een materiaal met een betrekkelijk hoge gas-permeabiliteit 15 die tot nu toe als ongeschikt zijn beschouwd voor gebruik als intravasculaire sondes. Met andere woorden, het buismateriaal kan worden gekozen op overwegingen van buigzaamheid, bio-compartibiliteit, duurzaamheid of andere eigenschappen: de met het gekozen materiaal verbonden gas-permeabiliteit 20 behoeft niet langer het belangrijkste kriterium te zijn.

Een voorkeursmateriaal voor de bekleding is polyvinylideenchloridepropolymeer (?7DC). Een alternatief is kristallijn polytrifluorochlooretheen (Eel-F).

Bij wijze van voorbeelden zullen nu een aantal 25 uitvoeringsvormen van de uitvinding worden beschreven waarbij wordt verwezen naar een tekening.'

Fig. 1 is een langsdoorsnede door een inrichting voor gebruik bij de analyse van geabsorbeerde gassen in vloeistoffen.

30 Fig. 2 is een langsdoorsnede door een andere inrichting voor gebruik bij de analyse van geabsorbeerde gassen in vloeistoffen.

Zowel in fig. 1 als in fig. 2 is de getekende inrichting in de vorm van een intravasculaire sonde en omvat 35 deze een buigzame katheter 1 met twee kanalen, welke katheter 8003300 •S' f 6 bijvoorbeeld is gemaakt van nylon 6 waarbij de buitendiameter typerend 1 ,U3 mm kan bedragen. Een eerste kanaal 2 wordt gebruikt als gasbemonsteringsbuis terwijl het andere kanaal 3 wordt gebruikt als bloed (vloeistof) bemonsteringsbuis.

5 Zoals weergegeven in de figuren is de buitenwand van het kanaal 2 iets dikker dan dat van het kanaal 3 en is de dwarsdoorsnede van het kanaal 2 iets geringer dan die van het kanaal 3. Voor de vervaardiging van de getekende sondes worden de volgende procedures gevolgd.

10 In beide gevallen wordt een stuk buis met 2 kanalen ter lengte van 50 cm genomen en wordt op ongeveer 10 cm van het ene uiteinde een opening b gesneden in de buitenwand van het kanaal 2. In de prototype uitvoering wordt de opening uitgesneden door middel van een scalpel en een kraal. De kraal bestaat 15 uit een kort eind roestvrij stalen buis met een opening in zijn kant zodanig dat wanneer het tweekanaals stuk buis in de kraal wordt gebracht de opening met de vereiste afmeting in het stuk buis kan worden gesneden door de rand van de kraalopening te volgen met de scalpel. De opening ^ meet typerend 3 mm in de 20 richting van de as van het kanaal bij 0,52 mm, de diameter van het kanaal.

Vervolgens wordt een buitenlaag 5 van medische kwaliteit slangmateriaal van silastic aangebracht over de lengte van de tweekanaals buis met gebruikmaking van Analar 25 kwaliteit xyleen om het silastic te laten zwellen en te smeren.

Het xyleen wordt weggewerkt met gebruikmaking van een hete lucht blazer hetgeen het silastic laat krimpen op de binnenbuis. Ook wordt er voor gezorgd dat xyleen dat in de kanalen zou kunnen zijn doorgedrongen, wordt weggespoeld. De wanddikte van de 30 omhulling 5 bedraagt typerend 25 ^im.

Het gehele binnenoppervlak van het gasverzamel-kanaal 2, daarbij inbegrepen het gebied van de omhulling 5 dat boven de opening b ligt, wordt vervolgens voorzien van verscheidene lagen PVDC om zo een laag 6 op te bouwen die typerend 6 ^un dik is. 35 De bekleding met PVDC wordt in twee vormen gebruikt, en wel als een 8003300 7 organische oplossing en als een waterige latex. J’Dè laatst genoemde is gereed voor gebruik verkrijgbaar onder het merk ΙΧΑΠ net de aanduiding WA50 en wordt verkocht door IAP0RTE Industries Limited.

De organische oplossing wordt verkregen door het merkprodukt IXAN 5 met de aanduiding WN 91 PVDC-hars in tetrahydrofuran (TKF) op te lossen tot een concentratie van 200 g per kg oplossing. De katheter-buis wordt vertikaal gemonteerd en 0,3 ml van de organische oplossing wordt ingebracht in de bovenkant van het gasverzamelkanaal 2. Vervolgens wordt lucht door het kanaal gevoerd om een teveel aan 10 oplossing weg te spoelen en het oplosmiddel THF te verdrijven.

De gelijkmatigheid van de laag en tot op zekere hoogte de dikte daarvan wordt bepaald door de luchtstroom die door het kanaal wordt gevoerd. Gebleken is dat een geringe stroomsnelheid in de -1 buurt van 1 ml s de beste resultaten oplevert. Terwijl nog 15 steeds lucht door het kanaal wordt gevoerd wordt een hete lucht blazer gebruikt om de buis tot ongeveer 80°C te verhitten. Deze procedure wordt vervolgens driemaal herhaald met gebruikmaking van ÏXAÏÏ WA 50 latex op waterbasis.

De buis wordt aan beide uiteinden afgesneden 20 waarbij 1 cm voor de opening H en 25 cm na de opening k wordt gelaten. Het distale eind wordt vervolgens afgedicht op één van twee verschillende manieren. In de eerste plaats wordt, zoals in fig. 1 is weergegeven, in de twee kanalen 2 en 3 een hoeveelheid silastic kleefmiddel 7A van medische kwaliteit opge-25 zogen en de zo gevormde prop wordt vervolgens gefatsoeneerd tot een halve bol om zo het inbrengen van de sonde in een bloedvat te vergemakkelijken. De andere manier die in fig. 2 is getekend houdt in dat het eind van de buis door verhitting wordt afgedicht . gevolgd door het aanbrengen door dompelen van een bekleding 7B 30 van medische kwaliteit silastomeer. De laatste werkwijze is gebleken de meest aanvaardbare te zijn in termen van gladheid van deafwerking en gemak bij de vervaardiging. De inrichting die voor het door verhitten afdichten wordt gebruikt, kan bestaan uit een klein blokje PTFE dat wordt verhit met een elektrische weerstand-35 draad tot ongeveer 90°C. In het blokje van PTFE is een putje 8003300 f' 4 8 gemaakt met een diamter van 1,5 mm en een diepte van ongeveer 3 mm door gebruik te maken van een boor die is geslepen voor het verkrijgen van een glad oppervlak en van een halve bol-vormige bodem van het putje. Het distale eind van de tweekanaalsbuis 5 wordt in de verhitte put geplaatst en door enige druk uit te oefenen wordt het eind afgedicht.

Tenslotte wordt een opening 8 gesneden in de buitenwand en de beschermingslaag van het kanaal 3 voor het nemen van bloedmonsters en de rand van deze opening wordt ingesmeerd 10 met silastic elastomeer 9 om iedere mogelijke gaslekkage onder de silastic omhulling 5 te voorkomen. De afgewerkte katheter wordt vervolgens in een warme geventileerde plaats gebracht gedurende ongeveer 24 uur teneinde de kleefmiddelen en de elastomeren te laten harden.

15 Bij gebruik wordt het proximale eind van de kathe ter (niet getekend) voorzien van een tweekanaals aanpasstuk waardoor het gasverzamelkanaal 2 kan worden aangesloten aan de inlaat van een massaspectrometer of van een ander analyse-instrument, en het bloedverzamelkanaal 3 kan worden aangesloten aan een 20 spuit.

Bij de constructie van de in de figuren getekende sondes bestaat het gas-permeabel membraan 10 uit dat deel van de silastic omhulling 5 dat boven de opening h ligt, tezamen met dat deel van de PVDC laag 6 die door de omhulling wordt gedragen.

25 De silastic omhulling 5 heeft een betrekkelijk hoge gas-permeabili-teit die typerend ligt in de buurt 200 x 10- °.cm2s‘"1 (cm Hg)-1 voor zuurstof, en dient in wezen voor het ondersteunen en beschermen van de dunne PVDC laag 6 omdat de omhulling geen effekt van betekenis heeft op de gasstroomsnelheid door het membraan heen.

30 Het is namelijk de PVDC-laag die typerend een gaspermeabiliteit heeft in de buurt van 0,005 x 10"*^cm2s”1 (cm Hg)- voor zuurstof, die de doorgang van gas door het membraan heen bepaalt wanneer het kanaal 2 door het analyse-instrument is leeggepompt.

De bijzondere voordelen die verbonden zijn met 35 de sondes van de hier beschreven soort, kunnen als volgt worden 800 3 3 00 « 9 .

opgesomd: 1. De effektieve gas-permeabiliteit van het membraan 10, zoals bepaald door de binnenlaag 6, is gering en de sonde vermijdt hierdoor de problemen van de gas-uitputting en 5 de stroomsnelheidafhankelijkheid.

2. De binnenlaag 6 van het membraan 10 is zelf aanzienlijk dunner dan de eenlagige membranen van bekende intra-vasculaire sondes en geeft aan de inrichting een zeer snelle responsietijd mee.

10 3. De mechanische steun die aan de membraanlaag 6 wordt verschaft door het overeenkomstige deel van de omhulling 5, is op zichzelf voldoende zonder dat toevlucht behoeft te worden genomen tot extra verstevigingsdraden, een gesinterd metalen substraat of een speciale vorm van de opening die alle voorkomen 15 in bekende uitvoeringen van sondes.

1*. Het aanbrengen van de laag 6 op het gehele binnenoppervlak van het gasverzamelkanaal vermindert het doorlaten van gas uit de omgeving en waterdamp door de wanden van het kanaal heen en geeft aan de inrichting een hoge waarde van de 20 verhouding tussen bedoeld signaal en achtergrond.

9. De bio-compa-tibele omhulling 5 en de bekleding 6 met geringe permeabiliteit staan toe dat de katheter 1 in wezen kan worden gekozen op overwegingen met betrekking tot zijn mechanische eigenschappen, bijvoorbeeld zijn buigzaamheid, in 25 het bijzonder zijn de hierboven beschreven sondes buigzaam genoeg om het continu meten van het gasgehalte in het bloed van zieke zuigelingen mogelijk te maken.

6. De tweekanaals constructie maakt het mogelijk tegelijk bloedgasbepalingen te doen en afzonderlijke monsters 30 van het bloed zelf te nemen met een en dezelfde sonde.

Het zal echter duidelijk zijn dat hoewel de uitvinding is beschreven in termen van een tweekanaalssonde, dit niet noodzakelijkerwijzehet geval behoeft te zijn. Sondes met slechts êén kanaal voor gebruik bij de analyse van gassen in 35 bloed, kunnen worden geconstrueerd in overeenstemming met de 8003300 10 -t / uitvinding om daarbij alle voordelen te genieten die hierboven -- zijn opgesomd, behalve die onder 6.

8003300

Claims

1. Inrichting voor gebruik bij de analyse van geabsorbeerde gassen in vloeistoffen, omvattende een buigzame buis die aan één eind is gesloten waarbij de buis een opening in 5 zijn wand heeft die dichtbij het gesloten eind ligt en het buitenoppervlak van tenminste dat deel van de buis waar zich de opening bevindt, is afgeschermd door een laag van een bio-compartibel voor gas permeabel materiaal, met het kenmerk, dat het binnenoppervlak van dat gebied van de beschermende laag 10 (5) dat ligt boven de opening (U) is bekleed met een laag (6) van een voor gas permeabel materiaal, waarvan de permeabiliteit aanzienlijk geringer is dan de permeabiliteit van het materiaal (5) van de omhulling.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk» 15 dat de buigzame buis een tweekanaals katheter (1) is waarvan het ene kanaal (2) is voorzien van het voor gas permeabele membraan (10), en het andere kanaal (3) is voorzien van een opening (8) waardoorheen monsters van een vloeistof kunnen worden verkregen. 20 3· 'Merkwijze voor de vervaardiging van een inrichting volgens conclusie 1 of 2, gekenmerkt door de stappen van het nemen van een buigzame buis (1) van kunststof met een opening (U) in zijn wand; het omhullen van het buitenoppervlak van tenminste dat deel van de buis (1) waar zich de opening (b) 25 bevindt, met een laag (5) van een bio-compa-tibel en voor gas permeabel materiaal, en het bekleden van hen binnenoppervlak van dat deel van de omhullingslaag (5) dat ligt boven de opening (b) met een laag (6) van voor gas permeabel materiaal waarvan de permeabiliteit aanzienlijk geringer is dan die van de omhullings-30 laag (5). b. '.’erkwijze volgens conclusie 3,met het kenmerk, dat het gehele binnenoppervlak van de buis (1) is voorzien van de bekleding met het materiaal (6) van geringe permeabiliteit. 5. 'Jerkwi j ze volgens conclusie 3 of H, 35 met het kenmerk, dat het bekledingsmateriaal polyvinylideen- 8003300 y * chloridepropolymeer (PVDC) is.

6. Werkwijze volgens conclusie 3 of met het kenmerk, dat het hekledingsmateriaal kristallijn poly-trifluorochlooretheen (Kel-F) is. 8003300