DE2726771B2 - Vorrichtung zur elektrochemlschenzymatischen Analyse strömender Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemisch-enzymatischen Analyse strömender Flüssigkeiten, bei der das Auftreten bestimmter Ionen oder Gase in der Flüssigkeit durch Umsatz des Meßgutes mit einem Enzym als Indikator eines organischen Bestandteiles der Flüssigkeit dient, bestehend aus einem Analysatorblock mit einem Meßgutkanal, der in seinem Verlauf mehrere Meßkammern bildet, die zur Messung und zum Vergleich der Konzentrationen des betreffenden Indikators am Anfang und am Ende einer vorgegebenen Meßstrecke dienen.

Die Analyse organischer Moleküle unter Ausnutzung enzymatischer Reaktionen vorzunehmen, ist grundsätzlich bekannt. Ein Beispiel hierfür ist die Messung der Glukose-Konzentration unter Anwendung des Enzyms Glukose-Oxydase, das sein Substrat (Glukose) unter Sauerstoffverbrauch in Gluconsäure umsetzt. Der Sauerstoffverbrauch ist damit ein Maß für die Menge der umgesetzten Glucose. Analoge Methoden sind z. B. zur Bestimmung von Harnsäure, Aminosäuren, usw. bekannt.

Ferner ist es bekannt, den Sauerstoffgehalt bei lebenden Zellen polarographisch zu bestimmen. Hierbei wird der Sauerstoffgehalt einer Nährlösung einmal bevor diese mit den Zellen zusammengebracht wird und dann nachdem diese die Meßzelle verläßt, d. h. nachdem die Reaktion eine gewisse Zeit gelaufen ist, gemessen. Dabei ist der Sauerstoffverbrauch bzw. die Sauerstofferzeugung von der Meßstrecke der Meßzelle abhängig.

Dieses Meßprinzip läßt sich auch auf die enzymatische Bestimmung von strömenden Flüssigkeiten übertragen, z. B. um die Glucose-Konzentration kontinuierlich über den verursachten Sauerstoffverbrauch zu messen. Gemäß einer für diese Messung geeigneten Vorrichtung werden zwei für den Indikator empfindliche Sensoren verwendet, zwischen denen sich die Meßzelle befindet. Dabei dient der vor der Meßzelle gelegene Sensor als Kontrollelektrode für die Messung der Sauerstoffkonzentration des der Meßzelle zugeführten Mediums, während der zweite Sensor als Meßelektrode die gesamte im Medium vorliegende Sauerstoffkonzentration nach erfolgter Reaktion in der Meßkammer feststellt

Es ist auch bekannt, eine solche Analysevorrichtung in einem Analysatorblock mit einem Meßgutkanal unterzubringen, der in seinem Verlauf mehrere Meßkammern bildet, die mit Sensoren und/oder Dosiervorrichtungen verbunden sind.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die bekannte Meßanordnung zu miniaturisieren, um sie beispielsweise zur Einführung in Körperhöhlen u. dgl.

ίο geeignet zu machen.

Dies wird dadurch erreicht, daß die Meßstrecke zwischen den beiden Meßkammern (33) aus in die beiden Stirnflächen einer in den Analysatorblock eingesetzten Platte (24) eingearbeiteten spiralförmigen

is Kanälen (28,29) besteht, deren äußere Enden über eine Bohrung (27) miteinander in Verbindung stehen, während die Meßkammern (33) über zentrale Kanäle (32) mit den spiralförmig verlaufenden Kanälen (28,29) verbunden sind.

Infolge der erfindungsgemäßen Ausbildung der Meßstrecke als spiralförmiger Kanal ist es möglich, eine relativ lange Meßstrecke auf kleinstem Raum innerhalb eines integrierten Analysengerätes unterzubringen. Es ist möglich, die gleiche Analysevorrichtung nach Bedarf für verschiedene Analysen einzusetzen. Insbesondere ist eine quasi-kontinuierüche Analyse von Blut und anderen biologischen Flüssigkeiten möglich, wobei durch einfache Umschaltung bestimmter Betriebsparameter eine sequentielle Abfrage verschiedener Analy-

jo senwerte durchgeführt werden kann. Das Enzym wird dem Meßgut in flüssiger bzw. gelöster Form zugesetzt. Durch die damit eingeleitete Umsetzung des Substrats mit dem Enzym ändert sich der Anteil des zur Anzeige benutzten Reaktionsproduktes in dem Gemisch von

!5 Meß- und Enzymlösung zeitlich. Da es sich um ein Durchflußsystem handelt, führt diese zeitliche Abnahme zu einem vom Mischpunkt an über die gesamte Flußstrecke verteilten Konzentrationsgradienten. Die Zeit, die das Gemisch zum Zurücklegen einer definicrten Strecke benötigt, ist durch die räumlichen Verhältnisse und die Durchflußrate bestimmt und stellt die für die Messung ausgenutzte Reaktionszeit dar. Am Anfang und am Ende dieser Meßstrecke befinden sich für den betreffenden Indikator empfindliche Sensoren, deren Anzeigedifferenz gemessen wird.

Die Auswertung der von den beiden Sensoren gelieferten Meßsignale gestattet es, den Einfluß von unterschiedlichen Ausgangswerten der Indikatorkonzentration im Meßgut und/oder der Enzymlösung auf das Analysenergebnis auszuschließen, da aufgrund der zwei gewonnenen Meßwerte die zwei veränderlichen, nämlich die anfängliche Indikatorkonzentration und die anfängliche Konzentration des Substrats in der Flüssigkeit, eindeutig bestimmbar sind. Dies läßt sich

v> mittels einer entsprechenden elektronischen Auswerteschaltung in bekannter Weise durchführen. Hierdurch erübrigt sich, daß die Meßlösung und die Enzymlösung vorher auf einen genau definierten Indikatorgehalt eingestellt werden müssen.

Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Diese zeigt die erfindungsgemäße Analysenvorrichtung im Längsschnitt.

In einem rohrförmigen! Gehäuse 30 von vorzugsweise se rundem Querschnilt befindet sich eine Anzahl von Isolierkörpern 31, die je einen axialen Mcßgutkanal 32 aufweisen. Dieser Meßgutkanal bildet innerhalb jedes Isolierkörpers eine Meßkammer 33. die über eine

seitliche Bohrung 34 des Isolierkörpers zugänglich ist In diese Bohrungen ragen Sensoren 35, 35a, Dosiervorrichtungen 36 oder sonstige Vorrichtungen, die in Wechselwirkung mit dem Meßgut in der betreffenden Meßkammer 33 treten sollen. Das Ganze wird durch an den Enden des Gehäuses 30 angeordnete Anschlußstükke 37, 38 vervollständigt und von einem eingeschraubten Stopfen 39 zusammengehalten. Die Sensoren, Dosiervorrichtungen 35, 36 usw. sind in die Wand des Gehäuses 30 eingeschraubt.

Im vorliegenden Falle dient die Dosiervorrichtung 36 zur Zuführung der Enzymlösung und zwei Sensoren 35 und 35a sind als sauerstoffempfindliche Elektroden ausgebildet Zwischen den beiden Sensoren ist eine Reaktionsstrecke 23 eingeschaltet, die aus spiralförmigen Kanälen besteht. In die beiden Stirnfläche einer Kanalplatte 24 sind spiralförmige Kanäle 28, 29 eingearbeitet, deren äußere Enden über eine Bohrung 27 miteinander in Verbindung stehen. Die Kanalplatte 24 ist von seitlichen Deckplatten 25 und 26 eingeschlossen. Das Gemisch von Meßflüssigkeit und Enzymlösung tritt aus dem zentralen Meßgutkanal 32 des Isolierkörpers auf der Zuflußseite in einen ersten spiralförmigen Kanal 28, durchläuft diesen von innen nach außen und wird durch die Bohrung 27 in einen zweiten spiralförmigen Kanal 29 geleitet, den es von außen nach innen durchfließt. Schließlich gelangt es in den zentralen Meßgutkanal 32 des Isolierkörpers auf der Abflu. iseite.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die spiralförmigen Kanäle 28 und 29 in die Deckplatten 25 und 26 statt in die Kanalplatten 24 einzuarbeiten.

Zur Eichung der Analysevorrichtung werden deni Anaiysatorblock eine oder mehrere Flüssigkeiten mit bekanntem Glucosegehalt zugeführt Die Konzentration der interessierenden Moleküle kann mittels bekannter mathematischer Formeln aus den Elektrodenmeßwerten errechnet werden.

ίο Die beschriebene Vorrichtung kann z. B. auch zur kontinuierlichen Analyse von BJut hinsichtlich seines Gehaltes an Glucose dienea Da das im Blut enthaltene Hämoglobin durch seine Affinität zu Sauerstoff dem der Messung zugänglichen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in unvorhersehbarer Weise beeinflussen würde, ist hierbei die Vorschaltung eines Dialysators vor die eigentliche Analysevorrichtung vorzusehen. Ein solcher Dialysator kann auf den Anaiysatorblock aufgesteckt werden und als steriler Einmalartikel ausgebildet sein, der zur Untersuchung jedes Patienten ausgewechselt werden kann.

Die Umschaltung von einer Enzymlösung auf eine andere und damit die Messung eines weiteren Bestandteiles kann ohne jede Schwierigkeit durchgeführt werden. So kann mit geringem Aufwand und sehr rasch eine Vielzahl von Parametern in Blut oder einer sonstigen Flüssigkeit quantitativ bestimmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zur elektrochemisch-enzymatischen Analyse strömender Flüssigkeiten, bei der das Auftreten bestimmter Ionen oder Gase in der Flüssigkeit durch Umsatz des Meßgutes mit einem Enzym als Indikator eines organischen Bestandteiles der Flüssigkeit dient, bestehend aus einem Analysatorblock mit einem Meßgutkanal, der in seinem Verlauf mehrere Meßkammern bildet, die zur Messung und zum Vergleich der Konzentrationen des betreffenden Indikators am Anfang und am Ende einer vorgegebenen Meßstrecke dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke zwischen den beiden Meßkammern (33) aus in die beiden Stirnflächen einer in den Analysatorblock eingesetzten Platte (24) eingearbeiteten spiralförmiger;. Kanälen (28, 29) besteht, deren äußere Enden über eine Bohrung (27) miteinander in Verbindung stehen, während die Meßkammern (33) über zentrale Kanäle (32) mit den spiralförmig verlaufenden Kanälen (28,29) verbunden sind.