DE69216485T2

DE69216485T2 - Elektrochemischer Sensoraufbau

Info

Publication number: DE69216485T2
Application number: DE69216485T
Authority: DE
Inventors: Ronald Eugene Betts; Jeffrey Arthur Graves; Douglas Raymond Hillier; Richard John Koerner; Matthew James Leader; Douglas Robert Savage; Marshall Lee Sherman; Van Kee Sin
Original assignee: PPG Industries Inc
Current assignee: PPG Industries Inc
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1992-06-25
Publication date: 1997-07-17
Anticipated expiration: 2012-06-26
Also published as: EP0520443A2; ES2099182T3; EP0520443A3; CA2072311A1; MX9203532A; EP0520443B1; US5338435A; JPH06201638A; DE69216485D1; WO1993000582A1; JP2607001B2; BR9206198A

Description

Diese Erfindung befasst sich mit einer Sensorvorrichtung mit hydratisierten Membranen auf einem nichtleitenden Substrat und mit Mitteln zur Ausbildung eines Stromkreises. Insbesondere befasst sich diese Erfindung in diesem Aspekt mit der Sensorvorrichtung mit hydratisierten Membranen auf einem keramischen Substrat mit integriertem Schaltkreis, der im Siebdruckverfahren, mit der Dickfilmschaltungstechnik und/oder im Dünnfilmverfahren hergestellt wird.
Weiter bezieht sich diese Erfindung auf ein verbessertes elektronisches Verdrahtungssubstrat, wie eine Verdrahtungsplatine, für den Einsatz in der vorstehend definierten Sensorvorrichtung.
Es gibt zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen für die Messung chemischer Bestandteile von Fluiden. Falls es sich beispielsweise beim Fluid um eine Flüssigkeit oder eine Flüssigkeit mit einem aufgelösten Gas mit oder ohne Anwesenheit von Festkörpern handelt, kann es mit dem gegenwärtigen Verfahren erforderlich werden, dass die Probe zu einem Standort für die Prüfung gebracht werden muss. Mit dem zentralisierten Verfahren nimmt die grossbauende, stationäre und hochentwickelte Einrichtung die Analyse an einer praktisch endlosen Probenzahl vor. Ein Beispiel hierzu ist die qualitative und/oder quantitative Messung von Konstituenten oder Analyten im Blut. Zum Beispiel ergibt die Messung von Blutgasen, normalerweise eine Messung der Partialdrücke von Sauerstoff und Kohlendioxid zusammen mit dem pH-Wert einer Arterienblutprobe den Zustand des Säuren- Basen-Gleichgewichts oder den Wirksamkeitsgrad des Atmungs- und des Herz-Kreislaufsystems von Menschen und Wirbeltieren. Für die Messung der Konstituenten von Blut wird dem Patienten eine Blutprobe entnommen und diese normalerweise, wie im Falle der Blutgase, zu einem zentralen Standort für die Prüfung gebracht.
Dieses Verfahren für den Transport der Probe zu einer stationären Messeinrichtung kann mit Problemen verbunden sein. Ausgeklügelte Verfahren haben Lösungen für die Erhaltung der ursprünglichen Fluidbestandteile während des Transportes gefunden. Sorgfältig ausgearbeitete Konstruktionen der Spritzen für die Entnahme von Blutproben lösten einige der Probleme ungenauer Werte des zu messenden spezifischen Konstituenten. So wurde zum Beispiel das Problem der Verseuchung gesammelter Proben durch Luft bei der Bestimmung der Blutgaszusammensetzung durch den Einsatz von flüssigem Heparin als Antikoagulans gelöst. Das führte leider zu einem Verdünnungsproblem der Proben. Die darauffolgende Entwicklung führte zum Einsatz von Heparin in trockenem Zustand im Gegensatz zum flüssigen Zustand, zwecks Vermeidung dieser Verdünnung. Weiter stehen sorgfältig ausgearbeitete Konstruktionen für die richtige Mischung der Probe nach dem Transport aber vor der Prüfung zur Verfügung. Selbst mit diesen Verbesserungen gibt es in der Literatur zahlreiche Berichte mit Hinweisen, dass die in den Blutgasmessungen erhaltenen Werte von Art der Messeinrichtung und Probeentnahmeverfahren abhängig sind.
Die Technik hat weiter versucht, Einrichtungen mit besserer Transportfähigkeit als die ziemlich teuren, nicht transportfähigen Einrichtungen mit einhergehenden komplizierten und beschwerlichen Transportverfahren zu entwickeln. Sehr leicht tragbare Geräte könnten den Transport der Probe verkürzen oder sogar ganz aufheben; somit könnten Messungen der Blutgase des Patienten ähnlich wie Temperaturmessungen an seinem Bett vorgenommen werden. Die U.S. Patente 3,000,805 und 3,497,442 zeigen zwei solche Geräte. Ersteres hat Elektroden, die am Spritzenkolben angebracht sind und zweiteres hat Elektroden, die für die Vornahme der Messungen am Spritzenschacht angebracht sind. Die Elektroden sind die Sensorgeräte für die Blutgase. In U.S. Patent 5,046,496 (Betts u.a.), macht der Rechtsnachfolger des Anmelders eine Beschreibung und einen Patentanspruch für einen tragbaren Blutgassensor mit Elektroden in Herstellung nach dem herkömmlichen Siebdruckverfahren geltend, wobei die Elektroden auf eine keramische Oberfläche gesiebt werden. Diese Elektroden werden typischerweise zusammen mit einem Elektrolyt und einer analytdurchlässigen Membran, die den Sensor abdeckt, eingesetzt. Einige dieser Membrane können hydratisierbare Membrane sein, die in trockenem Zustand gelagert werden können und erst unmittelbar vor dem Einsatz hydratisiert werden.
Der Einsatz tragbarer Einrichtungen für den Erhalt genauer Analysenprotokolle bei Einsatz von Einweggeräten könnte durch Verbesserungen der Konstruktion der Platine mit den elektronischen Schaltkreisen weiterentwickelt werden. Durch genaue Fühlung der Umgebungstemperatur der Verdrahtungsplatine kann die Heizvorrichtung so gesteuert werden, dass die gewünschte Oberflächentemperatur auf der Verdrahtungsplatine in der Region eines oder mehrerer Sensoren innerhalb eines engen Grenzbereichs gehalten wird. Weiter ist die genaue Temperaturfühlung wichtig für die Messung der Zweiphasenkalibrierungsflüssigkeiten, damit die Kalibrierungswerte für die letzte Speichertemperatur berichtigt werden können.
Die Anordnung aller Bestandteile, einschliesslich der Heizvorrichtung, auf der Verdrahtungsplatine kann zu einer optimalen Einsatzfähigkeit dieser Bestandteile bei minimalem Stromverbrauch führen.
Wie die Geräte für den Nachweis und die Messung von Analyten in Fluiden muss auch dieses Gerät in der einen oder anderen Weise so kalibriert werden, dass genaue Werte für die Analytmengen im Fluid erhalten werden.
In den grossen, stationären Einrichtungen erfolgt die Kalibrierung durch Einsatz von Referenzfluiden, die vorher und manchmal während des Analyseverfahrens des Analyten analysiert werden können. Diese Referenzfluide können auch mit tragbaren Analytmessungseinrichtungen eingesetzt werden; tragbare Einrichtungen sollten aber möglichst benutzerfreundlich gestaltet werden, damit ihre Tragbarkeit im Einsatz tatsächlich erhöht wird.
In EP-A-399 227 wird ein Sensorsatz für die Messung von Analyten in Fluiden offenbart, wobei der Sensorsatz aus einem Gehäuse in Form einer Durchflusszelle mit einem oder mehreren Mikrosensoren mit hydratisierbaren Membranen, die in trockenem Zustand gehalten werden und vor dem Einsatz konditioniert werden müssen, besteht.
Gegenstand dieser Erfindung ist die Schaffung einer Sensorsatzvorrichtung mit Einsatz von wenigstens einer hydratisierbaren Membran, die in tragbaren Messeinrichtungen einsetzbar ist oder in Katheterleitungen oder auch in stationären Einrichtungen, in denen die Vorrichtung den vorkonditionierten Zustand der Membran ermöglicht.
Diese Zielsetzung ist von der Vorrichtung von Patentanspruch 1 erreicht worden. Die bevorzugten Ausführungen werden in den Unteransprüchen beschrieben.
Daraus ergeben sich die folgenden Vorteile: einsatzbereite Sensoren, Schaffung eines stabilen elektronischen Betriebs mit stabilem Potential für potentiometerartige Sensoren und Wahrung des elektrolytischen Kontaktes zwischen Elektroden in amperometrischen Sensoren, unter Anwesenheit des Elektrolyts für Referenzelektroden und/oder reduzierte Spannungsdrifte, wie jene, die während der Hydratisierungsphase für trockene Sensoren mit hydratisierbaren Membranen auftreten.
Ein zusätzlicher Vorteil der Vorrichtung dieser Erfindung ist ihre Einsetzbarkeit in einer Fluidentnahme- und Sensorsatzvorrichtung mit einem Kalibrierungsgerät; daraus ergeben sich einsatzbereite Sensoren und die Ergebnisse werden auf raschere, genauere und billigere Weise erhalten.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht in der Schaffung eines sensoren mit Einsatzfähigkeit, zum Beispiel, in einer stationären Analyseeinrichtung sowie insbesondere in einem tragbaren Analysegerät, mit dem Ziel, diese Geräte benutzerfreundlicher und tatsächlich tragbarer zu gestalten.
Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung dieser Erfindung ist ihre Einsatzfähigkeit in tragbaren Fluidanalytmessgeräten für mehrfache Folgeproben, wobei das Gerät eine einsatzbereite Mehrzweck-Einwegpatrone hat, um den Einsatz des Geräts am Ort der Probenahme oder in dessen Nähe zu erleichtern.
Die vorangehenden sowie andere, aus den nachfolgenden Offenbarungen hervorgehende Zielsetzungen werden vom Sensorsatz dieser Erfindung erfüllt.
Der vorkonditionierte elektrochemische Sensorsatz dieser Erfindung hat ein Sensorelement, das ein nichtleitendes Substrat ist, mit wenigstens einem hydrophilen, membranenthaltenden Analytsensor und elektrischen Stromkreisen, einem Gehäuse für die Umfassung des Sensorelements, wobei das Gehäuse Raum für wenigstens einen Kanal über wenigstens einen Sensor zulässt; ein hydratisierendes Fluid, das den Teil oder die Teile des Kanals oder der Kanäle über dem Sensor oder den Sensoren belegt, und Dichtungen, die im wesentlichen wenigstens für Feuchtigkeit im oder auf dem Kanal undurchlässig sind, damit das hydratisierende Fluid in Kontakt mit der hydrophilen Membran bleibt. Der Sensor und die Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Stromkreises stehen so mit dem Sensor in elektrischem Kontakt, dass zumindest die elektrischen Impulse vom Sensor auf ein Instrument für die Ablesung der elektrischen Signale übertragen werden. Das Gehäuse umfasst das Sensorelement; die elektrischen Schaltkreise des Sensorelements werden vom hydratisierenden Fluid im Kanal oder den Kanälen elektrisch isoliert, um Fluchtstrom oder Kurzschlüsse in den elektrischen Schaltkreisen zu vermeiden. Die Konstruktion des Kanals ermöglicht den Fluidfluss zu, über und von einem oder mehreren Sensoren sowie den Einlass und Auslass vom Gehäuse.
In einer enger umfassten Beschreibung dieser Erfindung besteht der vorkonditionierte, elektrochemische Einwegsensorsatz für die Messung von Analyten in Fluiden aus: a) einem Gehäuse, b) einem Sensorelement mit einem nichtleitenden Substrat mit mehr als einem, eine hydrophile Membran enthaltenden Analytsensoren und mit elektrischen Schaltkreisen in einem solchen elektrischen Kontakt mit den Sensoren, dass zumindest die elektrischen Impulse vom Sensor übertragen werden, c) einem hydratisierenden Fluid im Fluidkontakt mit der hydrophilen Polymermembran des Sensors, d) Dichtungen, die im wesentlichen wenigstens für Feuchtigkeit undurchlässig sind, damit das hydratisierende Fluid in Kontakt mit der hydrophilen Polymermembran des Sensors bleibt, e) einem elektrischen Dichtungsmittel, um die elektrische Trennung zwischen der hydratisierenden Flüssigkeit und der elektrischen Leitung des Sensorelementes aufrechtzuerhalten.
In bezug auf diesen Aspekt der Erfindung hat das Gehäuse eine erste und eine zweite, gegenüberliegende Sektion, wobei jede Sektion eine äussere und eine innere Oberfläche aufweist. Bei Verbindung der beiden Sektionen entsteht ein Innenraum mit wenigstens einem Kanal. Ersterer ermöglicht die Unterbringung eines Sensorelements im Gehäuse, während zweiterer den Fluidkontakt zwischen dem hydratisierenden Fluid und der hydrophilen Polymermembran oder Membranen der Sensoren ermöglicht. Der Kanal hat zwei gegenüberliegende Öffnungen, um den Fluidfluss durch den Kanal von der Einlassöffnung vor den Sensoren zu einer Auslassöffnung nach den Sensoren zu ermöglichen. Die Einlassöffnung eignet sich für den Anschluss an ein Probenahmemittel und die Auslassöffnung eignet sich für den Anschluss an ein Probensammelmittel, wie eine Spritze oder einen allgemeinen Behälter. Der Innenraum des Gehäuses steht so in Verbindung mit dem Kanal, der das Sensorelement zu enthalten hat, dass der Sensor oder die Sensoren auf dem Substrat so angeordnet sind, dass sie im Kanalweg für Fluidkontakt mit dem hydratisierenden Fluid liegen. Die erste und die zweite Sektion können klebend verbunden werden, um ihren Anschluss aneinander zu verbessern. Das Gehäuse ermöglicht weiter die Verbindung vom Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises zum ablesenden Instrument. Ein solches Instrument könnte so gestaltet sein, dass es die Signale vom Sensor über das Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises aufnimmt und als in sich abgeschlossenes, hand-gehaltenes, vorzugsweise batteriegespeistes Kontrollinstrument oder Analysator, nachstehend "Analysator" die Signale verarbeitet und die Information der Bedienungsperson digital oder auf Papier anzeigt.
Die anderen Komponenten der Erfindung sind in oder am Gehäuse so angebracht, dass der Sensor als Detektor des Bestandteils von Interesse im Fluid eingesetzt werden kann und die hydrophilen Polymermembrane des elektrochemischen Sensors in einem hydratisierten Zustand vor ihrem Einsatz gehalten werden können und das hydratisierende Fluid und die Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises isoliert werden. Das Sensorelement ist im Innenraum des Gehäuses so gestaltet, angeordnet und plaziert, dass es zur Erhaltung der elektrischen Isolation zwischen dem Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises und dem hydratisierenden Fluid beiträgt. Die hydratisierende Flüssigkeit ist hauptsächlich ein wässeriges Fluid mit einer wirkungsvollen Zusammensetzung für die wenigstens teilweise, besser aber wesentliche Hydratisierung der hydrophilen Polymermembrane. Das Dichtungsmittel deckt die Einlassöffnung des Kanals und die Auslassöffnung des Kanals und kann aus zwei getrennten Dichtungen im Haftverbund mit dem Gehäuse für die Abdeckung dieser Öffnungen bestehen. Die Dichtung kann eine oder mehrere Oberflächen aufweisen, wobei wenigstens eine Oberfläche ein im wesentlichen rostfreies Metall, wie Aluminium ist, das mit einem klebstoffartigen Polymer eingesetzt werden kann. Das klebstoffartige Polymer kann entweder als ein Auftrag auf die abzudichtende Oberfläche oder als weitere Oberfläche der Dichtung eingesetzt werden. Die Dichtung ist mit chemischem und/oder mechanischen Mittel fest mit dem Gehäuse verbunden. Das elektrische Isolationsmittel besetzt einen wirksamen Teil des Innenraums des Gehäuses, der nicht vom Sensorelement oder vom Kanal besetzt wird und stört den Kontakt zwischen dem Sensorelement und dem Kanal nicht, zwecks elektrischer Isolation des Mittels zur Ausbildung eines Stromkreises vom hyydratisierenden Fluid im Kanal.
Das Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises für den Einsatz mit dem Sensorelement mit den vorstehend besprochenen Sensoren und mit dem Gehäuse oder anderen Sensoren und Gehäusen, die den Sachverständigen bekannt sind, kann in einer verbesserten Verdrahtungsplatine einschliesslich des nichtleitenden Substrats bestehen. Zusätzlich zu dem wenigstens einen Analytsensoren und dem Substrat ist die elektronische Verdrahtungsplatine vorzugsweise folgendermassen ausgerüstet: 1) ein Thermistor, in engem Bezug zu dem wenigstens einen Analytsensor, auf dem oder am Substrat gehalten, eine 2) Heizvorrichtung, ebenfalls auf dem Substrat gehalten. Die Heizvorrichtung liefert Wärme als Antwort auf die vom Thermistor gefühlte Temperatur, bis mindestens zum Bereich, den der Thermistor und der Analytsensor auf der Platine besetzen. Diese Anordnung steuert die Temperatur des Bereichs auf der Platine innerhalb eines engen Temperaturbereichs und erhöht dadurch die Genauigkeit des Sensors, sowie Verbindungsmittel, mit Befestigung auf der Platine für den Anschluss der Platine an eine externe Spannungsquelle.
In einer enger umfassten Beschreibung wird die verbesserte elektronische Verdrahtungsplatte durch Einsatz der Dickfilm- oder Dünnfilmschaltungstechnik oder eine Kombination davon hergestellt; der Thermistor und der eine oder mehrere Analytsensoren werden auf der gleichen Fläche auf dem Substrat gehalten, wobei die Analytsensoren Blutgassensoren von einem oder mehreren der folgenden Typen sind: ein Sauerstoffsensor, ein Kohlendioxidsensor und ein pH-Sensor. Die Anschlussmittel umfassen eine Vielzahl externer Leitungen, und ein Widerstand wird auf dem Substrat auf der gleichen Seite wie die Heizvorrichtung gehalten und gewöhnlich an eine der externen Leitungen mit dem Thermistor angeschlossen und die Spannung dazwischen geteilt. Obwohl es möglich ist, den Widerstand und die Heizvorrichtung jede von ihnen elektrisch an externe Leitungen anzuschliessen, kann der Temperturkoeffizient des Thermistors positiv oder negativ sein und der Temperaturkoeffizient des Widerstands ist im wesentlichen gleich null. Weiter können die Thermistor- und Widerstandswerte über mehrere Grössenordnungen schwanken, so lange die beiden bei Kalibrierungstemperatur gleich gesetzt werden können. Zusätzlich umfasst das Anschlussmittel weiter eine Vielzahl elektronischer Leitungswege, die jeden der Sensoren und den Thermistor mit externen Leitungen, die dafür auf dem Substrat am Ende des Leitungswegs vorgesehen sind, einzeln und elektrisch anzuschliessen. Ausserdem kann die Heizvorrichtung durch eine geregelte Gleichstromspannung versorgt werden, wobei die Heizvorrichtung durch eine Kombination von Proportional-, Integral- und/oder Differentialregler gesteuert wird und dadurch das Ausmass der Über- oder Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur durch die Heizvorrichtung reduziert wird. Die externen Leitungen werden auf der gleichen Seite des Substrats wie der Widerstand und die Heizvorrichtung angebracht. Die elektronischen Leitungswege eines verbesserten elektronischen Verdrahtungssubstrats können jeden der Sensoren und den Thermistor auf der einen Seite der Platine mit den externen Leitungen auf der anderen Seite der Platine über eine Vielzahl von Löchern in der Platine einzeln und elektrisch anschliessen. Zusätzlich können der Temperatursensor einschliesslich des Thermistors und des Widerstands durch Lasertrimmen des Widerstands kalibriert werden, um einen anteiligen Output proportional oder umgekehrt proportional zur Temperatur zu erzeugen.
Weiter kann die verbesserte elektronische Verdrahtungsplatine in welcher der Sauerstoffsensor eine elektrochemische Zelle ist, eine Anode und eine Kathode, jede mit Anschluss an eine externe Leitung aufweisen. Der Sauerstoffsensor kann auch eine sauerstoffdurchlässige Membran aufweisen, die in einer flüssigkeitsdichten Art und Weise eine Öffnung in dieser Platine bedeckt und einen Elektrolyten enthält, wobei die Anode auf der Platine an Masse liegt, um dadurch sicherzustellen, dass das Potential dieses Elektrolyten dasselbe ist, wie das Anodenpotential.
Zusätzlich kann die verbesserte Platine wenigstens eine Referenzelekrode enthalten, um ein genaues Referenzpotential bereitzustellen, wobei diese auf dieser Platine gehalten werden und elektrisch mit einem elektronischen Leitungsweg verbunden sein kann. Es ist jedoch möglich, eine Referenzelektrode auf dem Substrat zu haben und sie auf dem Substrat zu befestigen und elektrisch an den elektronischen Leitungsweg, der sich von der Anode aus erstreckt, anzuschliessen. Das nichtleitende Substrat ist eine flache, im wesentlichen dünne keramische Substratschicht, die eine metallische Schicht mit einem Leitungsmuster auf der keramischen Substratschicht hat. Die metallische Schicht kann auf dem Substrat durch Abscheidung einer metallischen Druckpaste auf diesem Substrat ausgebildet werden, um elektronische Leitungswege und die Elektroden dieser Sensoren und die Elektrode einer Referenzelektrode auszubilden. Die metallische Schicht kann mit wenigstens einer Schicht aus einem chemisch stabilen und feuchtigkeitsbeständigen Einbettharz verkapselt werden, wodurch die elektronischen Leitungswege vom Elektrolyt und der Probe, wie Blut elektrisch isoliert werden. Das Verdrahtungssubstrat, so wie es beschrieben wurde, ist selbst nach einer Lagerung von mehreren Monaten betriebsfähig. Der Thermistor auf der keramischen Substratschicht kann mit wenigstens einer im wesentlichen dünnen Schicht eines chemisch stabilen und feuchtigkeitsbeständigen Einbettharz verkapselt werden.
Der vorstehend beschriebene elektrochemische Sensorsatz kann mit einer Anzahl verschiedener Arten von Probenahmemitteln, einschliesslich Einweg- oder mehrfach benützbarer Probe- oder Prüfungsmittel eingesetzt werden. Diese Probenahmemittel können auch mit anderen Arten von elektrochemischen Sensoren oder Sensormitteln eingesetzt werden, wobei diese mindestens diesen einen Sensor in einem Gehäuse haben, wobei der Fluidkontakt mit Kalibrierlösung und Fluid in einem Gehäuse (Probe) mit einem Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises getestet werden können, wobei letzteres so rudimentär wie ein elektrischer Anschluss an ein Analysierungsmittel mit einem Mikroprozessor oder Microcomputer sein kann.
Ein Einweg-Probenahmemittel, das mit dem elektrochemischen Sensorsatz eingesetzt werden kann, ist der Probennehmer, der für die Vereinigung mit wenigstens einem Analytsensor zum Sensormittel konstruiert wurde, wobei er auch insbesondere für den Einsatz mit und/oder Anschluss an den Analysator, der betteriegespeist sein kann, eingerichtet ist. Eine solche Fluidnahme-, Fühlungs- und Kalibriervorrichtung hat den Kalibrierer, die Sensormittel und den Probenehmer mit einem passenen Durchstechungsmittel für jede Dichtung der Sensormittel, wobei diese Komponenten mit einer Fluidverbindung angeordnet sind, wobei der Probenehmer für den Fluss der Kalibrierfluids vom Kalibrierer für den Kontakt mit dem Sensormittel, das mit dem Probenehmer assoziiert ist, sorgt.
Der Kalibrierer hat wenigstens einen Teil oder eine Sektion als Basis und Behältnis für die Aufnahme (Aussparung) von wenigstens einem Behälter mit Kalibrierfluid (der Behälter wird vorzugsweise senkrecht festgehalten).
Der Fluidsammler ist für die Fluidverbindung mit dem Behälter im Kalibrierer (Nadel) eingerichtet, wobei der Sammler aus einem Teil besteht, das an einem Ende als Kammer dient und am anderen Ende in diesem Kammerteil ein gleitbarer Betätiger hat, welcher das Volumen der Kammer variieren lässt. Am Ende der Kammer gegenüber vom Betätiger ist der Sammler mit einem Anschlussmittel für die Fluidabnahme mit einem Mittel für den Abzug von Kalibrier- und/oder Probefluid versehen.
Dieses wenigstens eine Sensormittel ist mit dem Sammler für die Fluidverbindung (Nadel) mit dem Behälter assoziiert, wobei letzterer mit dem Sammelmittel in Fluidverbindung steht, damit bei Beförderung des Kalibrierfluids vom Behälter durch das betätigende Mittel des Sammlers in die Kammer, wo das Fluid in Kontakt mit dem Sensor tritt, diese Fluidverbindungsassoziation mit dem Sammler durch eine oder mehrere Fluidkammern des Sammlers selbst oder mit einer oder mehreren Fluidkammern eines anderen Sensorsatzes stattfindet, wobei letzterer der vorstehend beschriebene elektrochemische Sensorsatz in Fluidverbindung mit der Fluidkammer des Sammlers sein kann.
Das Mittel für die Entnahme des Kalibrierfluids ist an den Sammler angeschlossen; entweder durch das Verbindungsmittel oder durch ein Gehäuse für das Sensormittel , wobei letzteres für die Fluidbeförderung über ein Verbindungsmittel am Sammler befestigt ist. Das Kalibrierfluid enthält bekannte Gehalte eines oder mehrerer Analyten für die Kalibrierung des einen oder mehreren Sensoren. Der Kalibrierer kann mit dem Sammler und Sensor einsatzbereit und verfügbar vorverpackt sein.
Der Kalibrierer mit dem Behälter und wenigstens einem Sensormittel als unterscheidbarer Satz und der Sammler können für die Fluidverbindung in der angegebenen Reihenfolge über eine Längsachse für die Fluidverbindung vom Behälter zur Kammer des Sammlers verbunden werden. Nach diesem Zusammenbau kann die Ausrichtung eine vertikale sein, angefangen beim Kalibrierer, für die Wahrung des Behälters in einer vertikalen Position während der Fluidverbindung für den Kontakt des Sensormittels, wobei die Halterung des Kalibrierers für die Ausrichtung sorgt. Dieses Festhalten kann durch eine verlängerte Halterung gegeben sein, wobei letztere wenigstens einen Teil des Sensormittels und/oder Sammlers hält, in einer Art und Weise, dass diese in der Halterung gleiten können, oder durch eine verlängerte Basis der Halterung, für die feste Sicherung des Behälters und des Sensormittels und Sammlers mit vertikalem Anschluss an den Behälter.
Weiter können die Kammer des Sammlers und die Kammer des Sensormittels durch eine erste Fluiddichtung getrennt sein. Die Dichtung ist das stirnseitige oder distale Dichtungsmittel des Sensorgehäuses. Die erste Kammer des Sammlers ist zylinderförmig und hat einen gleitbaren Kolben in ihrem Inneren, sowie ein betätigendes Mittel für die Betätigung des erwähnten Kolbens sowie weiter ein Mittel für das Durchstechen der ersten Dichtung. Das Gehäuse der Kammer des Satzes für das Sensormittel dieser Erfindung schliesst an beiden Enden an Anschlussmittel für die Fluidbeförderung an, eines für das Mittel für die Entnahme einer Fluidprobe und das andere an das Anschlussmittel des Sammlers. Die Verbindung des Anschlussmittels an die Kammer des Sensormittels bildet eine Verbindungsleitung für die Fluidverbindung. Das Verbindungsmittel oder die Kammer für die Verbindung mit dem Entnahmemittel ist durch eine zweite Fluiddichtung versiegelt. Der Kalibrierer mit zylinderförmigem Körperteil mit einem offenen Ende auf der einen Seite, für den gleitbaren Erhalt von wenigstens einem Anteil dieses Körperteils dieses Sammlers mit dem Sensormittel oder Sensorsatz hat weiter ein bewegbares Glied, das ein zweites Dichtungsdurchstechungsmittel enthält. Dieses bewegbare Glied kann in diesem Zylinder dieses Kalibrierers gleiten, um den gleitenden Sammler zu betätigen und den Sammler zur Kalibrierlösung im Behälter am anderen Ende des Kalibrierers zu leiten. Das Durchstechungsmittel kann eingesetzt werden, um die zweite Dichtung des Sensormittels wie das Dichtungsmittel des Sensorsatzes und jede Dichtung auf dem Behälter im Kalibrierer zu durchstechen, um den Fluidfluss vom Behälter in den Kontakt mit dem Sensormittel zu bringen und in den Sammler eintreten zu lassen. Der versiegelte Behälter mit der Kalibrierlösung befindet sich am Ende dieses Zylinders, wird dort gegenüber von der Öffnung für den Sammler mit dem Sensormittel gehalten.
Ein tragbares, einsatzbereites Analytmessgerät für mehrfache Fluid-Folgeproben kann eine Einwegpatrone, ein patronenexternes Fluidkalibriermittel und einen Analysator haben. Die Patrone hat ein Gehäuse, Einlass für die Einführung von Fluiden in das Gehäuse, Flusszelle mit Sensormittel, bestehend aus dem vorstehend beschriebenem elektrochemischen Sensorsatz, in Fluidverbindung mit der Flusszelle und einen Entsorgungssammelbereich in Fluidverbindung zum Ventil.
Das Gehäuse der Patrone hat wenigstens eine Öffnung nach Aussen über einen in einer Richtung fliessenden Fluideinlass. Das Innere des Gehäuses hat den vorstehend beschriebenen elektrochemischen Sensorsatz (nachstehend als "Satz" bezeichnet), mit Anschluss an den Einlass für den Fluidfluss in den Satz. Der Anschluss befindet sich an einer Öffnung im Satz, die einen Kanal bildet, wobei letzterer durch den Satz zu einer zweiten Öffnung führt.
Im allgemeinen enthält der Sensorbehältnisbereich des mehrfach einsetzbaren elektrochemischen Sensorsatzes den wenigstens einen Sensor, wobei letzterer aus wenigstens einer Messelektrode in einem Sensorverhältnis zum Kanal besteht, damit der Sensor als solcher Kontakt zu den durch den Kanal fliessenden Fluiden hat. Sensoren mit Membranen werden für diesen Sensorkontakt durch Anwesenheit eines Fluids hydratisiert, wobei letzteres wenigstens ein hydratisierendes Fuid im Satz ist, das den einen oder mehrere Sensoren in einem hydratisierten Zustand für die einsatzbereite Anwendung der Patrone hält. Im ionischen Kontakt mit dem Sensor befindet sich eine Referenzelektrode im Referenzelektrodenbehältnisbereich des Satzes. Die Referenzelektrode ist ein leitender Kontakt und enthält einen entsprechenden Referenzelektrolyt für die Anzahl mehrfacher Folgeproben für welche die Patrone ausgelegt ist. Der elektrische Stromkreis ist für die elektrische Leitung an wenigstens einen Sensor und wenigstens eine Referenzelektrode angeschlossen. Wie im elektrochemischen Sensorsatz befindet der Stromkreis fernab vom Fluid im Kanal des Satzes und in elektrischer Isolierung davon. Der Stromkreis besitzt die Eigenschaft, Signale von dem wenigstens einen Sensoren zu übertragen und ist imstande, die Elektroden im Satz mit jedem erforderlichen Strom zu versorgen. Der Stromkreis ist für die elektrische Leitung an einen Signalübertrager angeschlossen, wobei letzterer den Satz für die elektronische Signalgebung an die Aussenwand der Patrone für eine elektrische Schnittstelle mit dem Analysator verbindet.
An einer zweiten Öffnung des Kanals des Satzes ist für den Fluidfluss wenigstens ein Einrichtungsventil für die Aufnahme von Fluiden vom Satz angeschlossen. Die Einrichtung des Einweg-Ventils dient der Zurückhaltung des Fluids im Satz zwecks Hydratisierung des Sensors und der Hemmung des Zweirichtungsflusses vom Satz abfliessender Fluide durch Einführung von Fluid am Einlass des Gehäuses. Für die Aufnahme und Zurückhaltung von Fluiden nach dem Durchgang durch den Satz und das Einrichtungsventil hat die Patrone, in Fluidbeförderung über das Einwegventil, ein Entsorgungsreservoir.
Der Analysator des Systems ist zusammen mit einem elektronischen Mittel für die Auswertung dieser Signale und einer Anzeige für die Ergebnisse der Berechnungen zur Bestimmung der Analytmenge in einem Fluid elektrisch an den Signalübertrager der Patrone angeschlossen. Das elektronische Mittel übernimmt die Auswertung der Signale mit Absendung vom Sensor/den Sensoren für die Kalibrierlösung und die mehrfachen Folgeproben mit einem oder mehreren Analyten. Das Mittel berechnet weiter die Menge eines oder mehrerer Analyten aus diesen empfangenen Signalen. Zusätzlich hat der Analysator ein kodiertes Informiationsiesegerät für die Eingabe kodierter Information für die Kalibrierung.
Zusätzlich hat das mehrfach einsetzbare Gerät ausserhalb der Patrone wenigstens einen Behälter mit Kalibrierfluid, wobei letzterer eine bekannte Menge eines oder mehrerer Analyten enthält und letztere jene Analyten sind, welche in den mehrfach in die Patrone eingegebenen Proben zu messen sind. Da sich das Kalibrierfluid anfänglich ausserhalb der Patrone befindet, wird das Kalibrierfluid zusätzlich mit einem kodierten Informationsträger assoziiert, wobei letzterer ausführliche Information über die Mengen an Analyten im Kalibrierungsfluid besitzt. Bei einer Verpackung der Behälter mit Kalibrierungsfluid kann der kodierte Informationsträger für das Kalibrierungsfluid Information über den einen oder mehrere Sensoren im elektrochemischen Sensorsatz und ihren assoziierten vorgemessenen Ansprechwert für die zu messenden Analyten enthalten. Beim einer getrennten Verpackung von Patrone und Kalibrierungsfluid werden zwei kodierte Informationsträger eingesetzt. Der eine ist für das Kalibrierungsfluid bestimmt und der andere für den Sensor/die Sensoren in der Patrone, mit der entsprechenden, vorstehend erwähnten Information für deren Eingabe in den Analysatoren über das Informationslesegerät.
Das Verfahren für den Einsatz des vorstehend definierten mehrfach einsetzbaren Systems umfasst ein Kalibrierungsfluid mit assoziiertem kodiertem Informationsträger mit einer kodierten Information über das Kalibrierungsfluid. Die kodierte Information wird über ein Lesegerät in den Mikrorechner oder Mikroprozessor eingelesen. Über den gleichen oder einen anderen kodierten Informationsträger wird die kodierte Information über den einen oder mehrere Sensoren im Satz über ein Lesegerät in den Analysatoren eingelesen. Das Kalibrierungsfluid wird in den Einlass der Patrone injiziert oder eingeführt, um den Sensor/die Sensoren im Satz zu kalibrieren. Das Kalibrierungsfluid verdrängt das Hydratisierungsfluid in Kanal des Satzes und das Hydratisierungsfluid fliesst über das Einrichtungsventil in das Entsorgungsreservoir. Der wenigstens eine Sensor spricht elektrisch auf die Anwesenheit der Menge des einen oder mehreren Analyten im Kalibrierungsfluid an und signalisiert die Antwort an den Analysator. Der Analysator verwendet diese Information und die Information aus der kodierten Information von wenigstens einem Sensor. Zu diesem Zeitpunkt wird die Probe mit einem unbekannten Wert eines bekannten Analyten in den Einlass der Patrone eingeführt, um in den Satz zu fliessen und den Kontakt mit dem einen oder mehreren Meßsensoren aufzunehmen. Diese presst die Kalibrierlösung durch das Einrichtungsventil aus dem Satz und in das Entsorgungsreservoir. Wie beim Kalibrierfluid spricht der Sensor/Sensoren an und ein Signal/Signale wird an den Analysator übertragen oder befördert. Der Analysator wertet die Signale aus und berechnet aus der Kalibrierungsinformation die Menge des bekannten Analyten in der Probe und macht eine entsprechende Anzeige auf dem Anzeigemittel. Zusätzlich kann der Analysator mit einem Drucker für das Ausdrucken der Analyse auf Papier ausgerüstet sein.
Mit diesem Verfahren können die Leistungseigenschaften des einen oder mehreren Meßsensoren über die Kalibrierfluidanalyse und/oder Eingabe kodierter, mit der Patrone assoziierter Information in den Analysator eingegeben werden. Dieses Vorgehen ist nur einmal erforderlich für die vielfachen Proben, die mit einer Patrone durch den Satz geschickt werden. Nach dem Verbrauch der Patrone wird sie entsorgt und eine andere Patrone elektrisch an den Analysator angeschlossen; die kodierte Information für diese Patrone wird über das Lesegerät des Analysatoren für weitere Probenprüfungen eingegeben.
Der elektrochemische Sensorsatz mit oder ohne Einsatz, Lieferung und/oder Kalibrierungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben, kann in einem undurchlässigen Gas oder unter einer Schicht hermetisch abgedichtet werden. In jeder dieser Anordnungen der Erfindung ist das Hydratisierungsfluid des Satzes oder des Sensormittels ein Vorkonditionierungsfluid, das durch das Gehäuse des Sensorsatzes im Fluidkontakt mit dem einen oder mehreren Sensoren des Sensorelements gehalten wird. Das Vorkonditionierungsfluid kann ein aktivierendes Fluid für die Wahrung der Sensoren in einem aktivierten Zustand und/oder ein Fluid kontrollierten Inhalts mit einer bekannten Menge eines oder mehrerer Analyten mit Messung durch einen oder mehrere Sensoren sein. Bei Präsenz von sowohl des aktivierendes Fluids und der Fluide kontrollierten Inhalts befindet sich das aktivierende Fluid in abgedichtetem Kontakt mit dem Satz unter der Dichtungsschicht zwecks Gleichgewicht mit dem einen oder mehreren Sensoren für die Wahrung des Sensors in einem vorkalibrierten Zustand. Der abgedichtete Kontakt ist durch das Gehäuse gegeben, wobei ein Teil des Gehäuses über eine Zeitperiode gasdurchlässig ist. Dies ermöglicht ein Gasgleichgewicht zwischen dem Fluid kontrollierten Inhalts und dem aktivierenden Fluid im Fluidkontakt mit dem einen oder mehreren Sensoren.
Mit dem mehrfach einsetzbaren System für die Bestimmung von Gaswerten in einer Flüssigkeit kann sich die Patrone in einer Dichtungsschicht befinden wobei die Atmosphäre unter der taschenförmigen Schicht mit einer bekannten Gasatmosphäre wie dem Fluid kontrollierten Inhalts geregelt wird. Die Behälter mit Kalibrierfluid können mit der Patrone oder in einer gesonderten Schicht verpackt sein, als Packet, das gasdurchlässig sein kann oder auch nicht. Zusätzlich können gasundurchlässige Schichten als Verpackung eingesetzt werden, mit Fluid kontrollierten Inhalts als Behälter für zusätzliches Hydratisierungsfluid oder Spülfluid für die Sensoren. Der kodierte Informationsträger für die Patrone und das Kalibrierfluid kann sich ausserhalb der Dichtungsschicht befinden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Abbildung 1 ist ein Seitenriss der allgemeinen Anordnung des Sensorsatzes.
Abbildung 2 ist ein Grundriss des Gehäuses des Sensorsatzes auf der Ebene 2-2 von Abbildung 1, wobei der Kanal Fluid enthält.
Abbildung 3 ist ein Schnitt durch den Aufriss des Sensorsatzes auf der Ebene 3-3 von Abbildung 1.
Abbildung 4 ist ein Seitenriss des ersten oder obersten Schnitts einer alternativen Ausführung zu jener von Abbildung 1, auf einer ähnlichen Ebene wie die Ebene 4-4 von Abbildung 2 ohne Hinterseite des Sensorsatez und ohne Sensorplatin mit Besetzung des Innenraums.
Abbildung 5 ist ein Grundriss des Gehäuses auf der Ebene 2-2 von Abbildung 1 ohne Hinterseite des Sensorsatzes, ähnlich wie Abbildung 4.
Abbildung 6 ist ein Schnitt des distalen Endes des Sensorssatzes auf der Ebene 6-6 von Abbildung 5.
Abbildung 7 ist eine Vorderseitenansicht des Gehäuses.
Abbildung 8 ist ein Schnitt durch den Sensorsatz auf der Ebene 8-8 von Abbildung 5.
Abbildung 9 ist ein stirnseitiger Schnitt durch den Aufriss der Hinterseite des Sensorsatzes.
Abbildung 10 ist ein Grundriss der Hinterseite auf der Ebene 10-10 von Abbildung 9.
Abbildung 11 ist eine Vorderseitenansicht der Hinterseite auf der Ebene 11-11 von Abbildung 9.
Abbildung 12 ist ein stirnseitiger Aufriss der Kontur des Kanals auf der Längsachse im Gehäuseinneren.
Abbildung 13 ist eine Draufsicht der Kontur des Kanals auf der Ebene 13-13 von Abbildung 12.
Abbildungen 14-17 sind Querschnitte des Kanals an verschiedenen Punkten auf seiner Länge.
Abbildung 18 ist eine Planar-Draufsicht des Gehäuses des Sensorsatzes auf der Ebene 2-2 von Abbildung 1, wobei der Kanalkein Fluid enthält.
Abbildung 19 ist eine Planar-Draufsicht einer Seite eines Verdrahtungssubstrates mit Elektroden und einem Thermistor.
Abbildung 20 ist eine Planarsicht der anderen Seite des Verdrahtungssubstrates von Abbildung 19 mit einem Widerstand und einer Heizvorrichtung quer über die Platine und einer Anzahl Leitungen durch das Substrat von der Seite gemäss Abbildung 19 für den externen elektrischen Anschluss des Substrates.
Abbildung 21 ist eine Planarsicht von einer Seite eines Verdrahtungssubstrates mit einer Anordnung von drei Analytsensoren mit zwei Referenzelektroden und einem Thermistor mit einhergehendem beschichteten Stromkreis mit einem Leitungsmuster.
Abbildung 22 ist eine Planarsicht von einer Seite eines Verdrahtungssubstrates mit einem Sensor und einem Thermistor in axialer Anordnung und einer Referenzelektrode in Abstand von dieser Achse mit einem einhergehenden beschichteten Stromkreis mit einem Leitungsmuster.
Abbildung 23 ist ein Blockdiagramm des Kontrollmittels und seiner Verbindung mit dem elektronischen Verdrahtungssubstrat.
Abbildung 24 ist ein Querschnitt eines Kalibrierers, der mit mehreren Sammlerkonstruktionen nach Abbildungen 25-27 eingesetzt werden kann.
Abbildungen 25-27 zeigen den Kalibrierer im Einsatz mit mehreren verschiednen Konstruktionen für den Sammler, wobei sich die Sammler in verschiedenen Einfügungsstellungen im Kalibrierer befinden.
Abbildung 28 ist ein Querschnitt eines Kalibrierers, der einen Sammler mit Sensormittel und Durchstechungsmittel enthält; diese werden im Querschnitt nicht gezeigt; dabei handelt es sich um eine ursprüngliche, nicht-vertikale Anordnung in getrennten Aussparungen oder Schächten im Kalibrierer.
Abbildung 29 ist ein Querschnitt einer Spritze und eines Kalibrierers, wobei alle der mehreren Dichtungen intakt und nicht durchstochen sind.
Abbildung 30 ist ein Querschnitt von Spritze und Kalibrierer nach Abbildung 29, wobei die Spritze zum Kalibrierer verschoben wurde; alle der mehreren Dichtungen sind durchstochen und die Kalibrierlösung kann von ihrem Behälter entfernt werden.
Abbildung 31 ist ein Querschnitt des Kalibrierers von Abbildung 29 auf der Ebene 3-3; am Ende wird Behälters mit Kalibrierfluid zurückgehalten.
Abbildung 32 ist ein Querschnitt des Kalibrierers und Sammlers mit dem Sensormittel von Abbildung 29 auf der Ebene 4-4, wobei sie über die Längsachse durch ein Befestigungsmittel zusammengehalten werden.
Abbildung 33 ist ein Aufriss der Oberseite der Patrone mit Anschluss an das Analysiermittel.
Abbildung 34 ist eine Orthogonalsicht der Oberseite, Stirnseite und Seite der vom Analysator abgelösten Patrone.
Abbildung 35 ist eine Seitenansicht eines Packets mit einem Ausschnitt mit einer Seitenansicht auf Ebene 3-3 von Abbildung 33 der Patrone im Packet.
Abbildung 36 ist ein Querschnitt einer Seite der Patrone auf der Ebene 3-3 wie in Abbildung 33.
Abbildung 37 ist ein Querschnitt der Patrone von der gegenüberliegenden Seite der Seite nach Abbildung 36.
Abbildung 38 ist eine Draufsicht der Rückseite des Analysators auf der Ebene 7-7 nach Abbildung 33.
Abbildung 39 ist eine Draufsicht der Unterseite des Analysators.
Abbildung 40 ist ein elektrisches Blockdiagramm des Analysators.
Abbildungen 41 und 42 sind stirnseitige Aufrisse von zwei verschiedenen Ausführungen eines eingepackten Sensorelements dieser Erfindung mit einem Ausschnitt für die Ansicht der Innenseite eines Umschlags und des Inhalts der Innenseite einschliesslich des Sensors.
Abbildung 43 ist ein stirnseitiger Aufriss des eingepackten Sensorelements dieser Erfindung mit einem Ausschnitt für die Ansicht der Innenseite des Umschlags und dessen Inhalts, einschliesslich des Sensors in einer bevorzugten Anordnung für den einmaligen Einsatz mit dem Kalibrierer und dem Sammler.
Abbildungen 44 und 45 sind Aufrisse der Packete der Kalibriermittel, wobei die Packete in Abbildung 44 mit Fluid in Glasfläschchen und in Abbildung 45 mit Fluiden in Beschickungssätzen ausgerüstet sind.
Abbildung 46 ist eine Graphik mit Nanoampères auf der Ordinate und Sekunden auf der Abszisse und zeigt die Leistung des aktivierten Sensorgeräts dieser Erfindung an.

Eingehende Beschreibung und bevorzugte Ausführung der Erfindung

Im Aufriss von Abbildung 1 wird die allgemeine Anordnung des Sensorsatzes gezeigt. Das Gehäuse 10 besteht aus einem zielmlich harten, formbaren Material, wie harte thermoplastische Polymere, obwohl auch aushärtende Polyumere eingesetzt werden können. Ein passendes Beispiel ist Methylmethacrylatstyrolbutadienterpolymer und harte Kunststoffe, z.B. Polyester, wie Polyethylenterephthalat oder Polycarbonat oder Mischungen oder Legierungen davon sowie andere ähnliche, den Fachleuten bekannte Materialien. Das Gehäuse 10 kann jede grundlegende geometrische Form mit Eignung für die Unterbringung eines Kanals 12 und eines Sensorelemtens 14 haben. Die Anzahl Teile eines Gehäuses können von 1 zu einer Vielzahl variieren, wobei allerdings zwei Teile bevorzugt werden. Ein Gehäuse aus einem einzigen Teil hat wenigstens den Kanal für die Fluidverbindung mit einem oder mehreren Sensoren 18 auf Sensorelement 14 vorzusehen. In dieser Anordnung kann das Sensorelement 14 tatsächlich eine Seite des Gehäuses bilden. Das Gehäuse sieht weiter eine Öffnung für ein elektrisches Anschlussmittel 16 an das Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Stromkreises von Sensorelement 14 vor. Das Sensorelement 14 hat wenigstens einen Sensor 18 mit einer hydrophilen Membran, wobei ein Teil des Sensors elektrisch an das Mittel zur Ausbildung des elektrischen Stromkreises 20 angeschlossen ist; beide, Sensor 18 und das Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Stromkreises 20 befinden sich auf einem nichtleitenden Substrat von Sensorelement 14. Der Sensor 18 befindet sich auf Element 14 und Kanal 12 und Element 14 sind in Gehäuse 10 so angeordnet, dass Sensor 18 und Kanal 12 in Fluidkontakt miteinander stehen können, wenn der Kanal 12 mit hytratisierendem Fluid 22 gefüllt ist.
Das Gehäuse 10 hat wenigstens eine und vorzugsweise zwei Öffnungen, 24 und 26, in einer Anordnung entlang dem Kanal 12, an verschiedenen Standorten zueinander in bezug auf Sensor Element 14. Diese Anordnung ermöglicht dem hydratisierenden Fluid 22, das dem Fluiddruck von jeder der beiden Öffnungen ausgesetzt ist, durch Sensorelement 14 zu fliessen und in Kontakt mit dem einen oder mehreren Sensoren 18 zu treten. Kanal 12 kann jede Form haben, die eine Laminarströmung von Fluid in Nähe von dem einen oder mehrerem Sensoren 18 im Kanal 12 zulässt. Weiter sind die Öffnungen 24 und 26 durch eine im wesentlichen feuchtigkeitsundurchlässige Dichtung 28 bzw. 30 versiegelt.
Die Öffnung 26 kann als Einlass zum oder Auslass vom Gehäuse 10 dienen; die bevorzugte Form ist eine konische Spitze 36. Das Gehäuse am anderen Ende des Sensorelements 14 von der Öffnung 26 kann einen konisch erweiterten Abschluss 40 mit Öffnung 24 mit Ausbildung durch Spitzenquerschnitt 38 haben, wobei letzterer vorzugsweise eine zylindrische Aussenform und eine konische Innenform hat. Die Spitze 38 wird vom konisch erweiterten Abschluss 40 umgeben; letzterer hat einen inneren ringförmigen Raum 42 zwischen dem äusseren Rand 44 des konisch erweiterten Abschlusses 40 und der äusseren Oberfläche der Spitzenquerschnitts 38. Die Öffnungen 24 und 26 für Gehäuse 10 gemäss Abbildungen 1 und 2 sind vorzugsweise auf der gleichen Ebene und der gleichen Achse entlang an den gegenüberliegenden Abschlüssen von Kanal 12 so angeordnet, dass Kanal 12 der Länge nach durch das Gehäuse der gleichen zentralen Achse entlang verläuft. Diese Anordnung bietet hinreichende Befestigung des Kanals durch das Gehäuse für die Aufnahme und/oder Ausbringung von Fluid durch den Kanal mittels Druckbewegung. Querschnitte 36 und 38 von Gehäuse 10 befinden sich vorzugsweise an den gegenüberliegenden Abschlüssen von Gehäuse 10 und enthalten Anteile von Kanal 12 zusammen mit Öffnungen 24 und 26. Der konisch erweiterte Abschluss 40 kann weiter eine oder mehrere Versteifungsrippen wie 50 für die leichte Handhabung und den Umgang mit Gehäuse 10 haben. Die Befestigung der Querschnitte 32 und 34 kann durch ein Führungsglied und einen Führungsschlitz gemäss Abbildung 1, wie 52 unterstützt werden.
Die Querschnittspitzen 36 und 38 ermöglichen den Anschluss oder die Kopplung an ein Gerät für die Erzeugung von Fluidruck, raschen Fluidfluss oder Saugkraft, um das Fluid, z.B. mit einem zu messenden Analyten zu befördern, vorzugsweise in einer nicht kapillaren Aktion oder im Fluss, im Messkontakt mit einem oder mehreren Sensoren 18. Der Spitzenquerschnitt 38, distal zum Spitzenquerschnitt 36, kann ähnlich wie Spitzenquerschnitt 36 gemäss Abbildung 4 sein, oder angepasst, vorzugsweise angepasst für den Anschluss an das distale Ende oder Nadelende einer Spritze. Das distale Ende einer Spritze hält Gehäuse 10 durch den ringförmigen Raum 42 fest und ist mit dem Gehäuse durch Verbindungsmittel 46 und 48 verbunden. Die Form von Spitze 36 hat vorzugsweise einen Standardaussendurchmesser für den Anschluss an das Probensammelmittel oder Fluidentnahmemittel, wie Nadeln oder Schläuche oder Leitungen von Kathedern oder Schläuchen in Analyseeinrichtungen für mehrfache Folgeproben. Am besten ist die Form, die sich für eine Leur Verbindung eignet und sich auf das Probensammelmittel (letzteres wird auf Abbildung 1 nicht gezeigt) gleiten oder damit verriegeln lässt, wie beispielsweise eine Nadel für eine Spritze.
Gehäuse 10 hat vorzugsweise einen Querschnitt 32 und einen weiteren Querschnitt 34 mit passenden Verbindungsmitteln (auf Abbildung 1 nicht aber auf späteren Abbildungen gezeigt) für den Anschluss aneinander. Querschnitte 32 und 34 werden fest miteinander verbunden, um Gehäuse 10 zu bilden, wobei letzteres einen oder mehrere Innenräume (ein Teil davon wird in Abbildungen 4, 5 und 7 als 82 gezeigt) für die Unterbringung von Sensorelement 14 hat. Der Innenraum 82 braucht keine besondere geometrische Formgebung aufzuweisen, so lange Sensorelement 14 in den Raum passt. Der Innenraum 82 und das Sensorelement 14 passen in ihrer Formgebung vorzugsweise zusammen und sind vorzugsweise rechteckig. Ein Querschnitt 32 enthält vorzugsweise einen wesentlichen Anteil von Gehäuse 10, wie in Abbildung 4; der andere Querschnitt 34 ist eine Abdeckung für die Rückseite von Sensorelement 14 und besetzt Innenraum 82 von Abbildung 4. Mit dieser Anordnung und mit dem Innenraum mit Abmessungen, die genau auf jene von Sensorelement 14 passen, zwecks genauem Paßsitz des letzteren im ersteren, können die Querschnitte 32 und 34 unterstützend eine elektrische Isolation zwischen dem hydratisierenden Fluid 22 und dem Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Stromkreises 20 bilden. Ersterer befindet sich wenigstens in Kanal 12 und letzteres auf dem Sensorelement 14. Querschnitt 32 hat vorzugsweise die Spitzenquerschnitte von 36 und 38 und den konisch erweiterten Abschluss 40 und stellt einen Teil von Kanal 12 und jedes anderen anwesenden Kanals dar. Die restlichen Anteile von Kanal 12 oder anderer Kanäle werden durch Sensorelement 14 mit Besetzung des Innenraums so gebildet, dass die Oberfläche mit einem oder mehreren Sensoren wie 18 tatsächlich eine Wand von Kanal 12 wie in Abbildung 1 gezeigt, bilden. Jede andere Anordnung oder Konfiguration, als die in Abbildung 1 gezeigte, kann eingesetzt werden wenn sie es den beiden Querschnitten 32 und 34 ermöglicht, sich zu verbinden und ein Gehäuse 10 mit einem oder mehreren Innenräume für die Unterbringung von Sensorelement 14 bilden, und zwar in einer Art und Weise, dass Sensor 18 in Fluidkontakt mit dem hydratisierenden Fluid 22 in Kanal 12 steht.
Ähnliche Ziffern werden überall in den Zeichnungen eingesetzt, um auf die gleichen Eigenschaften in jeder der Zeichnungen hinzuweisen. Der Grundriss von Sensorgehäuse 10 gemäss Abbildung 2 auf der Ebene 2-2 von Abbildung 1 verweist auf die bevorzugte passende Konfiguration der Querschnitte 32 und 34 in einem Verhältnis von Oben zu Unten. Querschnitt 34 passt vorzugsweise auf Querschnitt 32 über ein Führungsglied und Schlitz 52 der Querschnitte 34 bzw. 32; letztere werden in den folgenden Zeichnungen von der Innenoberfläche von Unterteil 34 besser gezeigt. In Abbildung 2 wird der Schlitz von 52 als Phantomzeichnung gezeigt; ein Gleiches trifft für Kanal 12zu, mit Ausnahme des Schnittperspektivenanteil, der das hydratisierende Fluid 22 zeigt. Ebenfalls als Phantomzeichnung erscheint das elektrische Kabelmittel 16 bei Einlass in das Gehäuse 10. Der in Abbildung 2 deutlich dargestellte Schlitz 48 bietet einen festen Anschluss an eine Spritze (auf Abbildung 2 nicht gezeigt), am distalen oder Auslassende von Gehäuse 10. Vorzugsweise ist ein elektrisches Isolationsmittel 56, wie in Abbildung 2 gezeigt, vorhanden. Das Mittel für die elektrische Isolation 56 kann aus jedem Material sein, das den Raum zwischen den Gehäusequerschnitten 32 und 34 und Sensorelement 14 mit Ausnahme des einen oder mehreren Kanälen und elektrischen Anschlussmitteln 16 für die Unterstützung der elektrischen Isolation ausfüllt. Die Isolation kann jeden Kontakt zwischen jedem hydratisierenden Fluid 22 und dem Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Stromkreises 20 beschränken, um die Möglichkeit eines jeden Kurzschlusses oder Fluchtstroms zu verringern. Dieses Material sollte die folgenden Eigenschaften aufweisen: einen Isolationsfaktor von rund 10¹&sup4; Ohm/cm² und im wesentlichen undurchlässig für Feuchtigkeit und vorzugsweise bei einer Temperatur von weniger als rund 60 ºC aushärtbar sein. Beispiele nicht ausschliesslicher Art für ein geeignetes Material sind: Epoxypolymer, modifizierte Epoxypressmasse wie bromierte Epoxy, Epoxypressmassen, Polyimide, nicht modifizierte Polyimide, wie PMDA-ODA und BTDA ODA-basierte Polyimide, Poly(amid-imid)Polymere, modifizierte Polyimide mit Modifizierungen von Diamidsäurenzusätzen, Siloxanpolyimide und Hochtemperaturpolymere wie Silikonpolymere und Polyarylenetherpolymere. Ein besonders geeignetes Material ist ein Epoxypolymer vom Typ Bisphenol A Epichlorohydrin, wie das von der Hysol Division von The Dexter Corporation in Industry, California 91749 unter dem Handelsnamen EE4207 erhältliche.
Die Dichtungen 28 und 30 in Abbildungen 1, 2, 4 und 5 können im wesentlichen luftundurchlässig sein und sind vorzugsweise luftundurchlässig; sie können aus einer einzigen Schicht oder einem Schichtstoff aus mehreren Schichten bestehen. Zu den geeigneten Materialien aus einer Schicht gehören die Metallfolie mit Dichtungskapazität durch ein Polymermaterial, mit Wärmebehandlung oder Hochfrequenzbehandlung für die Abdichtung. Das Schichtmaterial aus mehreren Schichten besteht normalerweise aus einer Innenschicht eines Polymermaterials und einer Metallschicht als Aussenschicht. Ein typischer Schichtstoff kann zwei oder mehr Schichten haben, mit einer zusätzlichen Polymer-Aussenschicht zwecks höherer Verschleissfestigkeit oder zum Bedrucken der Metallfolienschicht. Ein Beispiel nicht ausschliesslicher Art für eine Metallfolie ist Aluminium. Ein Schichtstoff aus drei Schichten mit Eignung für die Dichtung in dieser Erfindung kann von der äussersten bis zur innersten Schicht folgendermassen gestaltet sein: 1) Nylon, Polyester, Polyethylen oder Polypropylen, 2) Aluminiumfolie und 3) eine innere, heißsiegelfähige Polymerschicht, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid oder Nylon. Ein Nylon-Folien- Polypropylen Schichtstoff aus z.B. 17 g/m² Nylon, 32 g/m² Aluminium, 45 g/m² Polypropylen oder eines geeigneten Beispiels ist ein Polyfolien-Poly-Laminat aus einem Dreischichtenverbund mit einer Aluminiumschicht als Zwischenfolie und einer Innen- und einer Aussenschicht aus Polypropylen. Die Dichtungen sind durchstechbar, können vorzugsweise eine Dichtung bilden, die Gammastrahlungssterilisierungen widersteht und bilden diese tatsächlich. Die Dichtungen haben vorzugsweise wenigstens zwei Querschnitte - einen Querschnitt 28a und 30a in Entfernung vom Mundstück oder Öffnung des Kanals und einen weiteren Querschnitt 28b und 30b in Kontakt mit dem Gehäuse 10 als Dichtung der Öffnungen 24 bzw. 26 von Kanal 12. Die "a" Dichtungsquerschnitte bestehen aus wenigstens einer luftundurchlässigen Metallfolie, vorzugsweise Aluminium und die "b" Dichtungsquerschnitte aus einem Klebstoffmaterial. Die Dichtungen 28 und 30 bestehen vorzugsweise aus papiergefütterten Aluminiumfolien mit einer klaren, hitzeversiegelbaren Beschichtung. Die Beschichtung kann aus einer Mischung von Ethylen mit hohem Molekulargewicht und Vinylacetatcopolymer bestehen. Ein Beispiel nicht ausschliesslicher Art für ein geeignetes Material ist eine Aluminiumfolie mit einer Heißsiegelpolyesterbeschichtung, das unter dem Handelsnamen "Foilseal 3-6" bei Selig Sealing Products, Inc. 17w745 Butterfield Road, Oakbrook, Terrace, Illinois 60181 erhältlich ist. Diese Materialien können eine Gasübertragung für Sauerstoff gleich null und eine Wasserdampfübertragung von rund 0.005 bis 0.059 GS (Gramm)/CSI(100in²)/24 h bei 90 % relativer Feuchtigkeit aufweisen. Diese Materialien bieten eine Dichtung, die bei zuverlässiger Befestigung über die Öffnungen 24 und 26 von Gehäuse 10 im wesentlichen luftundurchlässig ist. Diese Werte werden auf einem Permatran-W6 für Wasserübertragung und einem Ox-tran 1000 für Sauerstoffübertragung erhalten; beide Einrichtungsteile sind erhältlich bei Mocon, Modern Controls, Inc., 4220 Shingle Creek Parkway, Minneapolis, Minnesota 55430. Die Stärke dieser Dichtungen 28 und 30 bewegen sich zwischen einer Gesamtstärke von rund 25,4 µm (1Milli-Inch) bis 254 µm (10 Milli-Inch), wobei die Heißsiegelbeschichtung eine Stärke von rund 12,7 µm (0,5 Milli-Inch) bis rund 101,6 µm (4 Milli-Inch), vorzugsweise aber von rund 12,7 µm (0,5 Milli-Inch) bis rund 50,8 µm (2 Milli-Inch) und die Aluminiumfolie eine Stärke von rund 2,5 µm (0,1 Milli-Inch) bis rund 203,2 µm (8 Milli-Inch) noch besser aber zwischen rund 7,6 (0,3 Milli-Inch) bis rund 50,8 µm (2 Milli-Inch) aufweist.
Als Alternative können die Dichtungen 28 und 30 ein Klebstoffmaterial wie der "b" Querschnitt aufweisen, wobei dieser ein thermoplastisches Harz mit Eignung für die Heiss- Schmelzbeschichtung oder Extrusionsbeschichtung ist. Zu den geeigneten Beispielen dieser thermoplastischen Harze gehören Harze wie die sogenannten Hot-Melt-Kleber, wie Polyethylen, Ethylen/Vinylacetat Copolymer (EVA) oder teilweise verseiftes EVA. Es kann zum Beispiel ein Graftpolymer als 20 bis 60% verseiftes Produkt eines Ethylen/Vinylacetatcoplymers (EVA) eingesetzt werden, wobei letzteres einen Vinylacetat-Gehalt von 15 bis 45 Gewichtsprozent als Stammpolymer und ein Polymer mit einer ungesättigten Karbonsäure in einer Menge von 0,1 bis 10 Gewichtsprozent des teilweise verseiften EVA als Zweigpolymer enthalten kann. Weiter können die Dichtungen 28 und 30 aus einem Verbundstoff einer Aluminium/Polypropylenschicht mit einem heissversiegelbaren Harz, wie Polyamid, Polyolefin und gesättigten Polyestern bestehen. Wenn die Versiegelung des Harzes mit der Kunststoffoberfläche und somit die Versiegelung von Kanal 12 im Heissversiegelungsverfahren stattfindet, kann jedes den Fachleuten bekannte Induktionsversiegelungsverfahren oder Heißversiegelungsverfahren eingesetzt werden. Das Versieglungsverfahren ist bis zu einem gewissen Grade von den Befestigungsmitteln, die für den Paßsitz der Dichtungen 28 und 30 auf die Spitzen 36 bzw. 38 eingesetzt werden, abhängig. Die Dichtungen 28 und 30 können jede Form haben, die geeignet ist für die vollständige Abdeckung der Öffnungen 24 und 26 und einen Paßsitz mit der flachen Oberfläche der Ränder der Spitzen 36 und 38 haben. Vorzugsweise ist die Dichtung scheibenförmig mit einem ähnlichen Durchmesser wie der Durchmesser der Öffnung der Spitzen 36 und 38 für die Befestigung am Spitzenrand zwecks Abdeckung der Öffnungen 24 und 26.
Der Schnitt im Aufriss der Sensorvorrichtung gemäss Abbildung 3 verläuft auf Ebene 3-3 von Abbildung 1. Wie in dieser Abbildung gezeigt wird, kann Gehäuse 10 für die einfachere Handhabung mit Versteifungsrippen 56 und 58 ausgerüstet sein. Der konisch erweiterte Abschluss 40 wird in dieser Zeichnung aus einer stirnseitigen Perspektive der Vorrichtung gezeigt. Das elektrische Anschlussmittel 16 wird als Kabel abgebildet und verläuft von der Unterseite von Gehäuse 10 aus. Diese Ansicht zeigt das bevorzugte Gehäuse der Erfindung mit einer Vielzahl von Kanälen. Zusätzlich zu Kanal 12 bildet das Gehäuse 10 und das Sensorelement 14 zwei weitere Kanäle 60 und 62, die ebenfalls ein hydratisierendes Fluid 22 enthalten können und vorzugsweise enthalten. Wie in Abbildung 3 steht Kanal 12 in Fluidkontakt mit Sensor 18, der sich auf Sensorelement 14 befindet. Ebenfalls in Fluidkontakt mit Kanal 60 bzw. 62 gezeigt werden die Elektroden oder Sensoren 64 und 66. Ebenfalls wie in Abbildung 3 gezeigt, kann es zwei Längsschlitze 68 und 70 geben und vorzugsweise gibt es sie, wobei sich diese im oberen Querschnitt 32 von Gehäuse 10 befinden. Diese Schlitze dienen der Formverstärkung für das Kunststoff- Formen von Gehäuse 10 zwecks Erhalt flacher Aussen- und Innenoberflächen für einen grösseren Gehäusequerschnitt 32. Die Versteifungsrippen 56 und 58 befinden sich auf dem Gehäusequerschnitt 34, welcher durch passende Befestigungsmittel 72 auf dem oberen Querschnitt 32 und 74 auf dem unteren Querschnitt 34 fest mit Gehäusequerschnitt 32 verbunden ist. Spiegelbildlich werden Befestigungsmittel auf der gegenüberliegenden Seite von Gehäuse 10 dargestellt. Diese Befestigungsmittel können sich seitlich am Gehäuse 10 befinden; eines zu jeder Innenseite des unteren Querschnitts 34 und zwei am oberen Querschnitt 32 von Gehäuse 10, je eines zu jeder Seite.
In Abbildungen 1-3 und den übrigen Abbildungen kann das Sensorelement 14 einen oder mehrere Sensoren wie Sensor 18 haben, mit einer oder mehreren den Fachleuten bekannten hydratisierbaren Membranen. Sensorelement 14 ist vorzugsweise ein nichtleitendes Substrat mit einem Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises 20 mit elektrischem Anschluss an wenigstens einen Sensoren 18, über wenigstens eine Elektrode. Im allgemeinen kann das nichtleitende Substrat aus Glas oder Keramik sein, einschliesslich Tafel oder Chip oder nichtleitendes Substrat, wie nichtleitende Polymere oder handelsübliche Fritte, mit Einsatzmöglichkeit als im wesentlichen glatte, flache Oberfläche für das nichtleitende Substrat. Beispiele nicht ausschliesslicher Art sind das den Fachleuten für die Herstellung von Dickfilmschaltkreisen bekannte Borsilikatglas. Zu den Beispielen nicht ausschliesslicher aber bevorzugter Art gehört die keramische Basis mit rund 96% A1203, wie das handelsübliche Produkt von Coors Ceramic Company, Grand Junction, Colorado. Im allgemeinen ist das Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises 20 jedes den Fachleuten bekannte Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises. Beide, Sensor 18 und das Mittel zur Ausbildung eines elektrischen Stromkreises 20 können mit jeder beliebigen Anzahl der wohlbekannten Verfahren für die Herstellung schichtförmiger oder integrierter Stromkreise gefertigt werden: z.B. Dickfilmverfahren, Dünnfilmverfahren, metallisches Verstärken, Drucklaminieren, und photolithographische Ätzung u.a.m., wobei jedoch das Dickfilmverfahren bevorzugt wird. Ein geeignetes Sensorelement ist das in U.S. Patent 5046496 beschriebene mit dem Titel "Sensorsatz für die Messung von Analyten in Fluiden", das normalerweise eingesetzt wird. Der wenigstens eine Sensor 18 kann ein potentiometrischer oder amperometrischer Sensor sein, wobei ersterer eine Elektrode und zweiterer zwei, eine Anode und eine Kathode hat. Falls Sensor 18 potentiometrisch ist, ist normalerweise eine zusätzliche Elektrode als Referenzelektrode vorhanden. Jede den Fachleuten bekannte Referenzelektrode kann eingesetzt werden. Der poteniometrische oder amperometrische Sensor hat vorzugsweise eine hydrophile Polymermembran und der Sensor hat vorzugsweise ein Elektrolyt auf Wasserbasis mit einem geeigneten ionisierten chemischen Bestandteil, wie jene in Silber/Silberchlorid-, Kalomel- und Quecksilbersensoren oder Elektroden. Geeignete Beispiele solcher Membranen, die in elektrochemischen Sensoren für die Bestimmung von Blutgasen enthalten sein können, werden in U.S. Patent 3,088,905; 3,912,614; 4,133,735; und 4,454,007 und in den Europäischen Patentbeschreibungen 0015075 und 0027385 sowie im Artikel des Fachjournals "Medical and Biological Engineering Computing", 1978, Vol 16, Seiten 599-600 beschrieben. Die Veröffentlichungen beschreiben Blutgasdetektoren, die Membrane und eine Anzahl nützlicher oder möglicherweise nützlicher Membranmaterialien erforderlich machen. Zu den geeigneten Beispiele nicht ausschliesslicher Art für hydrophile Polymermembrane gehören Polyvinylchlorid und modifiziertes Polyvinylchlorid sowie jede ähnliche, den Fachleuten bekannte hydrophile, hydratisierbare Polymermembran. Zusätzlich zu Kanal 12 mit Fluidkontakt zu einem Sensor, Sensor 18 auf dem Substrat des Sensorelements 14, wie in Abbildung 3 gezeigt, kann der Sensorsatz dieser Erfindung eine Vielzahl von Kanälen haben. Die Anordnung der Kanäle und der Sensoren ist so gestaltet, dass im Falle einer Mehrzahl von Kanälen und einer Mehrzahl von Elektroden für den Sensor oder die Sensoren wenigstens ein Kanal in Fluidkontakt mit wenigstens einem Sensor steht. Mit dieser Art von Anordnungen stehen der eine oder mehrere Nebenkanäle in Fluidkontakt mit wenigstens Kanal 12 oder mit einem anderen Kanal mit Anschluss an Kanal 12, in einer Weise, dass der eine oder die Vielzahl an Nebenkanälen alle den Fluidkontakt mit wenigstens einer, mit dem Kanal assoziierten Elektrode herstellen können. Dieses Verhältnis zwischen Sensor oder Elektrode mit dem Kanal wird in Abbildungen 3 und 18 gezeigt, während das Verhältnis Kanal zu Kanal in Abbildung 5 gezeigt wird. In Abbildung 3 werden die Kanäle 60 und 62 durch einen Gehäusequerschnitt 32 und die anliegende Plazierung von Sensorelement 14 im Hohlraum gebildet, wobei dieser Hohlraum durch die aneinandergefügten Gehäusequerschnitte 32 und 34 ähnlich wie die vorstehend erwähnte Ausbildung von Kanal 12 geformt wird. Sensoren oder Elektroden, vozugsweise aber Referenzelektroden 64 bez. 66 sind in Kontakt mit den Kanälen 60 und 62. Diese Kanäle enthalten vorzugsweise Fluid wie hydratisierendes Fluid, das in Kanal 12 enthalten ist, sowie jedes den Fachleuten bekannte Fluid, das als Elektrolyt für die Referenzelektrode fungiert. Der potentiometrische und/oder amperometrische Sensor befindet sich vorzugsweise in Kanal 12 und nur die Referenzelektroden befinden sich in dem einen oder mehreren zusätzlichen Kanälen oder Nebenkanälen 60 und 62; am besten befindet sich jede Referenzelektrode in einem getrennten Nebenkanal, wie in Abbildung 18 gezeigt.
Das Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises 20 wird in Abbildung 1 auf Ebene 20 gezeigt und schliesst an das elektrische Anschlussmittel 16 an, vorzugsweise durch ein Kabel 16, welches elektrisch an das nichtleitende Substrat von Sensorelement 14 anschliesst. Kabel 16 kann aus jedem geeigneten elektronischen Bündelleiter bestehen, welches sich für die Beförderung von analogen Signalen und vorzugweise nicht binären Signalen eignet. Das Kabel ist vorzugsweise ein bandartiges Kabel mit einer Vielzahl von Drähten in einem bandartigen Streifen, zwecks Herstellung einer elektrischen Verbindung von Sensorelement 14 mit dem wenigstens einen Sensor 18. Der Abschluss des Mittels zur Ausbildung des Stromkreises oder von Kabel 16 an das nichtleitende Substrat von 14 bedeutet in gewisser Hinsicht eine elektrische Verbindung mit dem wenigstens einen oder mehreren Sensoren 18 oder Elektroden unter Vermeidung eines Kontaktes mit dem hydratisierenden Fluid 22, das einen Kurzschluss oder Fluchtstrom verursachen könnte.
Das hydratisierende Fluid 22 ist jede Flüssigkeit, die sich für die Haltung der Membran 18 in einem nicht trockenen Zustand eignet. Die Flüssigkeit enthält beispielsweise eine bestimmte Menge Wasser, obwohl auch eine geringere Menge organischer Flüssigkeiten vorhanden sein können. Vorzugsweise handelt es sich dabei um eine stabile Flüssigkeit für die Speicherung während einer kurzen Zeit (Tage oder Wochen) bis zu einer längeren Zeit über mehrere Monate. Bei der Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um eine wässerige Lösung, die sich mit jedem Elektrolyt in einem oder mehreren Sensoren isotonisch verhält. Noch besser verhält sich das hydratisierende Fluid 22 auch isotonisch als Elektrolyt für jede Referenzelektrode, die auf dem Sensorelement 14 als Referenzelektroden 64 und 66 vorhanden sein kann, wie auf Abbildung 3 gezeigt. Ein geeignetes Beispiel eines hydratisierenden Fluids 22 ist eine wässerige Lösung aus folgenden Bestandteilen: Dinatrium-Wasserstoff- Phosphat, Kalium-Dihydrogen-Phosphat, Natriumbikarbonat und Natriumchlorid. Eine solche Lösung kann eine variierende Menge der einzelnen Konstituenten enthalten, am besten aber wird die Menge im Falle der vorstehend erwähnten Salze in der aufgeführten Reihenfolge folgendermassen bemessen: 4,8; 13; 22 und 12,5 in Millimol/kg Wasser. Die Menge hydratisierendes Fluid 22 in Kanal 12 oder der Vielzahl an Kanälen ist mindestens ausreichend für die Abdeckung oder Wahrung des Kontaktes mit einem oder mehreren Sensoren. Zum Beispiel könnten Dichtungen 30 und 28 der Abbildungen 1 und 2 sich eher in Kanal 12 als an der Öffnung befinden, um das hydratisierende Fluid 22 in Kontakt mit dem einen oder mehreren Sensoren zu halten. In dieser Situation handelt es sich bei den Dichtungen 28 und 30 eher um Stöpsel als um foliengefütterte Dichtungen.
Abbildung 4 zeigt eine alternative Ausführung eines Gehäuses 10 zu jenem nach Abbildung 1 und 2 in welchem der Spitzenquerschnitt 38 ein Spiegelbild oder nahezu ein Spiegelbild des Spitzenquerschnitts 36 am anderen Ende des Gehäuses ist. Der Unterschied zwischen der Ausführung nach Abbildung 4 und jener von Abbildung 1 besteht somit darin, dass das Gehäuse 10 mit den spiegelbildähnlichen Spitzenquerschnitten 36 und 38 keinen konisch erweiterten Abschluss 40 nach Abbildung 1 hat. Abbildung 4 ist ein Seitenriss ohne das hintere Teil 34, Sensorelement 14 und das elektrische Anschlussmittel 16 gemäss Abbildung 1 und das elektrische Isolationsmittel 54 gemäss Abbildung 2. Abbildung 4 hat wenigstens einen Kanal 12 mit Öffnungen 24 und 26, die durch Dichtungen 28 und 30 versiegelt sind. In dieser Ansicht wird der Innenraum 82 gezeigt, wo sich das Sensorelement 14 befindet. Da das Sensorelement 14 jede geometrische Form haben kann, sollte der Innenraum von passender Form sein, um das Sensorelement 14 aufzunehmen und die Zwischenräume mit Möglichkeit eines Austretens der hydratisierenden Flüssigkeit und des einhergehenden Kontaktes mit dem Mittel zur Ausbildung eines Stromkreises 20 oder Kabel 16 möglichst gering zu halten. Weiter zeigt Abbildung 4 den Schlitz 84, welcher Teil des Schlitzes und Zapfensatzes 52 gemäss Abbildung 1 ist. Dieser Schlitz trägt zur Ausrichtung der Befestigung der Rückseite 34 bei. Wie in Abbildung 2 gezeigt, verläuft der Schlitz schräg über die Unterseite des oberen Querschnitts 32 von Gehäuse 10. In Funktion des Formungsverfahrens für die Herstellung des Sensorsatzes kann Leerraum 86 gemäss Abbildung 4 vorhanden sein oder fehlen.
Abbildung 5 zeigt eine weiteren Grundriss auf der schrägen Ebene 5-5 von Abbildung 4. Hier ist der Innenraum 82 von passendem Ausmass für die Unterbringung eines entsprechend bemessenen Sensorelementes (nicht gezeigt), zwecks vollständigem Auffüllen des Raums und Darstellung von Wänden, nicht nur für Kanal 12, sondern auch für die Kanäle 60 und 62. Die Kanäle 60 und 62 werden über die Kreuzungsquerschnitte 88 und 90 zu Kanal 12 vereingt. Als alternative Ausführung, die auf Abbildung 5 zwar nicht gezeigt wird, können ähnliche Verbindungsquerschnitte am anderen Ende der Kanäle 60 und 62 als Anschluss an Kanal 12 vorhanden sein. Der Unterschied zwischen den Kanälen 60 und 62 und Kanal 12 besteht darin, dass erstere Nebenkanäle sind, die nicht durch Gehäuse 10 fliessen, aber für den Fluidfluss zum Hauptkanal 12 zusammengefügt werden. Die Durchmesser der Kanäle kann der gleiche sein oder der Durchmesser der Kanäle 60 und 62 ist kleiner als jener von Kanal 12.
Wie in Abbildung 18 gezeigt, sind die Mehrheit der Kanäle bevorzugt mit den Elektroden und Sensoren in einer Weise assoziiert, das ein oder mehrere Sensoren 18 von Sensorelement 14 im Kanal 12 angeordnet sind, während andere Sensoren 18 oder Elektroden sich auf dem Sensorelement 14 für die Positionierung in den Nebenkanälen 60 und 62 befinden. In dieser Anordnung befinden sich die Sensoren für die Messung des Partialdrucks von Sauerstoff und Elektroden oder Sensoren für die Messung der Partialdrücke von Kohlendioxid und die pH-Messungen bevorzugt in Kanal 12, während die Kanäle 60 und 62 jeder eine Referenzelektrode 64 bzw. 66 haben. Wenn sich das hydratisierende Fluid 22 in den Kanälen 60 und 62 befindet, wird das Fluid in Kanal 12 leichter durch das Probenfluid verdrängt, das im Vergleich zu Fluid 22 in den Kanälen 60 und 62 zu messen ist. Aus diesem Grunde messen die Referenzelektroden 64 und 66 als Referenz ein bekanntes Fluid für den Vergleich mit den Messungen eines Probenfluids in Kanal 12.
Gehäuse 10 weist eine Vielzahl von Anschlussöffnungen für die leichtere Befestigung von Sensorelement 14 in seiner Position im Innenraum 82 und die leichtere Befestigung zwischen dem oberen Querschnitt 32 und dem unteren Querschnitt 34 auf. Die bevorzugte rechteckige Form des Innenraums 82 wird in Abbildung 5 gezeigt. Die Anzahl von Anschlussöffnungen 92 kann zwischen rund 2 bis rund 8 schwanken, obwohl es auch höhere Zahlen sein dürfen, wobei ihre geometrische Formgebung von Kreisen bis zu Schlitzen und Rechtecken, usw. für mechanische oder chemische Befestigungen variieren kann. Die mechanische Befestigung kann aus Plastik- oder Metallnieten oder Verbindungselementen wie Schrauben bestehen; die chemische Befestigung kann aus Klebstoffen bestehen, vorzugsweise aushärtenden Klebstoffe wie UV-gehärtete Klebstoffe. Abbildung 5 zeigt acht Befestigungsöffnungen (92A - 92H).
Die bevorzugte Anzahl von acht Befestigungsöffnungen ist so angeordnet, dass sich zwei dieser Befestigungsöffnungen , 92C und 92E zwischen Kanal 12 und Nebenkanal 62 und weitere zwei Befestigungsöffnungen, 92D und 92F zwischen Hauptkanal 12 und Nebenkanal 60 befinden. Die anderen vier Befestigungsöffnungen befinden sich ausserhalb der Kanalreihe, vorzugsweise in Nähe der Ecken des Innenraums 82, damit die Befestigungsöffnungen 92A und 92B sich in den beiden Ecken des einen Endes von Innenraum 82 befinden und die Befestigungsöffnungen 92G und 92H in den anderen zwei Ecken von Innenraum 82. Die Befestigungsöffnungen 92 erstrecken sich von der inneren Oberfläche 94 des Gehäuseteils 32 bis zur äusseren Oberfläche 80 in Abbildung 4 von Gehäusequerschnitt 32, zwecks Schaffung eines Standorts für die Befestigungsmittel von aussen oder ausserhalb von Gehäuse 10 in den Innenraum 82 hinein, falls er Sensorelement 14 beinhaltet.
Weiter zeigt Abbildung 5 den inneren kreisförmigen Raum 42, als Phantomzeichnung, Schlitz 48, Öffnung 24 und Dichtung 28. Am distalen Ende von Gehäuse 10 wird Spitze 36 gezeigt, mit einem Teilausschnitt für eine Ansicht von Kanal 12, welcher mit Dichtung 30 auf Öffnung 26 versiegelt ist. Weiter wird Leerraum 86 in Abbildung 5 gezeigt, der vorhanden ist, um an Materialeinsatz zu sparen und das Gewicht des Sensorsatzes geringer zu halten. Der Leerraum 86 kann sich vollständig durch die Gehäusequerschnitte 32 bzw. 34 von Gehäuse 10 erstrecken. Die Befestigungsmittel von Glied 32 für die Verbindung mit Glied 34 werden in Abbildung 5 bei 72 und 76 als länglich verlaufende Versteifungsrippen entlang der Aussenseite des flachen Anteils von Gehäuseteil 10 gezeigt.
Abbildung 6 zeigt einen Querschnitt des anliegenden Abschlusses des Sensorsatzes mit Öffnung 24 von Kanal 12. Der Kanal erstreckt sich in den konisch erweiterten abschliessenden Querschnitt 40 des Sensorsatzes, um die Spitze 38 für Kanal 12 zu formen. Zwischen Spitze 38 und Rand 44 des konisch erweiterten Abschlusses 40 befindet sich der innere ringförmige Raum 42. Über den ringförmigen Raum 42 hinaus in das Gehäuse 10 in Richtung des Innenraums 82 erstreckt sich die Feststellvorrichtung 96 auf beiden Aussenseiten der Spitze 38 für die Bildung der mehr oder weniger ebenen Anteile von Gehäuse 10. Im rechten Winkel zur peripherischen Oberfläche des konisch erweiterten Abschlusses 40 ragen die Auskragungen 98 und 100 nach aussen. Diese Auskragungen ragen über einen kurzen Abstand nach aussen, vorzugsweise in der gleichen Ebene, damit sie entlang der gleichen Längsache von Gehäuse 10 wie die Versteifungsrippen 56 und 58 gemäss Abbildung 3 verlaufen.
Diese Auskragungen erleichtern die Handhabung des Sensorsatzes, wenn er an eine Spritze (nicht gezeigt) angeschlossen wird. Wie bereits vorstehend besprochen, kann der innere ringförmige Raum 42 eine Leur-Verbindung für die Befestigung wie in Abbildung 6 an eine konventionelle Spritze aufnehmen.
Abbildung 7 zeigt einen Schnitt des distalen Endes von Sensorgehäuse 10. Der Spitzenquerschnitt 36 bietet ein Gehäuse für Kanal 12 mit Öffnung 26 auf dieser distalen oder Einlaßseite. Weiter werden Versteifungsrippen 56 und 58, die von Gehäuse 10 aus verlaufen, abgebildet. Wie bereits erwähnt und in Abbildung 6 dargestellt, sind die Auskragungen 98 und 100 Ausläufer dieser Versteifungsrippen, angesichts der Tatsache, dass die Figuren 6 und 7 die engegengesetzten Abschlüsse von Gehäuse 10 in einer Umdrehung auf der gleichen horizontalen Ebene um 1800 sind. Der Innenraum 82 wird über und unter und zur einen Seite von Kanal 12 gezeigt. Der Spitzenquerschnitt 36 erstreckt sich über den Ansatzbereich 102 des im wesentlichen ebenen Querschnitts von Gehäuse 10 gemäss Abbildung 5.
Abbildung 8 zeigt einen Schnitt auf der Ebene 8-8 von Abbildung 5 des Gehäusequerschnitts 32 des Sensorsatzes. Glied 32 hat einen Anteil des Innenraums 82, der durch eingerückte Befestigung von Gehäuseteil 34, wie in Abbildung 1 gezeigt, abgeschlossen wird. Abbildung 8 zeigt eine Drehung von 90º auf der gleichen Ebene im Uhrzeigersinn im Vergleich zu Abbildung 3. Weiter werden die Befestigungsöffnungen 92F und 92E gezeigt. Die Befestigungsöffnungen 92F und 92E sind eine über und die andere unter Kanal 12 angeordnet. Über Befestigungsöffnung 92F und 92E sind die Nebenkanäle 60 bzw. 62 vorhanden. Befestigungsmittel 72 und 76 des Gehäuseteils 32 werden in eingerückten Befestigungsposition mit den Befestigungsmitteln 74 und 78 des Gehäuseteils 34 für die Befestigung der beiden Gehäuseteile 32 und 34 gezeigt. Ein weiterer Querschnitt der Schlitze 68 und 70, die sich der Länge nach über die äussere Oberfläche von Gehäuseteil 32 (Abbildung 4) wie 80 erstrecken, wird in Abbildung 8 gezeigt.
Abbildungen 9, 10 und 11 zeigen Gehäuseteil 34 des Sensorsatzes.
Abbildung 9 ist ein Seitenriss des hinteren Teils von Gehäuse 10 mit einem Zungenquerschnitt 104, wobei letzterer bei Befestigung an Glied 32 den Leerraum 86 nach Abbildung 5 deckt.
Bei Befestigung der Gehäuseteile 32 und 34 passt sich Zunge 104 in die Form von Ansatz 102 des oberen Querschnitts, wie in Abbildung 10 deutlicher gezeigt wird. Weiter erstreckt sich Lippe 106 von der Aussenoberfläche 108 von Gehäuseteil 34 in einer Art und Weise, dass bei Paßsitz von Glied 34 mit Glied 32 eine schlitzartige Öffnung für das Kabelbefestigungsmittel 16 der elektronischen Verbindung mit dem Sensorsatz entsteht. Deckel 110 ist passendes Anschlussteil zu Schlitz 84 von Gehäuseteil 32. Deckel 110, der Teil von Satz 52 gemäss Abbildung 1 ist, kragt vorzugsweise in einem Winkel von rund 90º von der Innenoberfläche 112 aus, gemäss Abbildung 11 von Glied 34.
Deckel 110 gleitet ausfüllend in Schlitz 84, wobei beide die Längsache von Glied 34 bzw. 32 als Führung für die Befestigung dieser Glieder überqueren. Natürlich kann die Deckel- und Schlitzvorrichtung durch jede Führung in jeder Art und an jedem Standort der Glieder 32 und 34 angeordnet sein, um ihre Befestigung zu erleichtern, solange dadurch keine Störung von Sensorelement 14 entsteht.
Deckel 110 und Schlitz 84 und Lippe 106 für den Kabelschlitz befinden sich vorzugsweise dort, wo sie in den Abbildungen gezeigt werden. Diese Anordnung ermöglicht dem Kabelbefestigungsmittel 16 die Verbindung mit dem Gehäuse 10 am oder in Nähe vom naheliegenden Abschluss von Gehäuse 10 sowie einen Verlauf um das distale Ende des Gehäuses für den Anschluss an das Mittel für die Ausbildung eines Schaltkreises 20. Auf diese Weise kann das Kabel in einem beträchtlichen Abstand von der Längsache des Innenraums 82 verlaufen, um den Wärmeverlust des Sensorelements 14 durch das Kabel zu hemmen.
Wie in Abbildung 9 gezeigt, hat Glied 34 ein Seitenelement, dass seitlich in einem Winkel von rund 90º von jeder Seite der Innenoberfläche 112A von Glied 34 ausragt. Eine dieser Seiten wird in Abbildung 9 als 114A gezeigt, während sich Seite 116A in einem seitlichen Spiegelbild hinter Seite 114A in Abbildung 9, wie in Abbildung 11 gezeigt, erstreckt. Die seitlich ausragenden Teile 114A und 116 ragen als Verbindungsteil für die vorzugsweise seitliche Befestigung von Gehäuseteil 32 aus. Wie gezeigt hat die Seite 114A eine Versteifungsrippe, die Versteifungsrippe 56 von Abbildung 3 entspricht und über die Längsachse der Seite verläuft und vorzugsweise in einem Winkel von rund 90º von Seite 114A ausragt.
Abbildung 10 zeigt einen Grundriss von Glied 34 auf der Ebene 10-10 von Abbildung 9 sowie ein Zungenglied 104 und Lippenteil 106, die beide von einer Seite ausgehen und quer bis fast oder ganz zur anderen Seite verlaufen. Zusätzlich befindet sich Seite 118 auf dem Rückenteil für die Einfügung des chemischen elektronischen Isolationsmittels 54. Deckel 110 wird als Phantomzeichnung gezeigt und die sich seitlich erstreckenden Seiten verlaufen annäherungsweise im rechten Winkel zur Ebene der Aussenoberfläche 108.
Abbildung 11, eine stirnseitige Ansicht von Glied 34 auf der Ebene 11-11 von Abbildung 9, zeigt Deckel 110, der seitlich und annäherungsweise im rechten Winkel zur Ebene von Oberfläche 108 in dieser Ansicht auskragt. Die seitlich verlaufenden Seiten 114A und 116A haben jede von ihnen Befestigungsmittel 74 und 78 für die passende Verbindung der Befestigungsmittel 72 bzw. 76 auf Glied 32. Die Versteifungsrippen 56 und 58 werden seitlich von den Seiten 114A bzw. 116A auslaufend gezeigt. Weiter wird Loch 118A als Phantomzeichnung gezeigt.
Abbildung 12 zeigt Kanal 12 im Verlauf durch Gehäuse 10 der Länge nach in einem Aufriss der Kontur von Kanal 12, geformt über die Längsachse auf der Innenseite des Gehäuses. Die Konturen nach Abbildung 12 und 13 werden als Phantomzeichnung in Abbildungen 1 bzw. 2 gezeigt. Abbildung 12 ist eine Draufsicht des Kanals auf der Ebene 13-13 von Abbildung 13. Abschnitt 12a zeigt diesen Abschnitt des Kanals, der von Spitze 36 in Abbildung 1 ausgeht. Abschnitt 12b ist jener Abschnitt des Kanals, der durch den Ansatzquerschnit 102 von Abbildung 5 von Gehäuse 10 zum inneren Hohlraum verläuft. Abschnitt 12c ist jener Teil des Innenraums 82 von Gehäuse 10, der aus Gehäuseteil 32 und Sensorelement 14 gebildet wird und Raum 82 zwischen dem oberen Glied 32 und dem unteren Glied 34 besetzt. Der Kabelanschluss 16 verläuft vorzugsweise zwischen Sensorelement 14 und Gehäuseteil 34. Abschnitt 12c hat vorzugsweise einen grösseren Durchmesser als jener von 12a oder 12c, obwohl er auch den gleichen Durchmesser haben könnte. Abschnitt 12d zeigt jenen Querschnitt des Gehäuses, der von Spitze 38 eingeschlossen wird und vom Innenraum 82 zum konisch erweiterten Abschluss 40 des Gehäuses ausläuft. Dieser Abschnitt hat vorzugsweise einen grösseren Durchmesser für das Ankoppeln an ein Fluidsammeldruckgerät wie eine Spritze.
Der Aufriss von Abbildung 13 zeigt erneut Abschnitt 12a, von dem ein Querschnitt auf Ebene 14-14 in Abbildung 14 gezeigt wird. Wie in Abbildung 14 gezeigt wird, hat Kanal 12 an diesem Standort einen kreisförmigen Querschnitt und besteht aus dem Abschnitt, der durch Spitze 36 gebildet wird. Wie in Abbildung 13 gezeigt, wird die Neigung auf dem Grund des Kanals 12 mit ansteigender Grundebene gemäss Abbildung 13 auf Höhe des Querschnitts auf Ebene 15-15 grösser. Der Querschnitt mit Darstellung auf Abbildung 15 auf Ebene 15- 15 gemäss Abbildung 13 zeigt einen flach verlaufenden unteren Abschnitt von Kanal 12 für Abschnitt 12b. Hier hat Kanal 12 einen flachen Grund beim Einlass in den flachen Abschnitt von Gehäuse 10. Abschnitt 12c erstreckt sich der Längsache des flachen Querschnitts von Gehäuse 10 entlang und hat einen Querschnitt gemäss Abbildung 16, welcher auf Ebene 16-16 von Abbildung 13 verläuft. Auf der Querschnittsebene 17-17 von Abbildung 13 wird der Grund durch Feststellvorrichtung 96 von Abbildung 6 für das Ankoppeln eines Geräts, wie einer Spritze gekerbt. Nach dem Punkt auf Abbildung 13 auf Ebene 17 wird der Durchmesser von Kanal 12 erneut weiter. Zweck der Verengung und Erweiterung des Durchmessers von Kanal 12 ist der Erhalt eines Mindestdurchmessers für eine Standard Leur-Verbindung, wie die einer Spritze. Der Abschnitt von Kanals 12 gemäss Abbildung 13 entspricht jenem, der vorzugsweise durch den Gehäusequerschnitt 32 gebildet wird. Der andere Gehäusequerschnitt 34 bildet einen geringen oder gar keinen Abschnitt von Kanal 12. Der Anfang von Abschnitt 12d hat einen Querschnitt gemäss Abbildung 17 wo der Kanal vom flachen Querschnitt in den konisch erweiterten Endquerschnitt 40 von Gehäuse 10 ausläuft. Ein Querschnitt des Abschlußstücks von Kanal 12 wird in Abbildung 6 gezeigt und wird durch Spitze 38 gebildet.
Der Sensorsatz wird durch Anbringung von Sensorelement 14 mit einem oder meherern Sensoren 18 mit unhydratisierten Membranen vorbereitet; bevorzugt werden drei Sensoren 18, eine für die Messung des Partialdrucks von Sauerstoff, eine weitere für die Messung des Partialdrucks von Kohlendioxid und eine dritte für die pH-Messung der Fluide, vorzugsweise Fluide wie Blut. Das Sensorelement 14 befindet sich im Innenraum 82 von Gehäuseteil 32, wie in Abbidungen 1, 2, 4 und 5 gezeigt. Das elektrische Anschlussmittel 16 ist elektrisch an das Sensorelement 14 angeschlossen. Wenn das Sensorelement 14 in den Innenraum 82 gebracht wird, befindet sich dieser elektrische Anschluss vorzugsweise am distalen Ende, obwohl er sich auch am näherliegenden Ende von Gehäuse 10 befinden könnte. Das Kabel verläuft der Länge von Sensorelement 14 zwischen Element 14 und dem Gehäuseteil 14 entlang und verlässt das Gehäuse 10 am naheliegenden proximalen Abschlussteil 40. Die Befestigung von Kabel 16 zum nichtleitenden Substrat von Sensorelement 14 kann durch jedes Befestigungsmittel erfolgen, das den Fachleuten der Befestigung von Kabeln an Substrate für elektronische Schaltkreise bekannt ist. Weiter wird vorzugsweise ein Schaumstück zwischen dem elektrischen Befestigungsmittel 16 und Gehäuseteil 34 angebracht, damit das Sensorelement 14 einen gleichmässigen Druck auf den Boden der Gehäusequerschnitts 32 ausübt. Das Gehäuseteil 34 wird mit Gehäuseteil 32 über Zapfen- und Schlitzvorrichtung 110 und 84 ausgerichtet und vorzugsweise durch Befestigungsmittel 72, 74, 76 und 78, wie in Abbildung 8 gezeigt, eingerastet. Es wird ein UV-aushärtbarer Klebstoff an wenigstens einige der Befestigungsöffnungen 92a bis 92h sowie vorzugsweise die Innenfläche von Gehäuseteil 32 mit Dochtwirkung angebracht. Jeder geeignete Klebstoff, der Fachleuten des Verklebens von Polymerteilen auf keramische oder Glassubstrate bekannt ist, kann eingesetzt werden, vorzugsweise empfiehlt sich der Einsatz eines UV-aushärtbaren Klebstoffs, der im ausgehärteten Zustand im wesentlichen wasserundurchlässig ist. Ein Beispiel nicht ausschliessender Art für ein geeignetes Material ist der UV-aushärtbare Epoxyklebstoff P/N 10033, der bei Verkäufern von elektronischem Material erhältlich ist. Dieser Klebstoff kann weiter mit rund 0,005 Gewichtsprozent organischem Färbstoff Polychrom blau eingesetzt werden, um die Einzelheiten des Klebstoffs sichtbar zu machen. Bevor das Gehäuse mit dem Klebstoff an einen Ort für die UV-Aushärtung des Klebstoffs gebracht wird, muss dem Klebstoff vorzugweise ermöglicht werden, durch Dochtwirkung in die Innenöffnung 82 entlang der Oberfläche von Gehäuseteil 32 zu gelangen. Die Dochtwirkung des Klebstoffs innerhalb des Hohlraums findet vorzugsweise auf beiden Seiten der Nebenkanäle statt. Die eingesetzte Menge Klebstoff ermöglicht eine Dochtwirkung über die Länge des unteren Teils von Querschnitt 32 auf beiden Seiten von Kanal 12 und unter dem Kanal, damit das Klebmuster des Klebstoffes auf beiden Seiten von Kanal 12 nahezu durchgehend ist. Das Aushärten kann in jedem handelsüblichen UV-Aushärtungsofen mit oder ohne Fördermittel stattfinden. Nach dem Aushärten des mit Dochtwirkung aufgetragenen Klebstoffes wird das Gehäuse 10 auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Der mit UV-Licht ausgehärtete UV-Klebstoff wird nun vorzugsweise in die Befestigungsöffnungen gebracht und erneut in den UV-Aushärtungsofen gebracht.
Nach der Verbindung der Gehäuseteile mit Klebstoff wird das elektronische Isolationsmittel, vorzugsweise ein Epoxy, das bei Zimmertemperatur und atmosphärischem Druck aushärtet, durch Loch 118 in Glied 34 gefüllt, wie in Abbildung 10 gezeigt wird, und zwar in den Innenraum 82, der nicht schon besetzt ist. Um den Aushärtungsgrad zu erhöhen, wird das Gehäuse vorzugsweise für rund zwei Stunden bei 60ºC in den Ofen gebracht. Nach Aushärtung oder Abbindung des elektronischen Isolationsmaterial, wie dies bei Epoxymaterial der Fall ist, kann das Gehäuse 10 mit Druckluft bei einem Druck von rund 6,9 10&sup4; Pα (10) bis rund 1,04 10&sup5; pα (15 psi) druckluftgeprüft werden.
Nach der Verbindung der Gehäuseteile für die Aufnahme von Sensorelement 14 und Kabel 16 wird eine Öffnung von Kanal 12 versiegelt; letztere kann entweder Öffnung 24 sein, die mit Dichtung 28 versiegelt wird oder Öffnung 26, die mit Dichtung 30 versiegelt wird, entweder durch Hitzeversiegelung, oder aber vorzugsweise durch Induktionsversiegelung. Nach dem Versiegeln des einen Endes wird das hydratisierende Fluid 22 in Kanal 12 und jeden Nebenkanal gegeben, um alle Kanäle im wesentlichen zu füllen, obwohl geringe Mengen von Luftblasen in den Kanälen erlaubt sind; vorzugsweise aber werden die Kanäle bis zu ihrer vollständigen Aufnahmekapazität aufgefüllt.
Das Versiegeln von Kanal 12 mit den Dichtungen 28 und 30 ist von der Anwesenheit oder Abwesenheit von mechanischen Befestigungsmitteln, wie Deckel oder ähnliches und von der Art des thermoplastischen Klebstoffpolymers abhängig. Bei Vorhandensein eines Deckels kann entweder das Heissversiegelungs- oder das Induktionsversiegelungsverfahren eingesetzt werden; jeder Deckel für die Abdeckung einer Öffnung in einem Plastikgefäss, wie Drehverschluss oder einrastender Verschluss, welcher den Fachleuten bekannt ist, kann eingesetzt werden. Mit dem Einsatz eines Dreh- oder einrastenden Verschlusses können die Dichtungen 28 und 30 auf den Deckel und der Deckel auf eine der Öffungen 24 oder 26 von Kanal 12 gebracht werden. Im allgemeinen erfordert die Versiegelung die Lösung des Problems der Haftung der Dichtung auf einem Kunststoff- oder Polymersubstrat in einer eventuell feuchten Umgebung, weil sich nach der Zugabe des hydratisierenden Fluids Feuchtigkeit oder Flüssigkeit auf der Oberfläche der Spitzen 36 und 38 befinden können.
Mit den Kanälen mit Deckelverschluss können eine Vielzahl von Gehäusen 10 hitze- oder induktionsversiegelt werden. Die Heissversiegelungstemperatur und der durch den Deckel angesetzte Druck kann je nach Art des heissversiegelbaren Harzes, das für die Dichtungen 28 und 30 eingesetzt wird, variieren. Im allgemeinen jedoch werden ausreichende Ergebnisse durch ein Heissversiegelungsverfahren bei einer Temperatur über dem Schmelzpunkt des heissversiegelbaren Harzes erreicht und der Druck reicht aus, wenn er keinen übermässigen oder wesentlichen Abfluss von heissversiegelbarem Harz von dem zu versiegelnden Bereich verursacht. Für die Heissversiegelung eines heissversiegelbaren Polypropylenharzes beträgt der Versiegelungsdruck eines Drehverschlusses 2 bis 5 kg/cm² für Heissversiegelungstemperaturen im Bereich von 180º bis 280ºC. Für ein Polyamid, wie Nylon 12 heissversiegelbares Harz beträgt der Druck von 2 bis 7 kg/cm² bei Versiegelungstemperaturen von rund 200ºC bis 300ºC. Bei Polytetramethylen-Terephthalat beträgt der Versiegelungsdruck rund 2 bis 7 kg/cm² bei einer Versiegelungstemperatur von 220ºC bis 320ºC. Die für die Heissversieglung erforderliche Zeit schwankt in Abhängigkeit von der Stärke der heissversiegelbaren Harzschicht.
Im allgemeinen wird das Heissversiegelungsverfahren während einer Zeit durchgeführt, die ausreicht für das Schmelzen und den Verbund des versiegelbaren Harzes, z.B. 0,1 bis 5 Sekunden. Das Heissversiegelungsverfahren kann in einem Vorgang mit einer oder zwei oder mehr Phasen durchgeführt werden. In letzterem Fall können die gleichen oder andere Temperaturen und Druckbedingungen als die vorstehend erwähnten in diesen Phasen angesetzt werden. Der gebildete Dichtungsbereich wird ausgekühlt, erforderlichenfalls unter Anwendung von Druck durch wahlweise Mittel, zwecks Bildung eines versiegelten Bereichs mit guter Versiegelungswirksamkeit. Unmittelbar nach Abschluss des Heissversiegelungsverfahrens wird der versiegelte Bereich, in welchem das Harz immer noch weich oder geschmolzen ist, durch zwei positiv gekühlte Druckstangen zusammengepresst und das Harz dadurch verfestigt. Es kann jedoch jedes Verfahren für das Kühlen und Härten von Klebstoff-Polymer, das den Fachleuten bekannt ist, eingesetzt werden.
Für das Induktionsversiegeln kann im allgemeinen jedes Induktionsversiegelungsverfahren eingesetzt werden, das den Fachleuten bekannt ist. Ein Beispiel nicht ausschliessender Art für ein geeignetes Verfahren umfasst die Unterbringung von Gehäuse 10 mit Siegel 28 oder 30 an einem Ort über der Öffnung 24 bzw. 26 von Kanal 12 auf der flachen Oberfläche eines Randes von einer der Spitzen 36 bzw. 38. Die Dichtung wird über der Öffnung an die richtige Stelle gebracht, worauf Druck auf jenen Bereich dieses Abschlussteils des Gehäuses mit der Dichtung über der Öffnung ausgeübt wird, der elektromagnetischen Hochfrequenzwellen ausgesetzt ist. Ein geeignetes Einrichtungsteil ist erhältlich bei Giltron, Inc., Medfield, Massachusetts 02052, und wird unter dem Namen Foil Sealer Induction Heat Sealer, Model PM1 geführt. Die Aluminiumfolie auf der Dichtung wird lokal auf eine Temperatur erwärmt, bei der sie heiss wird und die anliegende Harzschicht schmilzt. Die geschmolzene Harzschicht haftet auf der oberen horizontalen Fläche des Spitzenrandes um die Öffnung herum. Das hydratisierende Fluid wird in der vorstehend erwähnten Weise in den Kanal gebracht und die andere Dichtung über die andere Öffnung an der anderen Spitze gebracht und in der gleichen Weise der Induktionswärme für die Versiegelung des anderen Endes ausgesetzt.
Wenn der Sensorsatz sterilisiert werden muss, kann der Sensorsatz mit dem abgedichteten Kanal durch Gammasterilisierung oder Pasteurisierungs-Sterilisierung sterilisiert werden. Ein Beispiel nicht ausschliessender Art eines Pasteurisierungsverfahren, die mit dem Steriliseriungsbehälter dieser Erfindung eingesetzt werden können, besteht in der Erhitzung eines oder mehrerer von ihnen auf eine Temperatur von rund 70ºC während acht Stunden. Die Gammasterilisierung kann unter Einsatz von jeder Gammasterilisierungseinrichtung, wie sie den Fachleuten bekannt ist, eingesetzt werden.
Ein Beispiel nicht ausschliesslicher Art für ein Sensorelement wird in den Abbildungen 19-22 gezeigt; das bevorzugte Sensorelement 14 wird auf Abbildung 21 gezeigt. Die nachfolgende Beschreibung dieser Abbildungen setzt neue Referenznummern ein, die für Bestandteile eingesetzt werden, die vorher im Zusammenhang mit dem vorstehend beschriebenene elektrochemischen Sensorsatz diskutiert worden sind.
Abbildung 19 zeigt eine Planar-Draufsicht einer Seite eines Verdrahtungssubstrates, nachstehend als "Platine" bezeichnet, mit wenigstens einem elektrochemischen Sensor 14 dieser Erfindung, wobei die Bestandteile besondere Formen haben. Jede andere Form als die auf Abbildung 19 gezeigte, die den Fachleuten dieser besonderen Bestandteile bekannt ist, kann eingesetzt werden.
Die verbesserte Verdrahtungsplatine 14 kann mit jeder beliebigen Anzahl der wohlbekannten Verfahren für die Herstellung schichtförmiger oder integrierter Stromkreise gefertigt werden: z.B. Dickfilmverfahren, Dünnfilmverfahren, metallisches Verstärken, Drucklaminieren, und photolithographische Ätzung u.a.m., wobei jedoch das Dickfilmverfahren bevorzugt wird.
Das Substrat 112 auf beiden Seiten der Platine 14 kann aus jedem Glas oder Keramik sein, einschliesslich Tafel oder Chip oder nichtleitendes Substrat, wie nichtleitende Polymere oder handelsübliche Fritte, mit Einsatzmöglichkeit als im wesentlichen glatte, flache Oberfläche auf dem Substrat 112. Beispiele nicht ausschliesslicher Art sind das den Fachleuten für die Herstellung von Dickfilmschaltkreisen bekannte Borsilikatglas. Zu den Beispielen nicht ausschliesslicher aber bevorzugter Art gehört die keramische Basis mit rund 96% Al203, wie das handelsübliche Produkt von Coors Ceramic Company, Grand Junction, Colorado.
Die Substratschicht 112 ist im wesentlichen flach; es kann jedes den Fachleuten der Herstellung gedruckter Schaltungen bekannte Substrat eingesetzt werden. Bevorzugt wird die Zusammensetzung ein Substrats, die einem Elektrolyt mit einem pH-Wert von 6 bis 9 pH oder mehr standhält und während einer beträchtlichen Zeitperiode keinen Schaden erleidet.
Wie am besten aus Abbildung 19 ersichtlich wird, ist die Platine 14 mit einer Anzahl von Elektroden ausgerüstet, insbesondere mit Elektroden, die nützlich für die Messung von Blutgas-Sauerstoff, Kohlendioxid und pH-Messungen sind. Die Platine 14 ist weiter mit einem Thermistor 138 und einer Widerstandanordnung 176 ausgerüstet, um die Temperatur auf der Platine jederzeit anzugeben, sowie weiter mit Referenzelektroden für die Schaffung einer genauen Referenzspannung, die alle nachstehend im Einzelnen ausgeführt werden.
Auf der Substratschicht 112 gibt es eine metallische Schicht mit einem Leitungsmuster 114 mit einer Anzahl Leitungen als elektronische Leitungswege zwischen einer Spannung oder externen Spannungsquelle zur Platine 14 (nicht gezeigt) und jeder der Komponenten. Diese Leitungen bilden die Übertragungssektion, in welcher jede Leitung an eine Komponente an ihrem Ende angeschlossen ist. Diese vielfachen Leitungen haben weiter die Fähigkeit, Spannungsänderungen von einer der Komponenten von Platine 14 an den Analysator (auf dieser Abbildung nicht gezeigt) zu übertragen.
Die den pH-fühlende Elektrode 116 befindet sich am Ende der Leitung 118; die Elektrode für die Kohlendioxidführung befindet sich am Ende der Leitung 122; der Sauerstoff-Sensor 124 ist mit einer Anode 126 am Ende der Leitung 128 ausgerüstet; die Referenzelektrode 130 befindet sich am Ende der Leitung 132, die sich von der Anode 126 bis zum Sauerstoff-Sensor 124 erstreckt; der Sauerstoff-Sensor 124 ist weiter mit einer Kathode 134 versehen, die sich am Ende der Leitung 136 befindet; Thermistor 138 befindet sich am Ende von Leitung 140 und 142.
Wie in Abbildung 20 gezeigt, hat die metallische Schicht mit einem Leitungsmuster 114 externe Leitungen 146-160 auf der anderen Seite des Substrats 112. Obwohl diese externen Leitungen 146-160 auf der anderen Seite von Substrat 112 gezeigt werden, können sie sich auch auf der gleichen Oberfläche wie ihre assoziierten metallischen Leitungsmuster und Komponenten befinden.
Die externen Leitungen 148-158 werden leitungsmässig mit den Komponenten der auf Abbildung 19 dargestellten Seite der Substratschicht 112 assoziiert und die externen Leitungen 146 und 160 befinden sich in einem metallischen elektrischen Leitungskontakt mit einer Dickfilmheizvorrichtung 174, die auf der in Abbildung 20 dargestellten Seite der Substratschicht 112 angebracht ist. Die Heizvorrichtung 174 durchquert die Platine in Serpentinen, um ein Hitzegitter im nichtleitenden Substrat zu bilden, wobei deren Funktion noch nachstehend beschrieben wird.
Die externen Leitungen 152 und 156 befinden sich in einem metallischen Leitungskontakt mit einem Widerstand 176, der ebenfalls auf der in Abbildung 20 dargestellten Seite der Substratschicht 112 angebracht ist. Der Widerstand 176 befindet sich in einem Halbbrückenverhältnis mit Thermistor 138 und teilt als solcher zusammen mit Thermistor 138 eine gemeinsame externe Leitung 152; Thermistor 138 befindet sich ebenfalls in metallischem elektrischem Leitungskontakt mit der externen Leitung 152. Die Funktion der Anordnung von Thermistor 138 und Widerstand 176 wird noch nachstehend beschrieben werden.
Die metallische Schicht mit einem Leitungsmuster 114 wird durch Abscheidung einer metallischen Druckpaste auf ein Substrat mit dem gewünschten Leitungsmuster für die Ausbildung von leitenden Verbindungen gebildet. Beispiele nicht ausschliessender Art für geeignete hitzebeständige Metalle sind: Edelmetalle wie Platin (Pt), Ruthenium (Ru), Palladium (Pd), Rhodium (Rh), Iridium (Ir), Gold (Au) oder Silber (Ag) oder andere herkömlicherweise als Clark-Zellen und andere ISE eingesetzte Metalle sowie Legierungen davon. Ein Beispiel nicht ausschliessender aber bevorzugter Art einer geeigneten Paste ist Silberpaste vom Typ gemäss Herstellung und Lieferung durch Electro-Science Laboratories, Inc. unter dem Handelsnamen ESL 99112.
Die metallische Schicht 114 wird getrocknet, um das vorstehend erwähnte Bild elektronischer Leitungswege 118, 122, 128, 132, 136, 140 und 142 von Abbildung 19 zu bilden.
Jedes den Fachleuten bekannte Verfahren für die Herstellung eines metallischen Leitungsmuster hinreichender Dicke kann eingesetzt werden. Leitungsweg 128 ist vorzugsweise mit Erdung 129 versehen.
Bei der Silberpaste handelt es sich vorzugsweise um eine ofengetrocknete und bei hoher Temperatur im Schmelzofen gebrannte Paste. Das Brennen kann bei Temperaturen im Bereich von rund 800ºC bis 950ºC während einer Zeit von 1 bis 20 Minuten vorgenommen werden. Mit diesem Verfahren beträgt die Dicke der metallischen leitenden Schaltbildes normalerweise rund 0,0125 mm (,0005) bis 0,025 mm (,001 Inches). Obwohl die vorstehend erwähnten Bedingungen zu den bevorzugten gehören, können auch allgemeine Bedingungen für den Erhalt einer geeigneten Dicke eingesetzt werden, wenn die Dicke im allgmeinen von 0,01 mm (,0004) bis 0,04 mm (,0015 Inches) betragen kann.
Die vorstehend erwähnten Leitungsmuster werden in einer Glaskeramikmischung oder einem keramischen Isolationsmaterial bie Aluminiumoxid oder Spinell verkapselt. Diese Einkapselung kann von einer vollkomenen Einkapselung zu einer Einkapselung mit Ausnahme des Abschlusses des metallischen Leitungsmusters variieren.
Die vorstehend erwähnten Elektroden werden vorzugsweise in einem der Schichtverfahren hergestellt. Dies setzt voraus, dass die entsprechenden, ausgebildeten Abschlüsse unbedeckt bleiben, während die metallischen Leitungsmuster mit dem Einbettharz vollkommen zugedeckt werden. Die Einkapselung der metallischen Leitungsmuster kann variieren von der ausreichenden Verkapselung aller Leitungsmusters voneinander für die elektrische Isolation der Leitungsmuster bis zur Isolation jeder Leitungsschicht von der anderen.
Wie in Abbildung 19 ersichtlich wird, kann sich das Einbettharz über die ganze Platine von Kante bis Kante erstrecken, wie allgemein Nummmer 144 zeigt. Die Dicke der Einkapselungsschicht 144 ist vorzugsweise ausreichend für eine angemessene Abdichtung der darunterliegenden Metallschicht und die Isolation der metallischen Leitungsmuster. Die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise 120-130 Mikron.
Eine bevorzugte Glaskeramikmischung, die sich als Einbettharz eignet, wird von Electro-Science Laboratories Inc. unter dem Handelsnamen ESL 4904 hergestellt und geliefert.
Die verschiedenen Elektroden können während der Einkapselung verhüllt werden, damit sie für den Zugabe aktiver Materialien (e.g. Polymerflüssigkeiten und vorgeschnittene dünne Schichtmembrane) auf die betreffenden Elektroden an der Oberfläche der Substratschicht 112 entsprechend unbedeckt bleiben.
Dieser Prozess umfasst die Einhüllung der Elektroden durch Einsatz von Polymerfilmbeschichtung auf dem Sieb, das für den Siebdruck der Einbettharze verwendet wird. Damit bleibt das darunterliegende Silber frei für die Bildung der Elektroden für aktive Materialien. Weiter ist der Einsatz zahlreicher Schichten metallischer Leitungsschichten oder Einbettharze möglich.
Vorzugsweise wird die Zusammensetzung des Glases für das Einbettharz 144 wie beim Substrat 112 nach guter chemischer Stabilität und /oder Feuchtigkeitswiderstand sowie hoher elektrischer Isolationsfestigkeit ausgewählt. Das metallische und das Einbettmaterial werden weiter so ausgewählt, dass sie einem Elektrolyt in einer ähnlichen Weise wie die Zusammensetzung des Substrates widerstehen.
Die Geometrie der mehreren Elektroden kann durch einen Laserstrahl gestaltet werden, um die Elektrode auszuschneiden oder zu behauen und zu formen; vorzugsweise aber werden sie im vorstehend erwähnten Schaltkreis- Schichtverfahren hergestellt.
Die serpentinenhaft verlaufende Heizvorrichtung 174 und der Widerstand 176 auf der Platinenseite nach Abbildung 20 kann in einer Anzahl handelsüblicher Verfahren hergestellt werden; vorzugsweise aber handelt es sich um die Dickfilmgeräte mit Herstellung durch das vorstehend erwähnte Schichtverfahren.
Löcher 162-172 können mit dem Laser durch Substrat 112 gebohrt werden, um die metallischen Leitungen 118, 122, 128, 140, 142 und 136 gemäss Leitungsmuster der Seite der Substratschicht 112 nach Abbildung 19 mit ihren entsprechenden metallischen externen Leitungen 148-158 auf der Seite der Substratschicht 112 nach Abbildung 20 leitungsmassig zu verbinden. Im allgemeinen werden diese Öffnungen 162-172 durch konzentriertes Laserstrahlbohren erzeugt, indem durch Erhitzung einer geringen Materialmenge auf hinreichend hohe Temperatur lokal geschmolzen und/oder verdampft wird.
Die externen Leitungen 146-160 können auf der Gegenseite zur Seite der Substratschicht 112 mit der gleichen Paste und durch Brennen hergestellt werden, wie die vorstehend erwähnten metallischen Leitungsmuster. Die metallischen externen Leitungen 146-160 befinden sich im metallischen elektrischen Leitungskontakt mit den verschiedenen Komponenten auf jeder Seite der Platine. Wie bereits erwähnt stehen die externen Leitungen 146 und 160 in metallischem elektrischem Leitungskontakt mit der Heizvorrichtung 174 und die externen Leitungen 152 und 156 befinden sich in metallischem elektrischen Leitungskontakt mit einem Widerstand 176; letzterer teilt im allgemeinen die externe Leitung 150 mit dem Thermistor 138; Thermistor 138 befindet sich ebenfalls im metallischen elektrischen Leitungskontakt mit der externen Leitung 150. Die externe Leitung 158 befindet sich in metallischem elektrischen Leitungskontakt mit der Co&sub2; fühlenden Elektrode 120; die externe Leitung 148 befindet sich im metallischen elektrischen Leitungskontakt mit der pH-fühlenden Elektrode 116; die externe Leitung 148 befindet sich im metallischen elektrischen Leitungskontakt mit der Co&sub2; fühlenden Elektrode 120; die externe Leitung 152 befindet sich im metallischen elektrischen Leitungskontakt mit der Anode 126 des Sauerstoff-Sensors 124, wobei die Anode 126 eine elektrische Erdung 128 aufweist; die externe Leitung 152 befindet sich weiter im metallischen elektrischen Leitungskontakt mit der Referenzelektrode 130, die sich am Ende der Leitung 132 befindet, welche von Anode 126 des Sauerstoff-Sensors 124 ausgeht; die externe Leitung 154 ist ein metallischer elektrischer Leitungskontakt mit der Kathode 134 des Sauerstoffsensors 124.
Die Löcher 162-172 wurden durch die Substratschicht 112 gebohrt und beim Siebdrucken der metallischen Schichten werden diese elektrischen Verbindungen ausgebildet. Als Alternative können die metallischen externen Leitungen 146- 160 mit einem Multi-Kilowatt-Kohlenstoffdioxid-Laser hergestellt werden und werden bevorzugt damit hergestellt. Diese Arbeit kann vom Lieferanten des nichtleitenden Substrats ausgeführt werden; in diesem Fall wird die metallische Schicht dem Substrat hinzugefügt, damit jeder Leitungsweg elektrisch an die externe Leitung angeschlossen ist.
Die vorstehend erwähnte Verhüllung der Elektroden durch eine Polymerfilmbeschichtung des Siebes wird für den Siebdruck des Einbettungsharzes eingesetzt. Dieses Verfahren lässt das darunterliegende Silber für die Bildung der Elektroden für aktive Materialien offen liegen. Weiter können Mehrfachschichten einer metallischen leitenden Schicht oder Einbettungsharz eingesetzt werden; die äussere Schicht des Einbettungsharzes kann lösend oder thermoplastisch verbindbar sein und Polymere, wie zum Beispiel Acrylate oder Polyvinylchlorid als Hauptbestandteil des Einbettungsharzes enthalten. Zweck dieser Aussenbeschichtung oder dieses Einbettungsharzes ist die Schaffung einer betriebssicheren Oberfläche für die Befestigung von flüssig- oder festfilmartigen Membranmaterialien.
Jede der Sensorelektroden wird für die Wahrnehmung ihrer spezifischen Aufgabe hergestellt und kann aus den zahlreichen handelsüblichen Elektrodenkomponenten ausgewählt werden. Die pH-Elektrode 116, CO&sub2; Elektrode 120 und der Sauerstoff-Sensor 124 werden alle mit einer Membran hergestellt, um ihre betreffenden Elektrolyten in einer fluiddichten Weise in den Hohlräumen oder Öffnungen, in denen sich die Elektroden befinden, zu halten.
Die pH-Elektrode 116 und die CO&sub2; Elektrode 120 können bezüglich der Schaltkreisgeometrie und des Elektrolyts ähnlich gestaltet sein und können mit geeigneten Membranen für die zu messende spezifische Eigenschaft ausgerüstet sein. Für die pH-Elektrode 116, beispielsweise, kann eine kationdurchlässige und insbesondere wasserstoffiondurchlässige Membran eingesetzt werden. Eine Anzahl dieser Materialien mit Kationaustausch kann eingesetzt werden, beispielsweise Membrane in Herstellung aus Copolymervinylethern, wie die von E.I. Dupont unter dem eingetragenen Warenzeichen NAFION hergestellten.
Die Membran für die CO&sub2; Elektrode 120 kann aus einem grossen Angebot handelsüblicher kohlenstoffdioxiddurchlässiger Polymermaterialien hergestellt werden. Die Elektrolyten der pH-Elektrode 116 und der CO&sub2; Elektrode 120 werden durch ihre entsprechenden Membranen verbunden.
Die Membran für den Sauerstoff-Sensor 124 kann aus Polymermaterial wie Polystyrol in einer organischen oder anorganischen Lösung hergestellt werden. Der sauerstoffdurchlässige Eletrolyt des Sauerstoffsensors 124 badet die Anode 126 und die Kathode 134 für den elektrischionischen Kontakt zwischen den beiden. Der Elektrolyt kann jedes, den Fachleuten bekannten Elektrolyt für die Clark Zelle sein, wie, zum Beispiel, eine Salzlösung auf der Grundlage von Kalium- oder Natriumchlorid. Die Anode 126 des Sauerstoff-Sensors 124 ist elektrisch an 129 geerdet, um sicherzustellen, dass die Elektrolytspannung unverändert bleibt und die Öffnung zum Elektrolyt auf der gleichen Spannung wie die Anodenspannung gehalten wird, damit der Eeltrolyt in der Elektroden-Konfiguration geerdet ist.
Die Referenzelektrode 130, die sich am Ende der Leitung 132 befindet und von der Anode 126 des Sauerstoff-Sensors 124 ausgeht, bietet eine hochstabile Referenzspannung. Diese Referenzspannung der Referenzelektrode 130 erleichtert die genauen Messungen von Blutgas. Die Referenzelektrode 130 kann aus einer Anzahl geeigneter Materialien, die dem Fachman für Referenzelektroden bekannt sind, bestehen, beispielsweise Silber und Silberchlorid Verbundstoffe mit Einsatz des vorstehend erwähnten Schaltkreis- Schichtverfahrens.
Der Thermistor 138 ist ein wärmeempfindlicher Dickfilm- Widerstand, dessen Leitfähigkeit mit den Temperaturschwankungen variiert. Der Thermistor 138 kann aus einer Anzahl halbleitender Materialien, wie zum Beispiel Metalloxiden hergestellt werden. Der Thermistor 138 kann mit dem vorstehend erwähnten Schaltkreis-Schichtverfahren gebildet und auf die Substratschicht 112 aufgetragen werden. Der Temperaturkoeffizient von Thermistor 138 ist gross und negativ und wird stets dann für die Fühlung der Temperatur auf der Platine 14 eingesetzt, wenn die Platine 14 an ihre assoziierten elektronischen Bausteine (nicht gezeigt) angeschlossen ist. Da sein Betrieb bei relativ niedrigen Stromstärken stattfindet, wird der Widerstand nur durch die Umgebungstemperatur und nicht durch den eingesetzten Strom beeinträchtigt.
Wie vorstehend beschrieben, befinden sich die externen Leitungen 152 und 156 in einem metallischen elektrischen Leitungskontakt mit einem Dickfilm-Widerstand 176, der ebenfalls auf der Seite der Substratschicht 112 gemäss Abbildung 20 vorhanden ist. Der Widerstand 176 befindet sich in einem Halbbrückenverhältnis mit Thermistor 138 und teilt als solcher zusammen mit Thermistor 138 eine gemeinsame externe Leitung 152; Thermistor 138 befindet sich ebenfalls im metallischen elektrischen Leitungskontakt mit der externen Leitung 152. Die Halbbrückenkonfiguration ist ein Spannungsteiler und erzeugt eine anteilige Ausspeisung an den Baustein. Dieser Umstand ist wichtig, denn er ermöglicht ein Schwanken der tatsächlichen Widerstandswerte und ergibt eine sehr reproduzierbare und genaue Temperaturfühlung und Steuerung der Platine 14 auf einer Grundlage von Platine zu Platine. Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Anordnung des Widerstands 176 und des Thermistors 138 werden durch das Kalibrieren der Platine 14 mit dem Lasertrimmen von Widerstand 176 zwecks Erzeugung einer Nullspannung bei 37ºC erreicht. Der Laserstrahl wird durch den Dickfilm-Widerstand 176 präzise abgelenkt um das gewünschte Laser-Spannungs- Verhältnis zu erzeugen. Durch das Modul wird Strom auf die externen Leitungen 150 und 152 gegeben, bis der Nullvolt- Wert erreicht ist. So ergibt sich eine lineare Ausspeisung, welche erlaubt, die vom Verlauf der Kalibrierrungskurve bei Zimmertemperatur und 37ºC abweichenden Temperaturen zu messen. Der Widerstand 176 hat im wesentlichen einen Temperaturkoeffizienten gleich null und kann entsprechend ohne gegenteilige Auswirkungen auf die Sensor- Leistungsfähigkeit des assoziierten Thermistors 138 auf der Seite der Platine 14 nach Abbildung 20 mit der Heizvorrichtung 174 angebracht werden.
Genaues Fühlen der Umgebungstemperatur auf der Paltine 14 ist erforderlich für die Präzisionssteuerung der Heizvorrichtung 174 zwecks letztlicher Wahrung der gewünschten Oberflächenbetriebstemperatur auf der Sensorseite von Platine 14 nach Abbildung 19 innerhalb einer engen Bandbreite.
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Anbringung von Thermistor 138. Wie aus Abbildung 19 ersichtlich, wird der Thermistor 138 auf der gleichen Ebene und in engem Verhältnis zu den Sensoren 116, 120, und 124 angebracht, zwecks genauer Fühlung der Umgebungstemperatur bei oder in Nähe dieser Sensoren.
Die physische Anordnung von Thermistor 138 ermöglicht die rasche Anpassung der Heizvorrichtung 174 über das Modul, um die gewünschte Betriebstemperatur zu halten. Die Anordnung von Thermistor 138 und Widerstand 176 ergibt eine Temperaturgenauigkeit von 25ºC.
Diese physische Anordnung von Thermistor 138 in nächster Nähe der Sensoren erfordert eine korrekte Fertigung, damit seine elektrische Isolation von den Elektrolyten der mehreren Sensoren sichergestellt ist. Das Einbettharz für Thermistor 138 muss dick genug sein, um die elektrische Isolation zu erreichen, aber auch dünn genug, um nichts von seiner Ansprechzeit einzubüssen.
Die Heizvorrichtung 174 auf der Seite der Platine 14 nach Abbildung 20 erzeugt
die erforderliche Wärme rasch und genau, als Reaktion auf jede von Thermistor 138 wahrgenommene Temperaturveränderung; der Thermistor 138 und die mehreren Sensoren 116, 120 und 124 befinden sich alle im Bereich, der von der Heizvorrichtung 174 aufgeheizt wird.
Im allgemeinen gelten Dickfilmheizvorrichtungen nicht als schnell ansprechende Geräte und ihre Wärmleistung wird für elektronische Verhältnisse relativ langsam angepasst. Zwecks Verbesserung des Ansprechwerts von Heizvorrichtung 174 erfolgt die Speisung über eine geregelte Gleichstromspannung, wobei die Heizvorrichtung durch eine Kombination von Proportional- (P), Integral- (I) und/oder Differentialregler (D), vorzugsweise eine PID-Regelung gesteuert wird und dadurch das Ausmass der Über- oder Unterschreitung einer vorgegebenen Temperatur durch die Heizvorrichtung reduziert wird. Dadurch wird nicht nur der Ansprechwert der Heizvorrichtung 174 vergrössert, sondern auch eine bessere allgemeine Wärmeregelung, einschliesslich der Vermeidung von Über- oder Unterschreitung der gewünschten Temperatur durch die Heizvorrichtung 174 erzielt.
Die Zeitfolge für die Wärmeerzeugung durch die Heizvorrichtung 174 an die mehreren Sensoren erfolgt durch den natürlichen Spannungszustand, mit welchem Platine 14 bei Anschluss an den Analysator versorgt wird. Die gleiche Spannung erzeugt weiter eine Ausgabe der Messungen der Sensoren von Blutgassauerstoff, Kohlendioxid und pH. Diese Zeitfolge erleichtert eine Kalibrierung der Zimmertemperatur von Platine 14, sowie eine erhöhte Temperaturkalibrierung bei 37ºC und daraufhin die Messungen von Blutgas-Sauersoff, Kohlendioxid und pH.
Vor jeder Messung der Blutgase durch die mehreren Sensoren 116, 120 und 124 wird die Platine 14 ganz oder teilweise der Kalibrierungsflüssigkeit ausgesetzt oder in der Kalibrierungsflüssigkeit gelagert, wobei mehrere Sensoren dem Fluid ausgesetzt werden. Für die Messung der Blutgase werden die mehreren Sensoren 116, 120, 124 in Kontakt mit dem zu messenden Blutprobenvolumen gebracht. Das Blutprobenvolumen kann relativ gering ausfallen und wenige Mikroliter betragen.
Abbildung 21 zeigt die bevorzugte Ausführung des Substrats dieser Erfindung, mit zwei Referenzelektroden 130A und 130B in einer gesonderten Ausrichtung von der Ausrichtung der Sensoren 120, 116 und 124 und Thermistor 138. Die axiale Ausrichtung nach Abbildung 21 ermöglicht den Sensoren 116, 120 und 124 den Kontakt mit einer Probe in einer Kammer auf ihrer Ausrichtung, während die Referenzelektroden 130A und 130B in einer anderen Kammer mit Fluidkontakt zu den Referenzelektroden in Kontakt mit Referenzfluid oder Elektrolyt gesetzt werden können. Jedes Ausrichtungsmuster, das die Referenzelektrode in der vorstehnd beschriebenen Weise von den Sensoren trennt, kann eingesetzt werden. Die anderen Komponenten der Verdrahtungsplatine werden im Zuge der Erläuterung der weiteren Abbildungen beschrieben. Abbildung 22 zeigt einen breiteren Aspekt der Erfindung, mit nur einem Sensor 120 mit einer Referenzelektrode 130. Falls der Sensor 120 keine Referenzelektrode wie im Falle der meisten aperometrischen Elektroden braucht, ist keine Referenz elektrode nicht erforderlich.
Abbildung 23 zeigt den bevorzugten Anschluss der elektrischen Verdrahtungsplatine 14 an den Analysator. Der analoge Eingabeprozessor des Kontrollmittels hat eine Schnittstelle mit der elektrischen Verdrahtungsplatine 14, über elektrische Anschlüsse wie Leitungsdrähte oder Kabel oder Bandkabel für die Signalübertragung von dem einen oder mehreren Sensoren und dem Thermistor an das Kontrollmittel. Der elektrische Anschluss ermöglicht weiter die Speisung der Heizvorrichtung und des Widerstands auf Platine 14 mit elektrischem Strom und die Versorgung des einen oder mehreren Sensoren von Platine 14 mit jedem erforderlichen Strom oder Spannung. Die elektrischen Anschlüsse können getrennt sein; vorzugsweise aber handelt es sich um Einzelanschlüsse in einem Bündelleiter oder Bandkabel. Anschluss 182 versorgt den amperometrischen Sauerstoff- Sensor 124 von Abbildung 21 mit Strom. Die Anschlüsse 184, 186, 188 bzw. 190 übertragen Steuer- und/oder Netzstrom oder Spannung an den pH-Senor 116, den Kohlendioxid-Sensor 120, den Thermistor 138 und die Heizvorrichtung 174 gemäss Abbildungen 19, 20 bzw. 21. Der Prozessor 180 wird durch 192 an einen 12 Bit-Analog-Digital-Konvertor 194 elektrisch angeschlossen; letzterer wiederum ist an Punkt 198 durch 196 elektrisch an Leitung 200 angeschlossen. Die Einheit 202 ist ein Datum/Zeit-Kreis und batteriegesicherter Random-Acess- Speicher. Leitung 200 dient als eine Art Bus, da eine Dialogverbindung zwischen Einheit 202 und Einheit 206 stattfindet und letztere über Anschluss 204 durch Punkt 198 ebenfalls an die Leitung 200 angeschlossen ist. Einheit 206 ist ein 8 Bit-Mikroprozessor. Leitung 200 schliesst ebenfalls an Leitung 208 an und letztere ist über Anschluss 212 an eine Druckereinheit 210A und an eine Anzeige-Einheit 214A angeschlossen. Einheit 216 ist ein Batterie- und Ladegerät, das die Kontrollmittel mit Batteriestrom versorgt. Obwohl eine besondere Anordnung für die Funktionseinheiten des Kontrollmittels entworfen wurde, sind Variationen, die eine oder mehrere der Funktionseinheiten ersetzen, denkbar. Solange der Prozessor 180 und der Konverter 194 bei Einsatz von analogen Signalen vorhanden sind, sowie ein an diese Einheiten funktionsgebundener Prozessor, eine Stromversorgung und eine Ausgabe, ist das Kontrollmittel mit der Platine 14 einsetzbar.
Wie in Abbildung 24 gezeigt, besteht ein Kalibrierer 210 aus einem zylinderförmigen Körperteil 213 mit einer Öffnung 214 an einem Ende für die Aufnahme von wenigstens einem Querschnitt des Körperteils von einem Sammler/Sensor jeder Art, wie in Abbildung 25 als 240 gezeigt. Ein bewegliches Glied 215, das im Zylinder 213 gleiten kann, wird für die Aufnahme eines Dichtungsdurchstechungsmittels 218 angepasst, welches zum Beispiel die Form einer hohlen, starren Einfach- oder Doppelspitznadel aus rostfreiem Stahl haben kann. Die Aufnahme des Durchstechungsmittels 218 ist ein säulenförmiger Raum 220, der vom beweglichen Glied 215 der Länge nach verläuft. Glied 215 hat ein Loch 222 für die solide Befestigung der Nadel 218, die auch mit Kalibrierer 210 oder mit einem Sammler/Sensor 240 ausgerüstet sein kann. Weiter hat das bewegliche Glied ein oder mehrere und vorzugsweise zwei elastische Finger 224 und 226 für die elastische Einrastung in die Schlitze 228 und 230 an der Wand des Kalibrierers 210, für das positionsgerechte Festhalten des beweglichen Glieds 215 am Ausgangs- und Endpunkt des Hubweges im Kalibrierer 210. Der Hubweg des beweglichen Teils 215 im Zylinder 213 wird durch eine oder mehrere, nach innen gerichtete Auskragungen 232 auf der Innenoberfläche von Zylinder 213 begrenzt.
Ein abgedichteter Behälter 234 mit einer Kalibrierlösung 236 und den nachstehend beschriebenen Eigenschaften wird am Ende des Zylinders 213 von Kalibierer 210, gegenüber der Öffnung für die Aufnahme eines Sammlers 240 festgehalten. Beim Behälter kann es sich um ein Fläschchen handeln, mit jedem, den Fachleuten bekannten durchstechbaren Deckel 238, als Verschluss der Mundstücks von Behälter 234. Zu den geeigneten Behältern gehören, je nach Art des Kalibrierfluids, Glasfläschchen mit einem Elastomerstopfen oder mit einer Induktionsversiegelung mit einem einrastenden Deckel und Plastikbehälter mit ähnlichen oder unterschiedlichen Deckeln oder Stöpseln.
Wie in Abbildung 25 gezeigt, wird ein im allgemeinen als 240 angezeigter Sammler gleitend durch Öffnung 214 in den Kalibrierer 210 eingeführt. Beim Sammler kann es sich um eine Standardspritze mit einer Nadel handeln, wobei die Spritze eine oder mehrere Sensormittel 242 in einer Kammer am distalen Ende von Sammler 240 aufweist. Die Kammer besteht im vorstehend beschriebenen elektrochemischen Sensorsatz von Abbildungen 1-18. Das bewegliche Teil 215 führt die Nadel 218 des Sammlers/Sensors 240 in ihrer Bewegung zum Glasfläschchen 234. Die Nadel 218 des Sammlers/Sensors 240 wird auf das durchstechbare obere Ende des Glasfläschchens 234 gebracht und durchsticht das Oberteil um in Fluidkontakt mit der Kalibrierlösung 236 in Glasfläschchen 234 zu treten. Mit dem Sammler/Sensor 240 in Fluidkontakt mit Kalibrierlösung 236 wird der betätigte Kolben 248 zurückgezogen, um die Kalibrierlösung durch Nadel 218 in Kammer 244 für den Kontakt des Sensormittels 242 zwecks Kalibrierung des Sensormittels gemäss Abbildung 27 aufzuziehen. Die Art Sensormittel 242 und dessen Kalibrierung werden unter Abildungen 28 und 30 eingehender besprochen.
Abbildungen 26 und 27 zeigen zwei verschiedene Arten von Sammler/Sensor 240 mit Führung des beweglichen Glieds 215, wobei Glied 215 die Nadel 218 durch die feste Führung des Sammlers als Nadel für den Sammler/Sensor 240 einsetzt. Diese Sammler/Sensor-Einheiten können auch ganze Einheiten mit dem wenigstens einen Sensormittel 242 in Kammer 244 für einen Sammler wie eine Spritze sein. Das Sensormittel kann auf der Seitenwand des spritzenähnlichen Sammlers angebracht sein, damit das Sensormittel die Analytmenge in der Kalibrierlösung bestimmen und elektrische Signale durch ein elektrisches Kabelmittel 246 schicken kann. Die Kalibrierung, der Sammler/Sensor 240, kann vom Kalibrierer 210 durch Rückzug eines hin-und hergleitenden Betätigers 248 des Sammlers 240 entfernt werden. Die Kalibrierlösung 236 kann ausgebracht und als Probe in den Sammler/Sensor 240 aufgezogen werden; weiter kann ein mehrfach grösseres Volumen an Probenfluid in den Sammler/Sensor 240 mit der immer noch in der Kammer 244 von Sammler 240 vorhandenen Kalibrierlösung aufgezogen werden. Mit diesem letzteren Ansatz würde das wenigstens eine Sensormittel 242 die Werte des Analyts in der Probe lesen, da die Kalibrierlösung so durch die Probe verdünnt würde.
Abbildung 28 zeigt eine alternative Ausführung dieser Erfindung, wobei der Kalibrierer 210 ein nicht röhrenförmiges oder nicht zylindrisches Gerät ist. In diesem Fall hat der Kalibrierer 210 ein Körperteil, das eine Halterung 250 mit drei Aussparungen oder Schächten 252 A, B und C, die von der Oberfläche der Halterung 250 aus in die Halterung hinein gehen. Diese Aussparungen können parallel oder annähernd parallel zueinander verlaufen. Eine Aussparung, zum Beispiel 252A, hält den Behälter 234 mit Kalibrierlösung, während ein anderer, wie 252B, das Glied 215 und ein weiterer, 252C den Sammler mit dem Sensormittel 240 hält. Die Aussparungen können zylinderförmige Aussparungen in der Halterung sein oder Aussparungen mit dem passenden Umriss des zu haltenden Gegenstands. So kann beispielsweise Aussparung 252C für den Sammler 240 den passenden Umriss für die Aufnahme des Sammlers 240 mit seinem Umriss haben, wobei die Umrisse in der Halterung 250 in jeder Richtung ausgerichtet werden können, solange der Sammler 240 tatsächlich durch den Kalibrierer 210 festgehalten wird. Diese Art von Kalibrierer 210 kann durch Entfernen von Sammler 240 und senkrechte Anbringung auf Glied 215 für die Befestigung eingesetzt werden. Glied 215 wird aus der Aussparung 252B als Teil der befestigtenVerbindung von Glied 215 und Sammler 240 entfernt. Diese Verbindung wird vertikal in Aussparung 252A von Behälter 234 gestellt und das stechende Teil 218 von Glied 215 wird wenigstens für die Durchstechung von Dichtung oder Deckel 238 des Behälters 234 eingesetzt. Mit dem Rückzug eines hin- und hergleitenden Betätigers 248 von Sammler 240 wird das Kalibrierfluid 236 aufgezogen und in den Kontakt mit dem Sensormittel 242 und in die Kammer 244 gebracht. Jeder der Sammler 240 gemäss Abbildungen 24-29 kann mit Kalibrierern dieser Art eingesetzt werden.
Abbildungen 29 und 30 stellen die bevorzugte Ausführung dieser Erfindung dar; es wird ein Fluidprobensammel- und Nachweisgerät 240 in einem Kalibrierer 210 in verschiedenen Einfügungsphasen gezeigt. Gerät 240 ist ein "Sensor/Sammler" und das Kalibriergerät wird nachstehend als "Kalibrierer" bezeichnet. Abbildung 29 zeigt die bevorzugte Ausführung dieser Erfindung, wobei der Sammler 240 eine Spritze ist und der Sensor/Sammler/Kalibrierer 240/213 in der Einfügungsphase gezeigt werden, in der er sich vorverpackt befinden kann (Verpackung wird nicht gezeigt). Abbildung 30 zeigt die bevorzugte Ausführung in der Einfügungsphase des Sensors/Sammlers 240 in den Kalibrierer 210 kurz vor der Entnahme der Kalibrierlösung 236 aus dem Behälter 234, wie nachstehend noch in allen Einzelheiten beschrieben wird.
Sensor/Sammler 240 hat ein Körperteil 254, das aus einem Sammlerteil 256 und einem Sensorteil 258 besteht und zeigt die bevorzugte Ausführung des vorstehend beschriebenen elektrochemischen Sensorsatzes von Abbildung 1-18. Der Sammler 256 hat eine erste Fluidverbindungskammer 244 und der Sensorteil 258 hat eine zweite Fluidverbindungskammer 260, die Kanal 12 von Abbildung 1 und 2 ist. Abgesehen von der ersten Fluiddichtung 262 dazwischen, die Dichtung 28 von Abbildung 1 und 2 ist, sind die beiden Kammern für Fluidverbindung zwischen diesen beiden Kammern einander gegenüber gestellt. Das Körperteil 254 kann aus geeignetem Kunststoffmaterial, wie einem geeigneten klaren Styrolkunststoff sein.
Die erste Kammer 244 bildet einen Zylinder 264 mit einem darin gleitbaren Kolben 266. Der Kolben 266 ist elastisch und kann aus Kunststoff oder Elastomermaterial, wie zum Beispiel Polystyrol oder Polycarbonat bestehen Der Kolben 266 und der Zylinder 264 sind kreisförmig im Querschnitt und der Kolben 266 befindet sich auf einem Paßsitz 268 am einen Ende der ersten Kammer 244 in nächster Nähe zur zweiten Kammer 260. Der Kolben 266 ist mit einer mittig angeordneten, axial verlaufenden Öffnung 270 versehen, die nach einem anfänglich engeren Durchmesser einen erweiterten, zu einer Lippe 272 auslaufenden Durchmesser aufweist.
Der Kolben 266 wird durch einen hin-und hergleitenden Betätiger 248 aktiviert, wobei letzterer ein betätigendes Mittel 274 einschliesst, welches in einer federgespannten Manschette 276 hin- und herläuft. Die Manschette 276 kann aus Polystyrol oder ähnlichen, den Fachleuten bekannten Materialien bestehen und ist gleitbar auf das Spritzenkörperteil 254 aufmontiert.
Eine Feder 278, welche die Form einer rostfreien Schraubenfeder haben kann, ist in einer ringförmigen Einbuchtung 280 in der Manschette 276 untergebracht und wirkt unter Vorspannung als Kraft gegen die gleitende Bewegung von Manschette 276 und ihrem assoziierten Betätiger in Richtung Kolben 266. Als Alternative zur Feder kann der hin- und hergleitende Betätiger auch, wie in Abbildungen 25 und 27 angezeigt, bis zum mechanischen Anschlag von Hand betätigt werden oder mit Druckluft oder mit einem Schrittschaltmotor.
Der hin- und hergleitende Betätiger 248 kann ein hohles Glied mit einem definierten Hohlraum 282 sein und besteht aus einem ersten Schaftteil 284, das an einem Ende zu einem auskragenden Teil 286 wird und am anderen Ende zu einem Konus 288, als Basis des ersten Durchstechungsmittels in der Form eines Durchstechungskopfstücks 290. Der hin- und hergleitende Betätiger 248 ist weiter mit einem zweiten Schaftteil 292 versehen, wobei letzterer an einem Ende als allgemein flaches, ringförmiges Griffmittel 294 und am anderen Ende als auskragendes Teil abschliesst. Bei Erzeugung der Pumpkraft durch den hin- und hergleitenden Betätiger 248 kann ein poröses, absorbierendes Material 296 im Hohlraum 282 die Saugwirkung durch den Kontakt des Materials 296 mit dem Fluid aus Kammer 244 abfangen und verzögern, wobei dieses Fluid während des Betriebs des Sammlers 240 und des Kalibrierers 210 durch die Öffnung 298 in der Wand des zweiten Schaftteils 292 in den Hohlraum 282 eintreten kann.
Wie am besten aus Abbildung 29 ersichtlich, hält die vorgespannte Kraft der Feder einen Freiraum zwischen der Dichtung 262 und dem Durchstechungskopfstück 290 des hin- und hergleitenden Betätiger 248 offen, wenn sich der Sammler 240 und der Kalibrierer in der Einfügungsphase des vorverpackten Zustandes befinden. Weiter stösst das Griffteil 294 des hin- und hergleitenden Betätigers 248 auf das proximale Ende der Manschette 276 und hält den hin- und hergleitenden Betätiger 248 in Position zur federgespannten Manschette 276, bis diese Gegenkraft durch Druck auf das Griffteil 294 überwunden wird und der hin- und hergleitende Betätiger 248 in den Zylinder 264 gestossen wird. Die federgespannte Manschette 276 wird für die Bewegung zum Sammlerkörperteil 254 über elastische Finger 300A und 300B am Ende des betätigenden Mittels 274, das in den Zylinder 264 auskragt, geführt. Diese Finger verlaufen in einer Richtung auf einer parallelen Ebene zur Längsachse von Zylinder 264 und den Wänden von Zylinder 264 entlang. Die Finger werden zu Auskragungen 302A bzw. 302B, die zur Wand von Zylinder 264 hin verlaufen Diese Auskragungen entsprechen passenden Längsschlitzen 304A und 304B in der Wand von Zylinder 264. Diese Schlitze haben eine ausreichende Länge, um den Lauf des betätigenden Mittels 274 auf einer bestimmten Höhe im Zylinder 264 zu stoppen. In Übersetzung auf den hin- und hergleitenden Betätiger 248 erlaubt diese Distanz mit dem Verlauf des Betätigers über Feder 278 auf Mittel 274, das am proximalen Ende mit Manschette 276 verbunden ist, die Perforierung von Dichtung 262 durch Durchstechungskopfstück 290 und Erfassung von Kolben 266. Der hin- und hergleitende Betätiger 248 kann eine Reihe gleitender Längsbewegungen im Zylinder 264 ausführen, bis das Kopfstück 290 auf Kolben 264 stösst und somit am proximalen Ende von Zylinder 264 anhält. Der hin- und hergleitende Betätiger 248 hat eine ringförmige Lippe 272 am distalen Ende des zweiten Schaftteils 292, um die Bewegung des Betätigers 248 aus dem Zylinder 264 an seinem proximalen Ende zu verzögern. Die Bewegung des betätigenden Mittels 274 aus dem Zylinder 264 heraus wird durch Auskragungen 302A und 302B der elastischen Finger 300A und 300B verzögert und am proximalen Ende der Längsschlitze 304A bzw. 304B gestoppt. Diese Einschränkung der Bewegung wird durch die am distalen Ende des betätigenden Mittels 274 in Zylinder 264 anstossende Lippe 272 auf das hin- und hergleitende Betätigungsmittel 248 übersetzt. Das betätigende Mittel 274 wird durch ein oder mehrere, vorzugsweise zwei Befestigungsmittel 306 am proximalen Ende an Manschette 276 mit passenden Befestigungsmitteln 308 verbunden. Diese Paare von Befestigungsmitteln dienen weiter als proximale Abgrenzung für Feder 278 mit der Vorrichtung von Mittel 274 und Manschette 276. Die distale Grenze für die Feder 278 wird durch Auskragungen 302A und 302B festgesetzt.
Die Gleitfähigkeit des Kolbens 266 wird auf dem Schaftteil 284 durch den Konus 288 und zwischen dem Konus und dem auskragenden Teil 286 wegen Leerlaufs zwischen Kolben 266 und hin- und hergleitendem Betätiger 248 eingeschränkt, wobei Kolben 266 auf dem Schaftteil 284 stationär bleibt, wenn er nicht von Konusteil 288 oder dem auskragenden Teil 286 erfasst wird.
Das Sensormittel 242 auf dem einen oder mehreren Sensoren 18 von Abbildung 1 und vorzugsweise das Sensorelement 14 von Abbildung 21 befinden sich im Sensorteil oder elektrochemischen Sensorsatz 258 (s. auch Abbildungen 1-18). Die Elemente von Abbildungen 24-29, die wie jene der vorangehenden Abbildungen sind, haben die gleiche Referenznummer wie jene Elemente in den vorangehenden Abbildungen, gefolgt von Buchstaben I nach der Referenznummer, zwecks Schaffung von Klarheit. Das Gehäuse 310 (10 in Abbildungen 1 und 2) des elektrochmischen Sensorsatzes hat ebenfalls zwei Öffnungen für Kanal 12 von Abbildung 1 und 2, wobei eine ein Einlass an die Anschlussleitung 36I und eine ein Auslass an die konische Erweiterung 38I sein kann. Eine dieser Öffnungen ist für die Fluidverbindung mit der ersten Fluidkammer 244 von Sammler 240 bestimmt, während die andere für die Fluidverbindung mit dem Kalibrierer 210 bestimmt ist. Die konische Erweiterung 36I ermöglicht den Anschluss oder das Ankoppeln an ein Gerät für die Erzeugung eines Fluiddruckes oder Saugdruckes, um das Fluid mit dem Analyt in Messkontakt mit einem oder mehreren Sensoren 18I zu bringen. Am besten eignen sich die konischen Formen von 36I und 38I für die Leur-Lok-Verbindung an Probenahmemittel, wie Nadeln für eine Spritze, die in Abbildung 29 nicht gezeigt werden.
Die Öffnungen von Kanal 12I, gemäss Abbildungen 29 und 30, sind vorzugsweise auf der gleichen Ebene und der gleichen Achse entlang an den gegenüberliegenden Enden des Kanals angeordnet. Diese Anordnung bringt Kanal 12I die ausreichende Unterstützung durch das Gehäuse, um mit dem Hin- und Hergleiten des Kolbens 266 auf dem hin-und hergleitenden Betätiger 248 Fluid des Sammlers 240 über den Kanal 12I aufzunehmen und/oder auszubringen.
Der elektrochemische Sensorsatz kann mit Spritzenkörperteil 254 vollständig dargestellt werden; vorzugsweise aber wird er durch Verriegelungsfinder 324 auf einem tassenähnlichen Abschluss 326 des Sammlerkörperteils 254 fest mit dem Sammlerkörperteil 254 verbunden. Die Finger fassen jeder von ihnen in eine Auskerbung auf der Innenoberfläche des konisch erweiterten Abschlusses 320 von Gehäuse 310. Zusätzlich oder anstelle der Finger können Gehäuse 310 und Körpterteil 254 mit Klebstoff verbunden werden. Der elektrochemische Sensorsatz hat die Dichtungen 26I und 28I, zwecks Wahrung des Speicherfluids in Kanal 12I. Vorzugsweise befindet sich diese Dichtung an den Einlass- und Auslassöffnungen von Kanal 12I. Vorzugsweise wird ein Speicherfluid 22I in Kanal 12I durch Dichtung 28I zwischen Kanal 12I und 244 und Dichtung 28I an der konischen Spitze 36I versiegelt. Dichtung 28I wird vorzugsweise nach allen Sensoren aber vor dem Abschluss von Kanal 12I, welcher sich zu nahe beim Sammler 240 befindet, im Kanal 12I angebracht. Am distalen Ende von Sensorsatz 258 zum Anschluss mit Sammlerteil 254 schliesst Satz 258 mit einer Verbindungsleitung 36I ab; letztere ist mittig in einem Trichter 322 angeordnet und diese Verbindungsleitung 36I wird vorzugsweise durch die zweite Fluiddichtung 26I beim oder in Nähe des Endes von Kanal 12I fluidversiegelt.
Der Kalibrierer 210 ist für die Kalibrierung des Elektrodensatzes 258 vorgesehen, um sicherzustellen, dass die Messung der Analyten genau ist. Grundlegend umfasst die Kalibrierung der drei Sensoren von Sensorelement 14I die Kontaktaufnahme mit den Sensoren durch eine Lösung mit einem vorbestimmten Analytwert wie Elektrolyten, pH, pO2 und pCO2- Werte. Die Ergebnisse der Sensoren werden gemessen und es werden Kalibrierungskoeffizienten gemessen, um sie mit Software Algorithmen einzusetzen; alle diese Vorkehrungen können herkömmlicher Art und den Fachleuten bekannt sein, wie beispielsweise in U.S. Patent Nr. 4,734,184 beschrieben. Der Kalilbrierer 210 umfasst ein Körperteil, das einen Zylinder 213 definiert und an einem Ende für die Aufnahme von wenigstens einem Teil des Sensorsatzes 258 und/oder Sammlerkörperteil 254 offen ist. Ein bewegliches Glied 215 mit einem zweiten Durchstechungsmittel, das die Form einer hohlen Doppelspitznadel aus rostfreiem Stahl 218 haben kann, wird gleitend von Zylinder 213 aufgenommen. Das bewegliche Glied hat wenigstens ein, vorzugsweise aber zwei elastische Finger 224 und 226 für die elastische Einrastung in die Schlitze an der Wand des Kalibrierers 210 für das positionsgerechte Festhalten des beweglichen Glieds 215 am Ausgangs- und Endpunkt des Hubweges im Kalibrierer 210. Der Hubweg des beweglichen Teils 215 im Zylinder 213 wird durch nach innen gerichtete Auskragungen 232 auf der Innenoberfläche von Zylinder 213 begrenzt.
Ein abgedichteter Behälter 234 mit einer Kalibrierlösung wird am Ende des Zylinders 213 von Kalibierer 210, gegenüber der Öffnung für die Aufnahme der Sensor-Sammler-Einrichtung 240 in einer ähnlichen Weise wie auf Abbildungen 24-27 festgehalten. Falls es sich bei Behälter 234 um Kunststoff handelt, wenn Kalibrierfluid als Standard für die Gasanalyse in Blut eingesetzt wird, kann der Plastikbehälter mit einer geeigneten Sperrschicht beschichtet werden, um im wesentlichen jede O&sub2; oder CO&sub2; -Durchlässigkeit des Kunststoffbehälters zu vermeiden und die Unverfälschtheit der Kalibrierlösung zu erhalten. Der Behälter 234 wird vorzugsweise befestigt und mittig in ein Tassenteil 332 aufgenommen; letzteres wird durch eine Vielzahl nach innnen gerichteter Auskragungen 232 auf der Innenoberfläche von Zylinder 213 mittig zum Kalibrierer 210 ausgerichtet. Das Tassenteil 332 kann aus einem geeigneten Kunststoff bestehen und wird von Zylinder 213 von Kalibrierer 210 in abgedichteter Weise umfasst. Diese Anordnung wird in Abbildung 31 als Querschnitt gezeigt.
Das Kalibrierfluid 236 in Behälter 234 und das Speicherfluid 22I in der zweiten Fluidverbindungskammer oder Kanal 12I und eventuell in der Anschlussleitung 215, zwecks Fluidverbindung mit dem einen oder mehreren Sensoren, kann, wie vorstehend erwähnt, ein analythaltiges Fluid sein. Als Alternaive kann das Speicherfluid 22I ein aktivierendes Fluid sein und ist vorzugsweise ein solches Fluid. Ein aktivierendes Fluid kann ein Gleichgewicht mit dem einen oder mehreren Sensoren halten, die sich im Sensorsatz im aktiven Zustand befinden, um einen aktiven Sensor vorzukonditionieren. Das analythaltige Fluid kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder eine Verbindung von Gas und Flüssigkeit sein, in Abhängigkeit vom Zustand des Analyten, der durch den Sensoren nachgewiesen werden soll. Als ein Beispiel nicht ausschliessender Art und wenn der Analyt ein Blutgas, wie Sauerstoff und/oder Kohlendioxid ist, kann das Speicherfluid als analythaltiges Fluid 22I ein Gas sein. Eines oder mehrere dieser Gase allein oder in Verbindung miteinander oder mit Edelgasen kann die zweite Fluidverbindungskammer oder Kanal 12I spülen, nachdem der Sensorsatz 258 eine Dichtung in oder über einer Öffnung von Kanal 12I hat. Nach dem Spülen wird die zweite Dichtung über der unversiegelten Öffnung von Kanal 12I angebracht. Wenn es sich beim analythaltigen Fluid um eine Verbindung von Gas und einer Flüssigkeit handelt, kann ein solches Fluid mit den erforderlichen Gasmengen mit jedem, den Fachleuten bekannten Verfahren hergestellt werden. Ein solches Fluid kann beispielsweise ein tonometriertes Fluid sein, das von jedem der handelsüblichen Tonometer hergestellt wird, wie er beispielsweise erhältlich ist bei Instrumentation Laboratory, unter dem Handelsnamen IL237, oder in Herstellung durch jedes andere, den Fachleuten bekannte Verfahren, wie die Verfahren für die Bereitung tonometrierter Pufferlösungen oder Vollblut gemäss Beschreibung im Artikel mit dem Titel "Quality Control in Blood pH and Gas Analysis in Clinical Chemistry" [Qualitätskontrolle in der Blut, pH und Gas-Analyse in der Klinischen Chemie], Vol 27, Nr. 210, 1981, Seiten 1761- 1763. Für solche Fluide kann die Flüssigkeit eine wässerige Lösung sein, die gepuffert ist und Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid für den Einsatz in Blutgasmessungen enthält. Solche Lösungen können in Übereinstimung mit U.S. Patent 3,681,255 hergestellt werden.
Ein Beispiel für ein ausgeglichenes oder tonometriertes Fluid als Fluid kann sich ergeben aus dem Kontakt einer gepufferten flüssigen Lösung mit kohlendioxid-haltigem Gas, das eine Mischung von Kohlendioxid mit einem oder mehreren Inertgasen umfassen kann. Ein Inertgas reagiert nicht mit der Pufferlösung um den pH zu verändern. Das würde die Voraussagbarkeit der endgültigen pH-Werte verunmöglichen. Weiter reagiert ein Inertgas nicht mit irgendeinem der Bestandteile im Kalibrierungsfluid 236 oder Speicherfluid 22I. Beispiele nicht ausschliesslicher Art für Inertgase sind Stickstoff, Argon und weitere ähnliche Gase, die sich normalerweise in der Luft befinden. Das umfasst die Edelgase wie Neon, Argon, Krypton, Xenon, Helium u.ä. Vorzugsweise werden als ausgeglichene Gase für die Blutgasanalyse eine Mischung von Kohlendioxid mit Stickstoff oder Kohlendioxid mit Sauerstoff und Stickstoff eingesetzt. Zwei Beispiele nicht ausschliesslicher Art sind: 1) rund 5% Kohlendioxid mit Sauerstoff für das Gasgleichgewicht im Fluid und 2) rund 7 Volumenprozent Kohlendioxid und rund 10 Volumenprozent Sauerstoff mit Stickstoff als Gleichgewicht.
Ein Speicherfluid, das ein aktivierendes Fluid für Dickfilmsensoren mit einer oder mehrerem hydratisierbaren Membranen ist, besteht am besten aus einem hydratisierenden Fluid 22I, das hauptsächlich ein wässeriges Fluid mit einer wirksamen Verbindung für die Hydratisierung von wenigstens einem Teilgrad, besser aber einem wesentlichen Grad der hydratisierten Polymermembranen ist. Einige Snsoren mit hydratisierbaren Membranen können trocken gelagert werden, brauchen aber die Hydratisierung ihrer Membranen für ihren aktivierten Zustand. Wenn der Sensorsatz 258 wenigstens einen solchen Sensoren hat, ist das Speicherfluid 22I das aktivierende Fluid. Das Speicherfluid 22I steht durch die versiegelte Anwesenheit des Fluids in Kanal 12I in Fluidkontakt mit dem Sensor. Wenn das hydratisierende Fluid Fluid 22I ist, und vorzugsweise ist das der Fall, eignet sich jede Flüssigkeit, welche imstande ist, die Membran(en) des wenigstens einen oder mehreren Sensoren in einem nicht trockenen Zustand zu halten. zum Beispiel hat die Flüssigkeit eine gewisse Menge Wasser zu enthalten, obwohl ein geringer Betrag organischer Flüssigkeiten ebenfalls vorhanden sein kann. Vorzugsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit um eine stabile Flüssigkeit für die Speicherung während einer kurzen Zeit (Tage oder Wochen) bis zu einer längeren Zeit über mehrere Monate hinweg. Bei der Flüssigkeit handelt es sich vorzugsweise um eine wässerige Lösung, die sich mit jedem Elektrolyt in einem oder mehreren Sensoren isotonisch verhält. Noch besser ist Fluid 22I, das als hydratisierendes Fluid ebenfalls isotonisch ist, als Elektrolyt für jede Referenzelektrode, die auf dem Sensorelement 258 vorhanden sein kann. Ein geeignetes Beispiel ist eine wässerig Salzlösung. Die Menge hydratisierenden Fluids 22I in Kanal 12I oder jeder Mehrzahl mit Kanal 12I assoziierter Kanäle ist mindestens ausreichend für die Abdeckung oder Wahrung des Kontaktes mit dem einen oder mehreren Sensoren. Im allgemeinen füllt Speicherfluid 22I Kanal 12I des Gehäuses vollständig, muss ihn aber nicht vollständig füllen. Ein Beispiel nicht ausschliessender Art eines geeigneten Prozesses für die Einbringung der erforderlichen Menge analythaltigen oder aktivierenden Fluids 22I in Kontakt mit dem Sensorsatz 258 wurde vorstehend für den elektrochemischen Sensorsatz der Abbildungen 1-18 beschreiben.
Die Dichtungen 238, 26I und 28I können die gleichen oder unterschiedliche sein und haben die Form einer Gummi-, Kunststoff- oder Metallfolie und klebende Dichtungen, die mindestens für Flüssigkeiten undurchlässig und vorzugsweise für gasförmige Fluide im wesentlichen undurchlässig sind. Für Messungen gasförmiger Analyten sind die Dichtungen vorzugsweise im wesentlichen gasundurchlässig. Obwohl Dichtung 238 aus jedem der vorstehend erwähnten Materialien für Dichtungen 26I und 28I bestehen kann, ist ein geeignetes Beispiel für Dichtung 238 eine papiergefütterte Aluminiumfolie, die mit einer klaren heiss HF-versiegelbaren Beschichtung versehen wurde. Vorzugsweise besteht die Beschichtung aus einer Mischung von Ethylen mit hohem Molekulargewicht und Vinylacetat-Copolymer, erhältlich unter dem Handelsnamen "SANCAP" bei Sancap, 215(16)1 Armor Street NE, Alliance, Ohio 44601 für Dichtung 238. Das Dichtungsverfahren kann für alle drei Dichtungen ähnlich sein.
Der Kalibrierer 210 kann auch mit Klemmverbindungsmitteln 334 ausgestattet sein, welche die Form einer im wesentlichen C-förmigen Klemme haben und zumindest einen Teil der Aussenoberfläche des Kalibrierers 210 einfassen. Wie in Abbildung 32 gezeigt, umfasst die Klemme 334 ein nach aussen greifendes Klemm-Mittel 336, das von dem im wesentlichen C- förmigen Anteil der Klemme 336 nach aussen auskragt und den Kalibrierer 210 in Position hält. Die Klemme 334 umfasst weiter eine Vielzahl nach innen gerichteter Auskragungen 338 auf der Innenoberfläche des im wesentlichen C-förmigen Anteils der Klemme 334, in Passgenauigkeit mit einer Vielzahl von Schlitzen 340 in der Wand des Kalibrierers 210, wobei die Längsache des Sensor/Sammlers 240 mit der Längsachse des Kalibrierers 210 übereinstimmt. Zusätzlich können nach innen gerichtete Auskragungen 342 auf der Innenoberfläche von Zylinder 213 ausgebildet werden, um die Ausrichtung der besagten Sensors/Spritze 240 mit dem besagten Kalibrierer 210 zu unterstützen.
Die vorstehende Beschreibung des Sensor/Sammlers 240 und Kalibrierers 210 befindet sich, wie bereits erwähnt, in einer Phase der relativen Einfügung im vorverpackten Zustand. Nach dem Auspacken des Satzes wird er über das Verbindungskabel 246 an das dazugehörige Kontrollgerät angeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Abfolge der nun auftretenden Phasen wie folgt beschrieben werden: (i) Durchstechung mehrerer Dichtungen 238, 26I und 28I; (ii) Aufsaugen der Kalibrierlösung aus dem Behälter 234; (iii) Entfernung des Kalibrierers 210 von Sensor/Spritze 240; (iv) Befestigung einer Nadel für subkutane Injektionen oder eines Katheters, und (v) Blutabnahme. Abbildungen 29 und 30 veranschaulichen die Phasen (i) und (ii); die restlichen Schritte bedürfen keiner weiteren Veranschaulichungen.
Wie am besten in Abbildung 30 ersichtlich, werden die Sensor/Spritze 240 und der Kalibrierer 210 progressiv und im Verhältnis zueinander bewegt; es erfolgt die Durchstechung der ersten Fluiddichtung 28I, der zweiten Fluiddichtung 26I und der Dichtung 238 des versiegelten Behälters 276 mit der Kalibrierflüssigkeit. Zusätzlich kann der Behälter 234 einen Deckel 239 haben, der Dichtung 238 abdeckt, wobei der Deckel aus einem Metall, wie Aluminium, oder ein einrastender Plastikdeckel sein kann.
Für die Einleitung dieser Handlung werden die Manschette 276 und der Betätiger 274 vom Betriebsmann als eine Einheit auf den Kolben 266 hinbewegt, bis das Durchstechungskopfstück 290 in und durch die Öffnung 270 in Kolben 266 gebracht wird. Der Kolben wird nun vom vom Kegelkopfstück 288 des hin- und hergleitenden Betätiger 248 für die gemeinsame Bewegung eingefangen. Zu diesem Zeitpunkt und mit dieser Bewegung wird der Sensor/Spritze 240 schrittweise relativ zum Kalibrierer 210 bewegt und der Trichterabschnitt 38I, der aus dem Spritzenkörperteil 254 ragt, wird vom mittig angeordneten Hohlraum 344 des beweglichen Glieds 215 aufgenommen. Ein Teil der Nadel 218 durchsticht die zweite Fluiddichtung 26I a Ende von Kanal 12I. Das auf diese Weise festgehaltene bewegliche Teil 215, das die Nadel 218 trägt, wird durch die Bewegung des Sensor/Sammlers 240 zum den Behälter 234 gedrückt, bis das andere Ende der Doppelspitznadel 218 die Dichtung 238 von Behälter 234 durchsticht.
Zu diesem Zeitpunkt des Betriebs des Satzes gibt es eine Fluidverbindung mit Behälter 234, über Nadel 218, (Leitung 316), Kanal 12I, als zweite Fluidkammer 260 und die erste Fluidkammer 244 und die Kalibrierlösung kann dem Behälter 276 entnommen werden.
Die vorstehend beschriebene Bewegung von Manschette 276 für die Einfassung von Kolben 266 drückt die Feder 278 zusammen und die Betriebsperson braucht jetzt nur noch die Manschette 276 zu lösen, worauf die Kraft auf der Feder 278 die Manschette, das betätigende Mittel 274 und den hin- und hergleitenden Betätiger 248 wieder in ihre Ausgangspositionen bringt. Diese Bewegung des Betätigers 248 schiebt den eingefangenen Kolben 266 über eine erste zusätzliche Distanz in die erste Fluidkammer, um die Kalibrierlösung aus dem Behälter 234 aufzuziehen oder anzusaugen und in die zweite Fluidkammer 260 zu befördern, wobei sie in unmittelbaren Konakt mit dem einen oder mehreren Sensoren 18I gebracht wird. Nach Vornahme der Kalibrierung des einen oder mehreren Sensoren 18I entfernt die Betriebsperson die Sensor/Spritze 240 vom Kalibrierer 210 und befestigt eine Nadel für subkutane Injektionen oder ein Katheter (nicht gezeigt) auf die Sensor/Spritze 240 und ihren Trichter 216 für die Entnahme der Blutprobe.
Für die Entnahme der Blutprobe ergreift die Betriebsperson daraufhin das im allgemeinen ebene, ringförmige Griffteil 294, das am Ende des Betätigers 248 angebracht ist und zieht den Betätiger 248 von der Manschette 276 mit der erforderlichen Kraft, um das Widerlager der ringförmigen Ribbe 346, das am zweiten Schaftteil 292 sitzen kann und gegen das Ende des betätigenden Mittels 274 anschlägt, wegzudrücken. Diese Bewegung des Widerlagers schiebt den eingefangenen Kolben 266 über eine zweite zusätzliche Distanz in der ersten Fluidkammer 244 zwecks Abzug und Beförderung der Blutprobe des Patienten in die zweite Fluidkammer 260, wo sie für die Analyse in unmittelbaren Kontakt mit dem einen oder mehreren Sensoren 18I gebracht wird. Nach Abschluss des Vorgehens kann die Betriebsperson die Sensor/Spritze 240 und den Kalibrierer richtig entsorgen.
Die vorstehende Leerlauf-Übersetzung des Kolbens im Verhältnis zum Betätiger 248 verringert weiter die Möglichkeit eines Fluidverlustes aus der Sensor/Spritze 240 während des Einsatzes oder der Entsorgung. Wie der vorstehenden Beschreibung zu entnehmen ist, sollte sich der Kolben 266 nur in eine Richtung, nämlich in den Entnahmezustand schieben; so bleiben alle abgezogenen Kalibrierlösungen und Blutproben im Spritzenteil von 240. Falls der Betätiger 248 unversehentlich nach vorn bewegt wird, als wenn Fluid aus der Sensor/Spritze 240 auszubringen wäre, wurde sich der Betätiger 248 im Kolben 266 auf dem ersten Schaftteil 284 gleitend bewegen, womit die Vorwärtsbewegung des Betätigers 248 nicht auf den Kolben 266 übertragen würde.
Abbildung 33 zeigt Patrone 411 und Analysator 412 des mehrfach einsetzbaren Messgeräts 410. Die Patrone 411 ist eine mehrfach einsetzbare Wegwerfeinheit, die über den elektrischen Anschluss 413, als Signalübertrager an den Analysator 412 angeschlossen ist. Patrone 411, wie sie in Abbildung 33 erscheint, zeigt den Einlass 414 für die Einbringung chemischer Fluide für die Messung, vorzugsweise durch Injektion, über 414, wobei der Einlass mit einem abnehmbaren Deckel 415 ausgerüstet ist. Ein Ausschnitt auf der Patrone von Abbildung 1 zeigt den elektrochemischen Sensorsatz von Abbildung 1-18 als Flusszelle 416 mit einem Einrichtungs-Einlass 414 am proximalen Ende zu Deckel 415 und einem Einrichtungs-Ventil 417 am distalen Ende von Satz 416. Der elektrische Anschluss 413 kann eine Krallenklemme oder ein Kabel wie auf Abbildungen 28-30 gezeigt sowie die den Fachleuten bekannten sein. Falls Patrone 411 nicht mechanisch mit Analysator 412 verbunden ist, so ist der elektrische Anschluss 413 ein Kabel, wie ein Bandkabel für die elektronische Kommunikation zwischen dem Satz 416 und dem Analysator 412. Auf diese Weise ist das Analytmessgerät dieser Erfindung tragbar und hat ein Probenaufnahmemittel, die Patrone 411, die aus dem Analysator 412 entfernt werden kann und als Wegwerfartikel noch für zahlreiche weitere Tests eingesetzt werden kann.
Die Patrone 411, wie sie in Abbildung 34 erscheint, wurde aus dem Analysator 412 entfernt und vermittelt eine gute Ansicht des elektrischen Steckers 413 als Krallenklemme. Die Patrone 411 kann jede Form haben, um als Gehäuse für die Flusszelle mit dem einen oder mehreren Sensoren eingesetzt zu werden. Nachstehend werden die Begriffe "ein oder mehrere Sensoren" und "wenigstens ein Sensor" als Plural erwähnt, um beide, sowohl den Singular als auch den Plural zu bezeichnen. Die Form kann passend zu jener des Analysators 412 gestaltet werden oder als kubischer oder rechteckiger Kasten mit einer Bandkabelverbindung für den elektrischen Stecker 413 an den Analysator 412. Der Analysator 412 nach Abbildung 34 hat ein einsteckbares kodiertes Informationslesegerät 422 mit elektrischem Anschluss, wie bereits erwähnt, an den Mikroprozessor im Analysator 412. Auf der Aussenseite hat der Analysator 412 einen Anzeigebereich 427 für die Anzeige von Zahlenwerten und Funktionen, die von Analysator 412 ausgeführt werden. Weiter kann der Analysator 412 mit einem Drucker für den Ausdruck der Information mit elektrischer Anzeige auf Anzeigebereich 427 auf Papier ausgerüstet sein. Als Drucker kann jeder den Fachleuten bekannte kompakte und kleinbauende Drucker dienen. Der Anzeigebereich 427 kann aus jedem Set mit Flüssigkristall-Sichtanzeige oder ähnlichen, dem Fachmann bekannten Sets mit Anordnung für eine praktische Anzeige von Zahlenwerten und Funktionen des Analysators 412 bestehen. Der Analysator 412 kann weiter mit einem Handgriff 429 für die erleichterte Tragberkeit ausgerüstet sein.
Abbildung 35 zeigt Patrone 411 in einer gasdurchlässigen Tasche 418 für die dortige Wahrung des elektrochemischen Sensorsatzes 416 und der Sensoren in einer bestimmten Atmosphäre 419. Patrone 411 wird in einer Seitenansicht auf der Ebene 3-3 der Abbildungen 33 und 34 gezeigt. Die Patrone hat einen abnehmbaren, vorzugsweise wiederverwendbaren Deckel 415 und den Einrichtungs-Einlass 414 in Fluidverbindung mit dem Sensorsatz 416, wobei am distalen Ende des Satzes das Einrichtungs-Ventil 417 für die Fluidverbindung mit dem Entsorgungsreservoir 420 angebracht ist, wie in Abbildungen 36 und 37 gezeigt wird. Weiter hat die Patrone 411 einen assoziierten kodierten Informationsträger 421 für die Speicherung der Information im Zusammenhang mit den Sensorwerten und Information über jeden Temperatursensor, der sich im Sensorsatz 416 befinden kann. Zu den Sensorwerten gehören die Leistungseigenschaften, einschliesslich des Ansprechwerts einer oder mehrerer Elektroden für die zu messenden einen oder mehrere Analyten und verschiedenen Richtungskoeffizienten für die Funktion der Änderung der elektronischen Werte für Änderungen der Konzentration eines bestimmten Analyts.
Wie Abbildung 35 zeigt, ist die Ausrichtung des Sensorsatzes 416 vorzugsweise eine gerade Ausrichtung mit dem Einrichtungs-Einlass 414 und dem Einrichtungsventil 417. Vorzugsweise ist die Ausrichtung des Sensorsatzes 416 eine nicht horizontale im Vergleich zur horizontalen Ebene über die Breitenachse von Patrone 411. Diese Ausrichtung hat der Sensorsatz 416 vorzugsweise wegen der Anordnung der Elektroden mit ihren Elektrolyten im Sensorsatz, wie unter Abbildung 38 eingehender diskutiert wird, sowie im Interesse eines guten Durchflusses durch den Kanal von Sensorsatz 416. Letzterer ermöglicht das leichte Spülen der vorangehenden Probe aus dem mehrfach einsetzbaren Sensorsatz vor der Messung der nächsten chemischen Probe. Die Ausrichtung des Sensorsatzes 416 in der Patrone 411 kann bei entsprechender Änderung der Elektroden in Sensorsatz 416 sogar horizontal sein. Der Referenzelektrolyt für die Referenzelektrode könnte ein gelierter Elektrolyt sein.
Der kodierte Informationsträger 421 kann in jedem Mittel für die Speicherung von Information, das in den Analysator 412 eingegeben werden kann, bestehen. Einige nichtausschliessliche Beispiele kodierter Informationsträger sind Strichkodierung, Magnetstreifen, optische Kodierung, Tastatur, Halbleiter, elektronischer Speicher, elektromechanische Lochkarten und Tast-Speicherchip. Letztere sind aus rostfreiem Stahl und selbstklebende Etiquets, die durch vorübergehenden Kontakt lesen oder schreiben. Der Tast-Speicherchip wurde auf einen münzenförmigen MicroCan Halter montiert, um den harten Umgebungsbedingungen standzuhalten. Die einfachen leitenden Oberflächen dieser Montage dienen als Leitung für die fehlerfreie Datenübertragung an andere Chips im System in einer direkten digitalen Verbindung von Chip zu Chip. Vorzugsweise ist der kodierte Informationsträger eine Strichkodierung mit den Informationen in alternativen länglichen dunklen Balken und hellen Zwischenräumen für die digitale und alphanumerische Kodierung. Beispielsweise wird der universale Produktkode (UPC) üblicherweise auf Einzelhandelsprodukten eingesetzt. Der Analysator 412 hat ein Lesegerät 422 für kodierte Information. Wenn die Information beispielsweise eine Strichkodierung hat, kann sich die Stichkodierung 421 auf der Tasche oder Folienverpackung 418 befinden; diese wird dann durch das Lesegerät gegeben oder es wird mit dem Lesegerät über den Strichkode gefahren und die Information eingelesen. Zusätzlich kann der kodierte Informationsträger ein Kleber auf Patrone 411 oder jedes andere Mittel sein, solange die Information für den Sensor in den Analysator 412 eingegeben werden kann.
Zu den Beispielen nicht ausschliessender Art eines Strichkode-Lesegeräts gehört der Handlesekopf mit einer lichtemittierenden Diode, die durch eine Öffnung an einem Ende des Lesegeräts durchscheint. Das Lesegerät kann senkrecht zum Strichkode-Etiquet 421 gehalten werden und direkt von einem Ende des Strichkode-Etiquets zum anderen eingelesen werden. Dieser Vorgang wird als "Einscannen des Etiquets" bezeichnet. Ein lichtempfindliches Gerät, wie ein Bildwandler, empfängt Licht, das von der lichtemittierenden Diode ausgestrahlt und durch die hellen Räume zwischen den dunklen Balken auf dem Etiquet reflektiert wird. Typischerweise umfasst das Lesegerät einen Einstufen- Verstärker für die Verstärkung des Ausgangsignals des lichtempfindlichen Geräts. Das Signal wird als Lesegerät- Signal oder analoges Signal bezeichnet und weist typischerweise eine Amplitude von rund 200 bis 300 Millivolt auf. Wenn es sich beim Lesegerät 422 um ein solches Lesegerät handelt, könnten diese Signale über ein flexibles Kabel vom oberen Ende des Lesegeräts weitergeleitet werden. Das Signal würde von den verarbeitenden Schaltkreisen des Lesegeräts weiter verstärkt und umgeformt werden, um ein unaufbereitetes Datensignal zu erzeugen, einschliesslich Sequenz der Pulse und Intervalle mit einer konstanten Scan- Geschwindigkeit der Breite der Pulse und Intervalle, die den Breiten der Balken und der Zwischenräume genau entsprechen. Das von den verarbeitenden Schaltkreisen des Lesegeräts erzeugte Signal wird in ein Mikroprozessor-System eingegeben, zwecks Berechnung der Algorithmen für die Konvertierung der unaufbereiteten Signaldaten zu Binärzahlen, wobei jede dieser Binärzahlen einem Zeichen der Strichkodierung entpsricht und jedes Bit einen logischen Zustand hat (entweder 1 oder 0), welcher der Breite des Balkens oder dem Raum zwischen den Balken des Strichkodes entspricht. Sobald die Binärzahlen errechnet wurden, können die durch sie vertretenen Zeichen vom Mikroprzessor unter Bezug auf seine Datenbank automatisch abgefragt werden. jeder Strichkod, jede Infomatiohnsquelle und jedes, den Fachleuten bekannte Dekodierungsverfahren kann eingesetzt werden. Vorzugsweise handelt es sich beim Stichkodierungs- Lesegerät 422 um einen stationären Anschluss an den Analysator 412.
Abbildung 36 zeigt einen Querschnitt durch Patrone 411, wobei der Querschnitt stirnseitig zum Sensorsatz 416 genommen wurde. Die Patrone hat vorzugsweise eine Aussparung 423 für die mechanische Befestigung am Anaysator 412. Diese Ansicht zeigt weiter die Innenseite einer Steckverbindung 413 für den elektrischen Anschluss an den Analysator 412. Der Deckel auf dem Einrichtungs-Einlass 414 kann für die zahlreichen Anwendungen des Einlasses entfernt werden. Der Einlass 414 wird vorzugsweise für die Aufnahme einer Nadel oder einer stirnseitigen Leur-Verbindung für eine Spritze angepasst, mit entfernter Nadel für die Injektion eines Fluids, vorzugsweise Blut, für die Analyse der Analyten, vorzugsweise Blutgase. Vorzugsweise umfasst der Einlass ein Einrichtungs-Ventil, wie ein Absperrventil, zwecks Gestaltung eines Einrichtungs-Einlasses für den Fluss in den Sensorsatz 416. Der Sensorsatz 416 steht in Fluidverbindung mit dem Einlass 414 und ist an seinem distalen Ende an das Einrichtungs-Ventil 417 angeschlossen. Das Ventil 417 hat eine Leitung 424 für den Anschluss an ein Entsorgungsreservoir 420.
Abbildung 37 ist ein Querschnitt der anderen Seite des Patrone 411, die in Abbildung 36 gezeigt wird; somit wird der Sensorsatz 416 in Abbildung 37 als Schnitt von Abbildung 35 gezeigt. Die Patrone 411 hat ein Entsorgungsreservoir 420, vorzugsweise eine helle Polyethylen-Tasche als Schichtprodukt aus Biax-Nylon mit einer durchgehenden Innen- und Aussendichtung. Vorzugsweise ist die Tasche doppel-kantig und wird in Patrone 411 handlich und dehnbar verpackt. Hinter der durchsichtigen Tasche 420 ist die Reservoir-Öffnung 426 erkennbar und steht in Fluidverbindung mit Leitung 424 für die Aufnahme von Fluid vom Sensorsatz 416 über Ventil 417.
Der elektrochmische Sensorsatz der Abbildungen 1-18 wird mit Patrone 411 der Abbildungen 33-37 eingesetzt. Abbildungen 3, 8 und 18 zeigen die bevorzugte Ausführung mit einer Vielzahl von Kanälen. Auf Abbildung 18 dient Kanal 12 für den Fluss von Fluiden durch den Sensorsatz; der zusätzliche Kanal oder die Kanäle sind für den Bereich mit den Referenzelektroden bestimmt und werden durch Kanäle 60 und 62 dargestellt. Vorzugsweise wird dieser Bereich durch einen zusätzlichen Kanal für jede Referenzelektroe gebildet. Vorzugsweise gibt es zwei Referenzelektroden, die im Abstand zueinander stehen, wie 64 und 66 zeigen. Dieser Umgebungsraum kann die wenigstens eine Referenzelektrode und ihr Referenzelektrolyt in Fluidkontakt mit dieser Elektrode haben. Der Referenzelektrolyt ist ein hydratisierendes Fluid22, das ähnlich wie jenes sein kann, das Kanal 12 ausfüllen kann. Erneut handelt es sich um die Sensorplatine 14 von Abbildung 3 und 110 von Abbildung 21. Es ist ein Fluidkontakt zwischen dem Fluid 22 in den Kanälen 12 und den Sensoren 18 diesem spezifischen Kanal 12 entlang vorhanden. Die Referenzelektrode kann jede den Fachleuten bekannte Referenzelektrode sein, vorzugsweise aber ein freiliegender Draht oder Leitungsbild der Stromkreise gemäss 116 und 120 von Abbildung 19. Der Raum mit den Referenzelektroden hat genug Elektrolyt für eine wirksame Druchführung der Anzahl Tests in den mehrfach einsetzbaren Testeinheiten. Vorzugsweise handelt es sich um einen Bereich mit einer flüssigkeitsmässigen Verbindung mit Kanal 436. Die geometrische Gestaltung des Bereichs kann jede Form annehmen, welche den Elektrolyt während der Anzahl Tests im mehrfachen Einsatz mit der einen oder mehreren Referenzelektroden in Kontakt hält, wobei die Zahl von 1 bis rund 75 oder mehr einzelnen Tests schwanken kann. Beispielsweise kann die Gestaltung den Einsatz der Fliesszelle in jeder Ausrichtung in Patrone 411 zulassen, wenn der Elektrolyt ein Gel ist. Der Sensorsatz von Abbildung 18 kann einen Winkel haben, der spitz oder stumpf zu dieser Ebene sein kann, wie in jenem Raumgestaltungsfall der einen Kanal für jede Referenzelektrode erforderlich macht und diese Kanäle koplanar zu Kanal 12 anordnet. Vorzugsweise verläuft dieser Kanal/Kanäle parallel zu Kanal 12 und kreuzt sich mit diesem am proximalen Ende des Sensorsatzes im Vergleich zu Einlass 414.
Nach Verbindung der Gehäuseteile für die Aufnahme von Sensorelement 437 und Kabel 413 wird eine Öffnung von Kanal 436 an ein Einrichtungs-Absperrventil 414 oder 417 angekoppelt und das hydratisierende Fluid 434 in Kanal 436 und den die Referenzelektroden enthaltenden Bereich 443 gegeben, um alle Kanäle im wesentlichen zu füllen; obwohl geringe Luftblasen in den Kanälen toleriert werden können, sind die Kanäle vorzugsweise bis zu ihrer vollständigen Aufnahmekapazität aufgefüllt. Die übrigbleibende Öffnung von Kanal 436 wird an ein zweites Einrichtungs-Absperrventil angeschlossen und der Sensorsatz ist bereit für die Positionierung in Patrone 411 mit dem Entsorgungsreservoir 420.
Abbildung 38 zeigt die Rückseite von Patrone 411 und Analysator 412 in einer Ansicht, die einer Umdrehung um 180º um die Rissachse des Geräts gemäss Abbildung 33 entspricht. Diese Ansicht zeigt das Patronengehäuse 411 mit einem überhöhten Bereich 430, welcher den Einrichtungs-Einlass 414 mit Anschluss an Sensorsatz 416 enthält. Der Drucker 428 wird in Abbildung 38 ebenfalls gezeigt und Bereich 432 ist eine Batterieversorgung und WS-Anschluss. Vorzugsweise hat die Einheit sowohl GS-Versorgung als auch einen WS- Anschluss, obwohl es möglich ist, dass die Einheit nur den einen oder den anderen Anschluss hat.
Abbildung 39 zeigt die Unterseite von Analysator 412 mit angeschlossener Patrone 411 von Abbildung 33 mit einer Umdrehung um 180º auf der Längsachse. Diese Ansicht zeigt die mechanische Verbindung 433, die eine Grundplatte der Patrone 411 und des Analysators 412 bildet. Die mechanische Halterung kann aus jedem auskragenden Element bestehen, das imstande ist, eine kastenähnliche Patrone zu befestigen und zu halten, wobei letztere ein beträchtliches Gewicht haben kann, wenn das Entsorgungsreservoir 420 mit Fluid gefüllt ist. Ebenfalls auf Abbildung 39 dargestellt ist die Unterseite des Druckers 428, Handgriff 429 und Batterie- oder Stromanschluss 432. Bei vollem Entsorgungsreservoir der Patrone wird die Patrone aus der mechanischen Halterung 433 des Analysators 412 entfernt und entsorgt und eine neue Patrone in die mechanische Halterung 433 durch Aussparung 423 von Patrone 411 für weitere Tests eingeschoben.
Abbildung 40 zeigt ein Blockdiagramm der Funktionen und Wechselbeziehungen dieser Funktionen für Analysator 412 mit seinen elektrischen Anschlüssen zum Sensorsatz 416. Der analoge Prozessor 480 von Analysator 412 hat über den elektrischen Stecker 413 eine Schnittstelle mit Stromkreis 450 für Signale von den Sensoren 438 und jedem einzelnen Temperaturfühler 461 der vorangehenden Abbildungen.
Der elektrische Anschluss ermöglicht weiter die elektrische Stromversorgung jeder Heizvorrichtung und jedes Widerstands auf den gedruckten Verdrahtungsplatinen des Sensors. Die elektrischen Anschlüsse können getrennt sein; vorzugsweise aber sind sie Einzelanschlüsse in einem Bündelleiter oder Bandkabel. Anschluss 481 versorgt den amperometrischen Sauerstoff-Sensor gemäss Abbildung 19-23 mit Strom. Die Anschlüsse 482, 483, 484 und 485 übertragen Steuer- und/oder Netzstrom oder Spannung an die Sensoren, den Thermistor und die Heizvorrichtung gemäss vorangehenden Abbildungen. Der Mikroprozessor 480 kann elektrisch an einen Mikrocomputer 487 angeschlossen werden, durch 486 an einen 12 Bit-Analog- Digital-Konvertor 488; letzterer wiederum kann durch 489 an Leitung 500, eine Art Busleitung angeschlossen werden. Über Leitung 500 kann Einheit 501 angeschlossen werden; letztere hat einen Datum/Zeit-Kreis und batteriegesicherten Random- Acess-Speicher, kann ein 8 Bit Zentralrechner (CPU) Mikroprozessor 501 sein und ist es vorzugsweise. Zusätzlich wird die kodierte Informationslesegerät- und Drive Circuit Einheit 490 über Leitung 491 an den Mikrocomputer 487 über Input/Output (I/O) Port 495 für eine Dialogverbindung angeschlossen. Über I/O Port 495 ist der Zentralrechner an das Anzeigenendgerät und die Tastatureinheit 496 angeschlossen; diese Einheit wiederum ist über I/O Port 497 und über Leitung 502 an Leitung 500 für die Kommunikation mit dem Mikrocomputer 487 angeschlossen. Der Zentralrechner 501 ist für die externe Kommunikation über RS 232 und die Drive Circuit Einheit 503 über Serial Port angeschlossen.
Der Mikrocomputer 487 ist an Stromversorgung 505 und Batterieversorgung 506 angeschlossen. Obwohl eine besondere bevorzugte Anordnung für die Funktionseinheiten des Analysators 12 eigens entworfen wurde, sind Variationen, die eine oder mehrere der Funktionseinheiten ersetzen, denkbar. Solange der Prozessor 480 und der Konverter 494 bei Einsatz von analogen Signalen vorhanden sind, sowie ein an diese Einheiten funktionsgebundener Prozessor, eine Stromversorgung und eine Ausgabe, ist der Analysator 412 mit Patrone 411 mit Sensorsatz 416 der vorangehenden Abbildungen einsetzbar.
Geeignete Software befindet sich im Zentralrechner für die Vornahme dieser Anschlüsse und die Durchführung der Kalibrierung und Analyse von Proben.
In den vorstehend beschriebenen Querschnitten des Geräts dieser Erfindung ergibt die Anordnung der Komponenten vorzugsweise Sensoren für die Messung der Partialdrücke von Sauerstoff und Kohlendioxid und die pH-Messung in einem Hauptkanal, während sich eine oder mehrere Referenzelektroden in einem oder mehreren Nebenkanälen befinden. Wenn sich hydratisierendes Fluid 34 in den Kanälen befindet, wird das Fluid im Hauptkanal leichter verdrängt, wenn Probenfluid für die Messung im Vergleich zum Fluid in den Nebenkanälen über Einlass 414 eingebracht wird. Aus diesem Grund messen die Referenzelektroden als Referenz ein bekanntes Fluid für die Messung von Probenfluid im Hauptkanal.
Wie Abbildungen 35, und 41-46 zeigen, kann der elektrochemische Sensorsatz in verschiedenen Ausführungen unter einer hermetisch versiegelbaren Schicht, die gasundurchlässig und diffusionsdicht ist, verpackt werden. Wie weiter Abbildung 35 zeigt, kann die Patrone 411 mit dem elektrochemischen Sensorsatz unter dieser Verpackung angebracht werden. Wie schliesslich Abbildungen 41-46 zeigen, kann die Verpackung den Sensorsatz selbst in zwei Ausführungen (41-42) haben, den Sensorsatz mit dem Kalibrierer und Sammler (43) und Fläschchen mit Kalibrierfluid ohne und mit Spüllösung für die mehrfach einsetzbare Ausführung der Erfindung (44-45).
Diese Schicht kann aus jeder Einzelschicht oder einem mehrschichtigen Material bestehen, das die Eigenschaften der Gasundurchlässigkeit und Diffusionedichtigkeit aufweist. Geeignete mehrschichtige Materialien sind Metallfolien- Polymer-Laminate, die heissversiegelt oder hochfrequenzversiegelt werden können, um eine Tasche zu bilden. Normalerweise bestehen die Laminate aus einer Innenschicht von Polymermaterial und einer Aussenschicht aus einer Metalifolie. Die Dicke der inneren Polymer- oder Kunststoff-Folie bewegt sich im allgemeinen in einem Bereich von rund 20 bis 80 Mikron. Ein typisches Laminat kann aus zwei oder mehr Schichten bestehen, vorzugsweise aber ist eine zusätzliche äussere Polymerschicht zwecks höherer Verschleissfestigkeit oder zum Bedrucken der Metallfolienschicht vorhanden. Ein Beispiel nicht ausschliesslicher Art für eine Metallfolie ist Aluminium.
Ein Schichtstoff aus drei Schichten mit Eignung als gasundurchlässige Verpackung oder Tasche nach Abbildung 41, 42, 43 und 45 kann von der äussersten bis zur innersten Schicht folgendermassen gestaltet sein: 1) Nylon, Polyester Polyethylen oder Polypropylen, zum Beispiel 10 bis 70 g/m² dick für Verschleissfestigkeit, 2) Aluminiumfolie, zum Beispiel 5 bis 40 g/m² dick, und 3) eine innere, heißsiegelfähige Polymerschicht, wie Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylidenchlorid oder Nylon, zum Beispiel 5 bis 25 g/m² dick. Ein Nylon-Folien-Polypropylen Schichtstoff aus z.B. 17 g/m² Nylon, 32 g/m² Aluminium, 45 g/m² Polypropylen erhältlich unter dem Handelsnamen Sterilite NFP.
Ein weiteres geeignetes Beispiel ist ein Laminat mit einer Aussenschicht Polyvinyl-Alkohol in einer Innenschicht eines heißsiegelfähigen Polymermaterials wie Polyethylen, Polypropylen, Hartpolyethylen, Polyesther, ein Laminat aus einem nicht gezogenen Polypropylen und biaxial gezogenen Polypropylen und einer Innenschicht von nicht gezogenem Polypropylen und Nylon als Zwischenschicht und biaxial gezogenes Polypropylen als Aussenschicht. Alle diese heißsiegelfähigen Polymerfilme können als Innenschicht mit Polyvinylalkohol eingesetzt werden. Die Hydroxylgruppe der Polyvinylalkohole sind über Wasserstoffbindungen miteinander verbunden und verleihen dem Polyvinylalkohol eine extrem hohe Undurchlässigkeit (Sperreigenschaft) gegenüber gasförmigem Sauerstoff. Die Innenschicht eines heißsiegelfähigen Polymerfilms verbessert die Heißsiegelfähigkeit von Polyvinylalkohol-Laminaten. Zusätzlich zur Verzögerung schädlicher Wirkungen von Feuchtigkeit oder Wasser in der Umgebung einer Polyvinylalkoholschicht, bildet die Aussenschicht über der Polyvinylalkoholschicht eine dritte Polymerschicht. Geeignete Beispiele für diese Schicht sind biaxial gezogenes Polypropylen, Polyester, biaxial gezogenes Nylon und Polyvinylidenchloridfilm. Ein geeignetes Lamitat dieser Art ist unter dem Handelsnamen EVAR bei Kuraray, Ltd. erhältlich.
Ein weiteres Beispiel für ein geeignetes Schichtmaterial, ein Polyfolie-Polylaminat, ist ein Dreischichtenverbund mit einer Aluminiumschicht als Zwischenfolie und einer Innen- und einer Aussenschicht aus Polypropylen. In der Metalfolienschicht beträgt die Dicke der Aluminiumfolie im allgemeinen zwischen mindestens 20 µm bis rund 30 µm. Die Auswahl für eine innere Polymerschicht aus schwachdurchlässigem Thermoplast ist gross: erhältlich bei ICI Chemicals, Polyvinylidenchlorig, erhältlich unter dem Handelsnamen SARAN, Polyacrylonitril-Copolymer, erhältlich unter dem Handelsnamen PANC und BARAX 210; Polyethylen- Terephthalat, erhältlich unter dem Handelsnamen MYLAR, Polyvinylfluorid, erhältlich unter dem Handelsnamen PVF und Polyamit-6, erhältlich unter dem Handelsnamen NYLON-6 und Polyvinylchlorid. PANC ist bei Lonzag, 4002 Basel erhältlich und wird als Copolymer mit einem hohen Anteil Acrylnitril, rund 72 Gewichtsprozent und einem niederigen Anteil anderer Monomere beschrieben und ist thermoelastisch bis zu einer Temperatur von rund 150ºC zu verarbeiten.
In dieser Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen wird der Begriff "ausgeglichen" gebraucht, wobei der Fachmann darunter versteht, dass die Gas- und Pufferlösung in Kontakt zueinander gehalten werden, bis ein Zustand des Gleichgewichts zwischen dem Analyt im Fluid kontrollierten Gehalts und dem Analyt im aktivierenden Fluid erreicht wurde.
Der Begrif "aktiver Zustand" für die Sensoren bezieht sich auf die Auflage an den Sensoren, Analyten nachzuweisen, obwohl eine Kalibrierung mit herkömmlichen Referenzfluiden erforderlich sein kann.
Der "vorkonditionierte Zustand" des Sensors bezieht sich auf den Sensor, der sich entweder in seinem aktiven Zustand und/oder in einem diagnostischen Zustand und/oder in einem Pseudo- oder vorkalibrierten Zustand und/oder in einem kalibrierten Zustand befindet. Der diagnostische Zustand ist jener, in dem der Ansprechwert des Sensors anfänglich durch Einsatz des Sensors mit einem Anzeigeendgerät, das in den Zeichnungen nicht erwähnt wird, geprüft werden kann. Mit dieser diagnostischen Information kann der Sensor vor dem Einsatz im Analysegerät auf seine Funktionstüchtigkeit hin geprüft werden, Der Pseudo- oder vorkalibrierte Zustand bezieht sich auf ein Vergleich des Ergebnisses einer Kalibrierlösung oder Referenzprobe mit einer vorgegebenen Analytmenge mit dem abgelesenen Ergebnis einer nachfolgenden Kalibrierung oder Referenzprobe, wobei erwartet wird, dass sich die Wertveränderungen im Interesse der Betriebstüchtigkeit des Sensors innerhalb einer bestimmten Bandbreite bewegen. Der kalibrierte Zustand ist der Zustand, in welchem der Sensor anfänglich einen Wert oder Werte für eine Kalibrierlösung oder eine Referenzprobe mit einer vorgegebenen Menge eines oder mehrerer Analyten auf dem Anzeigenendgerät angibt.
In Abbildungen 41-43 werden in den Zeichnungen ähnliche Ziffern für die Bezeichnung gleicher Eigenschaften in jeder der Zeichnungen eingesetzt.
Wie in Abbildungen 35 und 41-45 gezeigt, wird aus der Schicht eine Tasche geformt, und zwar unter Anwendung jedes beliebigen, den Fachleuten bekannten Verfahrens, wie Heißversiegelung oder HF-Versiegelung. Die Grösse der Tasche aus Schicht 510 variiert in Funktion des Tascheninhalts. Für den Sensorsatz von Abbildung 41-43 kann sich die Grösse zwischen 4 x 7 cm bis 6 x 10 cm bis hin zu grösseren Abmessungen bewegen, wenn weitere Komponenten neben den Sensorsätzen in die Tasche gebracht werden. So kann beispielsweise die Grösse der Tasche für Abbildung 43 von 6 bis 15 cm Breite und 10 bis 20 cm Länge variieren und einen Aufreiß-Streifen oder eine Einreiss-Kerbe oder Schwächelinie sowie ähnliche Vorrichtungen für das erleichterte Öffnen enthalten. Die Dichtungen der Tasche können an allen Schichtkanten, die über sich selbst gefaltet werden oder an zwei Schichten, die einander gegenüber stehen, mit ihren heißsiegelbaren Polymerschichten vorhanden sein; die Innenschicht jeder Kante kann versiegelt werden. Heißsiegel für das über sich selbst gefaltete Material wäre über zwei Kanten und an einer gefaltete Seite wie 510a, 510b und 510c von Abbildung 41 vorhanden. Für zwei einander gegenüberliegende Materialstücke würden drei Heißversiegelungen angebracht - eine an jeder Kante wie 510a bis 510c. Typischerweise sind die Heißversiegelungen 510a bis 510c 9 bis 10 mm breit. Die Heissversiegelungen werden auf die Schicht gebracht, um ein Ende der Tasche offen zu halten. Nachdem die Komponenten in die Tasche eingeführt wurden, wird die Öffnung auf die gleiche Weise wie die anderen Seiten heissversiegelt.
Auf Abbildungen 35, 41-45 kann das Vorkonditionierungsfluid 514 im elektrochemischen Sensorsatz 515 ein aktivierendes Fluid sein und ist es, um den Sensor oder die Sensoren in einem aktiven Zustand zu erhalten. Beispielsweise kann ein Sensor eine wasserdampfdurchlässige Polymermembran wie eine hydratisierbare Polymermembran mit einem gewissen Anteil ihres wasserigen Elektrolyts haben. In dieser Situation muss der Sensor in einem hydratisierenden Fluid aufbewahrt werden, um aktiv zu sein. Einige Sensoren mit hydratisierbaren Membranen können trocken gelagert werden, brauchen aber die Hydratisierung ihrer Membranen für das Vorhandensein eines aktiven Zustands. Wenn der Sensorsatz 512 wenigstens einen solchen Sensor auf 518 hat, der die Hydratisierung für einen aktiven Zustand braucht, so ist das Vorkonditionierungsfluid 514 das aktivierende Fluid. Das Vorkonditionierungsfluid 514 ist in Fluidkontakt mit dem Sensor durch die versiegelte Anwesenheit des Fluids in der Tasche aus Schicht 510. Auf diese Weise steht das Vorkonditionierungsfluid durch seine Anwesenheit in der Tasche in Fluidkontakt mit dem Sensor, zwischen den gasundurchlässigen, diffusionsdichten Schichten und dem Sensor.
Beispiele nicht ausschliessender Art für solche aktivierende Fluide mit Einsatz als Atmosphäre unter Schicht 501 sind: feuchte Luft oder Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von über 30% oder hochgesättigte, feuchte Luft sowie jedes ähnliche feuchigkeitshaltige oder feuchtigkeitsbeladene Inertgas. Zusätzlich zum Fluid 514 in der Umgebung zwischen der abgesiegelten Tasche und dem Gehäuse 522 kann das Fluid auch Kanal 524 ausfüllen, wobei letzterer in einer ähnlichen Weise, wie vorstehend unter Abbildungen 1-18 diskutiert, abgedichtet werden kann aber nicht muss.
Abbildung 42 zeigt eine Ausführung, in welcher das Vorkonditionierungsfluid 514 ein aktivierendes Fluid oder Fluid kontrollierten Gehalts oder beides durch Anwesenheit von zwei getrennten Fluiden ist. Wenn das Fluid 514 entweder das eine oder das andere ist, befindet es sich im Fluidkontakt mit dem einen oder mehreren Sensoren innerhalb eines abgedichteten Gehäuses 522. Wenn beide Fluide anwesend sind, wird das aktivierende Fluid eher als 538 anstatt als 514 bezeichnet. In diesem Falle ist das Vorkonditionierungsfluid 514 das Fluid kontrollierten Gehalts, das ausserhalb des abgedichteten Gehäuses 522 anwesend ist, während das aktivierende Fluid 538 im abgedichteten Gehäuse vorhanden ist. Das Fluid kontrollierten Gehalts 514 kann mit dem einen oder mehreren Sensoren, die sich in aktivem Zustand im Sensorsatz 522 befinden, ein Gleichgewicht herstellen, um einen aktiven Sensoren vorzukonditionieren.
Das Fluid kontrollierten Gehalts kann ein Gas, eine Flüssigkeit oder eine Verbindung von Gas und Flüssigkeit sein, in Abhängigkeit vom Zustand des Analyts, der vom Sensor nachgewiesen wird. Als Beispiel nicht ausschliessender Art und falls der Analyt ein Blutgas wie Sauerstoff und/oder Kohlendioxid ist und das Fluid kontrollierten Gehaltes 514 ein Gas, kann ein oder mehrere dieser Gase, allein oder in Verbindung miteinander, oder mit Inertgas die Schicht spülen, nachdem der Sensorsatz 512 unter die Schicht gebracht wird, und bevor hermetisch abgedichtet wird. Das Fluid kontrollierten Gehalts kann auch durch nur das Inertgas dargestellt werden, wenn ein Nullgehalt des Analyts im Fluid nachgewiesen werden soll. Wenn das Fluid kontrollierten Gehalts 514 eine Verbindung von Gas und einer Flüssigkeit ist, kann ein solches Fluid mit der erforderlichen Menge Gas mit jedem, den Fachleuten bekannten Verfahren hergestellt werden. Ein solches Fluid kann beispielsweise ein tonometriertes Fluid in Herstellung durch eines der handelsüblichen Tonometer sein, wie bereits vorstehend für die Fläschchen festgehalten wurde.
Ein Beispiel für ein ausgeglichenes oder tonometriertes Fluid als Fluid 514 kann sich aus dem Kontakt der gepufferten flüssigen Lösung mit einem kohlenstoffhaltigen Gas ergeben, wobei letzteres eine Mischung von Kohlendioxid mit einem oder mehreren Inertgasen sein kann. Ein Inertgas ist ein Gas, das nicht mit der Pufferlösung reagiert um den pH zu verändern. Das würde die Voraussagbarkeit der endgültigen pH-Werte verunmöglichen. Weiter reagiert ein Inertgas nicht mit irgendeinem der Bestandteile im Vorkonditionierungsfluid 514. Beispiele nicht ausschliesslicher Art für Inertgase sind Stickstoff, Argon und weitere ähnliche Gase, die sich normalerweise in der Luft befinden. Das umfasst die Edelgase wie Neon, Argon, Krypton, Xenon, Helium u.ä. Vorzugsweise werden als ausgeglichene Gase für die Blutgasanalyse eine Mischung von Kohlendioxid mit Stickstoff oder Kohlendioxid mit Sauerstoff und Stickstoff eingesetzt. Zwei Beispiele nicht ausschliesslicher Art sind: 1) rund 5% Kohlendioxid mit Sauerstoff für das Gasgleichgewicht im Fluid und 2) rund 7 Volumenprozent Kohlendioxid und rund 10 Volumenprozent Sauerstoff mit Stickstoff als Gleichgewicht.
Das Fluid kontrollierten Gehalts mit der kontrollierten Menge Gas oder ausgeglichen mit Gas, wir in einer Umgebung gehalten, welche die Diffusion von Gas oder Dampf in das System oder aus dem System vermeidet, um jede Abweichung der Werte für die Partialdrücke und jede Änderung des pH-Werts zu vermeiden. Es können anerkannte Vorrichtungen für die Wahrung dieser Fluide eingesetzt werden. Ein solches Beispiel ist das vorstehend erwähnte, handelsübliche Tonometer.
Zustätzlich weist Abbildung 42 eine andere Konfiguration für Gehäuse und Sensorelement 515 als Abbildung 41 auf. Schicht 510 wird wie in Abbildung 41 in Form einer Tasche mit einer Aussenschicht 534 und einer inneren versiegelbaren Polymerschicht 536 gezeigt. Der Sensorsatz 515 hat das nichtleitende Substrat, einen oder mehrere Sensoren 518, Stromkreise 520, ein Gehäuse 522 mit Einlass 526, einen Auslass 528 und Kanal 524 wie in Abbildung 41. Das Vorkonditionierungsfluid wird in Kanal 524 und Nebenkanälen 523 und 525, mit Verbindung zu Kanal 524 in Gehäuse 522 versiegelt. Wenn sich der eine oder mehrere Sensoren auf dem nichtleitenden Substrat in aktivem Zustand befinden, kann das Vorkonditionierungsfluid das Fluid kontrollierten Gehalts sein. Einer oder mehrere Sensoren auf dem nichtleitenden Substrat können etwas anderes als ihre eigene Aktivität erforderlich machen, nämlich die Anwesenheit einer zusätzlichen Komponente, wie ein hydratisierendes Fluid.
Nachdem sich der Sensorsatz 512 mit dem versiegelten aktivierenden Fluid 538 im Fluidkontakt mit dem einen oder mehreren Sensoren 518 an seinem Standort in der beschichteten Tasche 510, mit oder ohne Kalibrierer/Sammler oder Patrone befindet, wird die letzte unversiegelte Kante oder alle Kanten zu diesem Zeitpunkt versiegelt. Das Versiegelungsverfahren kann Heißsiegelung oder Induktionsversiegelung sein.
Im allgemeinen erfolgt die Heißsiegelung oder HF- Versiegelung durch direkte oder indirekte Anwendung von Hitze oder Hochfrequenz auf die Metallfolienschicht, wodurch Wärme auf die Polymerschicht im Kontakt mit einer anderen Polymerschicht an der Kante der Tasche gestrahlt wird und die Hitze die Polymerschicht weich macht und versiegelt lässt. Das Heißsiegelverfahren muss lange genug angesetzt werden, um das Schmelzen und den Verbund der siegelbaren Harze, z.B. 0.1 bis 5 Sekunden zu gewährleisten. Das Heißsiegelverfahren kann in einem Vorgang mit einer, zwei oder mehr Phasen ausgeführt werden. Im letzteren Fall können die gleichen oder andere Temperatur- und Druckbedingungen als die vorstehend erwähnten während dieser Phasen eingesetzt werden. Der verbundene und versiegelte Bereich wird abgekühlt, erforderlichenfalls unter Anwendung von Druck, als wahlweises Mittel für einen versiegelten Bereich mit guter Versiegelungswirksamkeit. Unmittelbar nach Abschluss des Heißsiegelverfahrens wird beispielsweise der heissversiegelte Bereich mit dem Harz, das sich immer noch im weichen oder geschmolzenen Zustand befindet, durch zwei positiv gekühlte Druckstangen zusammengepresst und das Harz dadurch verfestigt. Es kann jedoch jedes, den Fachleuten bekannte Verfahren für das Kühlen und Härten von Klebstoff- Polymer eingesetzt werden.
Für das Induktionsversiegeln kann im allgemeinen jedes, den Fachleuten bekannte Verfahren eingesetzt werden. Ein Beispiel nicht ausschliessender Art für ein geeignetes Verfahren umfasst den Einsatz von Einrichtungen, die bei Giltron, Inc., Medfield, Massachusetts 02052 erhältlich sind und unter dem Namen Foil Sealer Induction Heat Sealer, Model PM1 geführt werden.
Abbildung 43 zeigt eine Ausführung dieser Erfindung bei welcher zusätzlich zur Anwesenheit des Sensorsatzes 512 in der beschichteten Tasche 510 auch ein Probensammlermittel 554 und ein Kalibrierflüssigkeitsspender 556 vorhanden sind. Am besten werden diese Mittel mit dem Sensorsatz 512 in einer benutzerfreundlichen Art, wie bereits vorstehend unter Abbildung 24-30 besprochen, gemeinsam präsentiert. Weiter gibt es vorzugsweise zwei Vorkonditionierungsfluide, eines davon in der Tasche. Ein Fluid ist ein Fluid kontrollierten Gehalts und das andere ein aktivierendes Fluid, weil in der bevorzugten Ausführung wenigstens ein Sensor wenigstens eine hydratisierbare Membran aufweist.
Wenn die hermetisch abgedichtete Sensorvorrichtung dieser Erfindung sterilisiert werden muss, kann der hermetisch abgedichtete Sensor durch Gammasterilisierung oder Pasteurisierungs-Sterilisierung sterilisiert werden. Ein Beispiel nicht ausschliessender Art eines Pasteurisierungsverfahren, das mit der hermetisch abgedichteten Sensorvorrichtung dieser Erfindung eingesetzt werden kann, besteht in der Erhitzung eines oder mehrerer von ihnen auf eine Temperatur von rund 70ºC während acht Stunden. Die Gammasterilisierung kann unter Einsatz von jeder Gammasterilisierungseinrichtung, wie sie den Fachleuten bekannt ist, eingesetzt werden. Für Pasteurisierungs-Sterilisierungen sollte die Kühlungsrate so gestaltet sein, dass die Kanäle über eine ausreichende Zeit dem Hitzeprozess ausgesetzt werden.
Wenn die hermetisch abgedichtete Sensor-Vorrichtung mit ihrem gesamten Inhalt durch Gammastrahlung sterilisiert wird, können eingangs vorhandene Sauerstoffkonzentrationen für bestimmte Fluidkompositionen verändert werden. Die Gaszusammensetzung des Fluids kontrollierten Inhalts 514 von Abbildung 42 oder 43 enthält vorzugsweise wenig oder gar keinen Sauerstoff; etwas Sauerstoff kann hingegen in Fluid 14 vorhanden sein, wenn die Gammasterilisierung eingesetzt wird. Die Gammasterilisierung verbraucht Sauerstoff und reduziert somit jeden eingangs vorhandenen Sauerstoff in Fluid 514 oder im Gleichgewicht in Fluid 538.
Abbildung 44 zeigt ein Packet von Fläschchen oder Behältern 569 und Abbildung 45 zeigt ein Packet von Fläschchen oder Behältern 569 und Beschickungssätzen 570 und 571 für die Kalibrierung der mehrfach einsetzbaren Sensoren in der Patrone, wenn die zu messenden Analyten Gase wie Blutgase sind. Falls das Fläschchen gasundurchlässig ist braucht das Packet nicht gasundurchlässig zu sein. Es gibt zwei Situationen, in denen das Packet oder die Verpackung gasundurchlässig sind. Im einen Fall, wenn das Kalibrierfluid oder hydratisierende Fluid als Spülung zwischen den Proben eingesetzt wird und die Verpackung 572 gasundurchlässig ist, um in der Tasche eine Atmosphäre für ein Gleichgewicht mit dem Spülfluid zu schaffen. In der anderen Situation sind die unmittelbaren Behälter für das Kalibrierfluid und/oder Spülfluid nicht gasundurchlässig. Verpackung 572 in Abbildungen 44 und 45 können aus dem gleichen Material wie die vorstehend für die Verpackung der Sensorsätze beschriebenen sein.
Auf Abbildung 35 tritt das Fluid kontrollierten Gehalts 514 in Kontakt mit der Patrone 411 mit den Sensoren im Sensorsatz 416 durch die versiegelte Anwesenheit des Fluids in der Tasche 418. Auf diese Weise befindet sich das Fluid kontrollierten Gehalts 514 zwischen den gasundurchlässigen, diffusionsdichten Schichten und den Sensoren, angesichts seiner Anwesenheit in der Tasche 418 in Fluidkontakt mit den Sensoren durch Kunststoffbehälter wie die Patrone 411 und Sensorsatz 416. Das Fluid kontrollierten Gehalts tritt in ein Gleichgewicht mit den Sensoren in aktivem Zustand in Anwesenheit des hydratisierenden Fluids 34 in der Fliesszelle16 um einen aktiven Sensor auf ähnliche Weise wie bei Sensorsatz 512 von Abbildungen 41-43 vorzukonditionieren.
Bei der Verpackung 572 steht das Fluid kontrollierten Gehalts 574 in ähnlicher Weise in Kontakt mit dem hydratisierenden oder Spülfluid 572 oder einem Kalibrierfluid 575 in gasdurchlässigen Behältern 576. Vorzugsweise befindet sich das Kalibrierfluid 575 in gasundurchlässigen Behältern, wie versiegelten Fläschchen 569 oder den vorstehend, unter Abbildung 24-32 besprochenen oder in Ampullen aus Glas. Fläschchen 569 können Glasfläschchen mit einer Öffnung sein, die mit einem gasundurchlässigen Material heisversiegelt wurde, wie jene Materialien, die für Tasche 18 eingesetzt werden. Vorzugsweise haben die Fläschchen 569 eine Öffnung mit dem kleinstmöglichen Durchmesser, der die gewollte Zugabe und Entnahme von Fluid ermöglicht. Kalibrierfluid 575 in Fläschchen 569 ist ein Fluid mit einer bekannten Menge des zu messenden einen oder mehreren Analyten, wie bereits vorstehend für Abbildungen 24-32 besprochen.
Abbildungen 44 und 45 zeigen Kalibrierfluid 575 und Spülfluid 577 in Paketen 572 mit dem kodierten Informationsträger 578. Abbildung 45 zeigt die Kalibrier- und Spüllösung mit dem kodierten Informationsträger 578 der bevorzugten Ausführung dieser Erfindung, wobei weiter eine Kalibrierlösungsbeschickungseinrichtung 570 und eine Spülösungsbeschickungseinrichtung 571 vorhanden sind. Am besten werden Träger 578 wie Träger 421 zusammen mit dem Packet 572 auf eine benutzerfreundliche Art und Weise präsentiert. Träger 578 kann ähnlich wie Träger 421 gestaltet sein und enthält Information über die Konzentrationen der Analyten im Kalibrierfluid.
Abbildung 46 zeigt eine Graphik für den Nanoampère-Output des Sensors auf der Zeitachse für den Sensor in der Sensor- Sammler-Kalibrier-Vorrichtung der Sensor-Vorrichtung dieser Erfindung, gemäss Abbildung 43, in Anwesenheit der zwei Vorkonditionierungsfluiden. Ein Fluid ist das Fluid kontrollierten Gehalts und das andere ist das hydratisierende Fluid als aktivierendes Fluid. Ein drittes, im Kalibrierer vorhandenes Fluid ist das Kalibrierfluid. Das Fluid mit bekanntem Gehalt514B kann eine Zusammensetzung von rund 5% Kohlendioxid mit Stickstoff als Gasgleichgewicht im Fluid aufweisen. Das Kalibrierfluid hatte bekannte Werte für Kohlendioxid und Sauerstoff von rund 7 Volumenprozent Kohlendioxid und rund 10 Volumenprozent Sauerstoff mit Stickstoff als Gleichgewicht. Zu den Sensoren im Sensorsatz gehörten Sauerstoff, Kohlendioxid und pH-Sensor mit einhergehenden Referenzelektroden im Fall von Kohlendioxid und einem pH ähnlich wie jener in Abbildung 42. Auf der Ordinate werden die Nanoampères angegeben, während die Abszisse die Zeitachse darstellt.
Kurve A gibt die Nanoampère-Leistung und Kurve B die Temperatur einer Heizvorrichtung auf einem nichtleitenden Substrat zusamen mit wenigstens dem Sauerstoff-Sensor an. Die Spitze bei C erfolgt, wenn Kabel 502 an das Messgerät angeschlossen wird. Die als D angegebene Zeit ist die Zeit, während der das ausgeglichene hydratisierende Fluid, welches das aktivierende Fluid im Sensorsatz 512 ist, von den Messinstrumenten gelesen wird. Hier sind sowohl das Fluid kontrollierten Gehalts als auch das aktivierende Fluid im wesentlichen ohne jeden Sauerstoff und enthalten keinen Sauerstoff. Die Kalibrierlösung wird über den Sensor an Punkt E eingebracht und der Sauerstoffsensor fängt an, die Sauerstoffkonzentration im Kalibrierfluid 575 von Abbildung 43 zu lesen. Der Ausgangsstrom des Sauerstoff-Sensors weist den Sauerstoff nach, bis die Heizvorrichtung an Punkt F einschaltet und das Kalibrierfluid auf die Temperatur aufheizt, bei der die unbekannte Probe entnommen wurde. Blut beispielsweise hat bei seiner Entnahme eine Körpertemperatur von rund 37ºC. Der Ausgangsstrom des Sensors, der die Sauerstoffkonzentration der Kalibrierflüssigkeit liest, stabilisiert sich in rund 30 Sekunden und gibt einen Wert der Sauerstoffkonzentration bei der gewünschten Temperatur für das Kalibrierfluid an, wie in Bereich G der Kurve angegeben wird. Bei Punkt H wird die Blutprobe eingebracht und der Ausgangsstrom des Sensors nimmt in diesem Falle ab, um die Sauerstoffkonzentration der Blutgasprobe zu messen.
Bei Einbringung des Kalibrierfluids weist das elektronische Messmittel sowohl das Kohlendioxyd als auch den pH der Kalibrierlösung nach, weil der Kohlendioxid-Ausgleich mit dem Fluid bekannten Gehalts eine Änderung des pH-Wertes verursachen kann. Die Konzentration von Kohlendioxid und der pH des ausgeglichenen hydratisierenden Fluids sind bekannt, wie auch jener der Kalibrierlösung im Fläschchen 234 bekannt ist, weil die Kalibrierlösung im Fläschchen nicht ins Gleichgewicht mit dem Fluid bekannten Gehalts 514B gebracht wurde. Es findet kein Gleichgewicht statt, da das Fläschchen von der Atmosphäre in Schicht 510 hermetisch agedichtet ist. Bei Einführung der Kalibrierlösung an Punkt E der Kurve ändert sich das Stromsignal um einen bekannten Betrag und diese Änderung wird mit dem statistischen Mittel der Änderungen für die zahlreichen Proben verglichen, um nachzuprüfen ob die Veränderung den Mindestanforderungen an die Sensor-Betriebsfähigkeit entspricht. Auf diese Weise wird der Ansprechwert des Sensors geprüft, um festzustellen ob er genau ist. Für den Einsatz einer 1-Punkt Kalibrierung bei der Bestimmung der Konzentrationswerte von Proben sind Bestimmung und Ansprechwert des Sensors wichtig, selbst für die Kalibrierung der Messwertverschiebung des Sensors am Ursprung, in einem Verhältnis des Ausgangsstroms über Zeit, wie dem in Abbildung 46 aufgeführten.
Auf diese Weise wird das hydratisierende Fluid, das mit dem Fluid kontrollierten Gehaltes ausgeglichen wird, als diagnostische Nachprüfung der angemessenen Betriebsfähigkeit des Sensors eingesetzt. Dieser Umstand ist wichtig, beim Einsatz tragbarer Sensoren, für die Nachpüfung seines korrekten Betriebs.
Bei Ausrüstung des Sensors mit einem Sauerstoff-Sensor, einem Kohlenstoffdioxid-Sensor und einem pH-Sensor kann eine 1 Punkt Kalibrierung durchgeführt werden. Für eine 1 Punkt Kalibrierung müssen der Richtungskoeffizient der Leitung und die Messwertverschiebung des Ursprungs bekannt sein. Um die Messwertverschiebung des Sauerstoff-Sensors zu bestimmen, muss der Sensor-Strom in Abwesenheit von Sauerstoff bekannt sein. Aus diesem Grunde werden die Schutzschicht 510 und ihr eingepackter Sensorsatz mit dem Vorkonditionierungsfluid so angeordnet, dass das Fluid kontrollierten Gehalts frei von Sauerstoff ist oder nur sehr wenig Sauerstoff enthält, der während der Gamma-Sterilisierung verbraucht werden kann, wobei das Fluid kontrollierten Gehalts das Gleichgewicht durch das Gehäusematerial des Sensorsatzes mit dem zweiten Vorkonditionierungsfluid, das ein hydratisierendes oder aktivierendes Fluid ist, herstellt. Nachdem die Einheit an das Messmodul angeschlossen ist, prüft die Einheit den Strom des Sauerstoffsensors. Fall kein Sauerstoff vorhanden ist, wird der Strom von der Einheit als Messwertverschiebung gelesen. Somit gibt der abgelesene Wert des Stroms beim Anschluss an die Stromquelle an, ob der Sensor richtig arbeitet oder nicht. Es wird ein Standard für Hintergrundsstrom festgesetzt und nachgeprüft ob die Sensoreinheit die Anforderungen an eine Messwertverschiebung gleich null oder im wesentlichen null erfüllt.
Das Vorkonditionierungsfluid mit dem Fluid kontrollierten Gehalts unter der Beutelschicht 510 ermöglicht die Prüfung der Messwertverschiebungsgrenzen ohne komplizierte Lösungen, wie Sulfide u.ä. für die Bestimmung der Messwertverschiebung des Sauerstoff-Sensors. Die Messwertverschiebung für die Sauerstoffkonzentration wird gemessen, bevor das Kalibrierfluid mit dem Sauerstoffsensor in Kontakt steht und vor dem Heizen, da der Sauerstoff-Sensor einen Temperaturkoeffizient hat. Mit dem bekannten Kohlendioxidwert im Fluid kontrollierten Gehalts können Kohlendioxid- und pH-Sensor kalibriert werden. Beide Sensoren haben einen bestimmten Ansprechwert in Millivolt/mm Quecksilber für die Kohlendioxid-Spannung. Dieser wird über ein statistisches Verfahren durch Messung zahlreicher Proben, die erneut mit den nachgeprüften Sensor verglichen werden, ermittelt. Das Kontrollmittel macht Prüfungen und Voraussagen der Millivoltänderungen, die für das hydratisierende Fluid und das Kalibrierfluid gemessen werden; diese Änderungen sollten sich innerhalb der statistischen Streuweite annehmbarer Werte bewegen; ansonsten entspricht der Ansprechwert des Sensors nicht den Spezifikationen.
Die Kalibrierlösung wird auf den Sensor eingebracht, nachdem der Sensorsatz mit den Sammlungs- und Kalibriermitteln oder die Patrone aus der hermetisch abgedichteten Tasche aus Schicht 510 entfernt wurden. Nach ihrer Entfernung wird die Einheit korrekt montiert und Kalibrierlösung auf den Sensor eingebracht. Während der Zeit, die für die Entfernung des Sensors aus der hermetisch abgedichteten Tasche und die Einführung der Kalibrierlösung erforderlich ist, wurde die Einheit bereits an das Messmodul angeschlossen und das Modul hat die Analyten Kohlenstoffdioxid und pH, vorzugsweise im ausgeglichenen hydratisierenden Fluid als Vorkonditionierungsfluid, gemessen.
Obwohl die Erfindung mit den vorstehenden Ausführungen recht ausführlich beschrieben wurde, ist davon auszugehen, dass zahlreiche Änderungen angebracht werden können ohne Umfang und Wesen der Erfindung gemäss Abgrenzung der beigefügten Patentansprüchen einzuschränken.

Claims

1. Vorrichtung mit einem vorkonditionierten Sensor und einem elektronischen Schaltkreis, enthaltend:

Sensorelement (14) mit einem nichtleitenden Substrat mit wenigstens einem vorkonditionierten elektrochemischen Sensor (18) mit einer Membran und mit Mitteln (20) zur Ausbildung eines Stromkreises in elektrischem Kontakt mit dem Sensor (18), um elektrische Impulse von dem Sensor (18) zu übermitteln,

Gehäuse (10) mit wenigstens einem Teil, das das Sensorelement (14) mit einem nichtleitenden Substrat einschließt und einen Kanal (12) ausbildet, der in Fluidkontakt mit dem wenigstens einen Sensor (18) auf dem Substratelement (14) steht, wobei der Kanal (12) zwei Öffnungen (24,26) aus dem Gehäuse (10) zum Fluidfluß durch den Kanal (12) aufweist und dieses in Fluidkontakt mit dem wenigstens einen Sensor (18) auf dem Substrat des Elementes (14) steht, um der Flüssigkeit in dem Kanal (12) zu ermöglichen, in Fluidkontakt mit dem Sensor (18) zu treten, wobei eine Öffnung (24,26) für die Aufnahme einer Fluidprobe zur Messung eines Analytes durch den Sensor (18) angepaßt ist und eine andere Öffnung (24,26) in dem Kanal (12) angeordnet ist, nachdem die Fluidprobe mit dem wenigstens einen Sensor (18) in Kontakt tritt,

Vorkonditionierungsfluid (22), das einen wesentlichen Teil des Kanals (12) besetzt, um die Membran des einen oder der mehreren Sensoren (18) vorzukonditionieren,

Dichtungen (28,30), die im wesentlichen undurchlässig mindestens in bezug auf die Feuchtigkeit, die sich in dem Kanal befindet, sind, um den Transport des Vorkonditionierungsfluids (22) weg von dem Kontakt mit dem einen oder den mehreren Sensoren (18) zu minimieren,

elektrische Anschlußmittel (16), die elektrisch mit den Mitteln (20) zur Ausbildung eines Stromkreises des Substrats des Elementes (14) verbunden sind, um die Sensorsignale von der Vorrichtung zur Auswertung zu übermitteln,

wobei das Vorkonditionierungsfluid (22) elektrisch von dem elektrischen Schaltkreis (20) des Substrats des Elementes (14) und den elektrischen Anschlußmitteln (16) isoliert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat des Elementes (14) wenigstens einen Sensor (18) aufweist, um einen oder mehrere Analyte in einem Fluid zu detektieren, wobei die Analyte ein oder mehrere Blutgase sind und das Fluid Blut ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat des Elementes (14) aus Keramik ist und drei Sensoren (18) aufweist, einen zur Messung des Partialdruckes von Sauerstoff, einen anderen zur Messung des Partialdruckes von Kohlendioxid und einen anderen zur Messung des pH-Wertes eines Fluids wie Blut.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat des Elementes (14) Mittel (20) zur Ausbildung eines Stromkreises aufweist, die ausgebildet sind, um die elektrische Isolation von dem Vorkonditionierungsfluid (22) zu verstärken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (10) wenigstens zwei Sektionen (32,34) aufweist und beide Sektionen wenigstens ein Set von Verbindungsmittel (72,74,76,78) zur geeigneten Verbindung der beiden Sektionen (32,34) aufweist, um das Substrat des Elementes (14) in dem Innenraum (82) einzuschließen, wobei das Gehäuse (10) einen Kanal (12) aufweist, der durch eine Sektion (32,34) des Gehäuses (10) und durch das Substrat des Elementes (14) innerhalb des Innenraums zwischen den Sektionen (32,34) des Gehäuses ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Gehäuse (10) einen Kanal (12) aufweist, der sich entlang der Längsachse in einer annäherend linearen Orientierung von einem Ende des Gehäuses (10) zu dem anderen erstreckt, wobei der Kanal (12) aus jedem Ende des Gehäuses in Spitzen (36,38) zum Anschluß an eine Probensammeleinrichtung an einem Ende und an eine Probenbeseitigungseinrichtung an dem anderen Ende ausläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Gehäuse (10) einen oder mehrere verklebte Eingänge (92), die mit gehärtetem Klebstoff gefüllt sind, enthält.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (10) einen oder mehrere Seitenkanäle (88,90) aufweist, die mit dem Kanal (12) durch Öffnungen (124,126) aus dem Gehäuse (10), die im wesentlichen mit dem Vorkonditionierungsfluid (22) gefüllt sind, flüssigkeitsmäßig verbunden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (10) einen Schlitz für den Eintritt und Austritt der elektronischen Anschlußmittel (16) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Vorkonditionierungsfluid (22) ein hydratisierendes Fluid (22) ist, das isotonisch bezüglich des hydratisierten Zustands der Untermembran des Sensors (18) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungen (28,30) jeweils an jeder Öffnung (24,26) des Kanals (12) aus dem Gehäuse (10) angeordnet sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die im wesentlichen undurchlässigen Dichtungen (28,30) ebenfalls undurchlässig für Sauerstoff und Kohlendioxid sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungen (28,30) eine innere Oberfläche (28b,30b), die mit dem Gehäuse (10) verbunden ist und die Öffnung (24,26) des Kanals (12) abdeckt, und eine äußere Oberfläche (28a,30a) aufweisen, wobei die äußere Oberfläche (28a,30a) aus Metall besteht und die innere Oberfläche (28b,30b) aus einem klebstoffartigen Polymer besteht, wobei diese Dichtung (28,30) die Öffnung des Kanals (12) mit der inneren klebenden Oberfläche (28b,30b) abdeckt, die wenigstens an einem Teil des Gehäuses (10), das die Öffnung des Kanals umgibt, aufgeklebt ist, und wobei die Dichtungen (28,30) flexible, im allgemeinen kreisförmige Scheiben mit einer im allgemeinen kreisförmigen Peripherie und einem Durchmesser derart sind, um die Öffnungen (24,26) des Kanals (12) umfänglich abzudichten.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungen (28,30) mit dem Gehäuse (10) oberhalb der Kanalöffnungen (24,26) mittels Induktionserwärmung verschmolzen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Dichtungen (28,30) mit dem Gehäuse (10) oberhalb der Kanalöffnungen (12) mittels Wärme verschmolzen sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 1, die Einrichtungen (54) zur elektrischen Isolation, um die Mittel (20) zur Ausbildung eines Stromkreises auf dem Substrat von dem hydratisierenden Fluid (22) zu isolieren, aufweist, wobei die Einrichtungen (54) zur elektrischen Isolation den Innenraum (82) besetzen, der nicht bereits durch andere Komponenten besetzt ist, und wobei die Einrichtungen (54) zur elektrischen Isolation in das Gehäuse (10) durch eine Öffnung (118) in dem Gehäuse eingebracht werden.

17. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung durch Gammastrahlung sterilisiert ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Einrichtungen (54) zur elektrischen Isolation ein gehärtetes Epoxypolymer sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das nichtleitende Substrat (112) mit wenigstens einem vorkonditionierten elektrochemischen Sensor (18) und mit Mitteln (20) zur Ausbildung eines Stromkreises, die in elektrischem Kontakt mit dem Sensor (18) sind, um elektrische Impulse von dem Sensor (18) zu übermitteln, eine verbesserte elektronische Verdrahtungsplatine mit einem Sensorelement (14) ist, das ein nichtleitendes Substrat (112), einen Thermistor (138) und wenigstens einen Analytsensor (18) aufweist, die in unmittelbarer Nähe zueinander auf dem Substrat (112) gehalten werden, und eine Heizvorrichtung (174) aufweist, die ebenfalls auf dem Substrat (112) gehalten wird, um Wärme als Reaktion auf die Temperatur, die durch diesen Thermistor (138) gemessen wird, wenigstens zu dem Bereich, in dem dieser Thermistor (138) und dieser Blutgassensor (18) auf dieser Platine (14) angeordnet sind, zuzuführen, um dadurch die Temperatur dieses Bereiches auf dieser Platine (14) innerhalb einer engen Temperaturverteilung zu regeln, und Anschlußmittel für die Mittel (20) zur Ausbildung eines Stromkreises aufweist, die auf dieser Platine gehalten werden, um diese Platine an eine externe Spannungsquelle anzuschließen.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die verbesserte elektronische Verdrahtungsplatine ein nichtleitendes Substrat (112) mit Mitteln (20) zur Ausbildung eines Stromkreises mit einer oder mehreren Leitungen zu und von den Mitteln (20) zur Ausbildung eines Stromkreises auf dem Substrat, ein steifes Plastikteil, das wenigstens einen Teil mindestens einer Oberfläche des Substrats (112) abdeckt, und einen UV gehärteten Epoxyklebstoff, der mit dem Plastikteil und dem Substrat (112) in Kontakt steht, um diese klebend miteinander zu verbinden, aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der UV-gehärtete Epoxyklebstoff ein Kontaktmuster aufweist, das durch Dochtwirkung des härtbaren Epoxyklebstoffs auf einer Kontaktoberfläche erreicht wird.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei diese Platine (14) unter Verwendung einer Dickfilmschaltungstechnik hergestellt ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei dieser Thermistor (138) und diese Blutgassensoren in derselben Ebene auf dieser Platine (14) gehalten werden.

24. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei diese Blutgassensoren (18) wenigstens einen der Folgenden enthalten: einen Sauerstoffsensor, einen Kohlendioxidsensor und einen pH-Sensor.

25. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei diese Anschlußmittel der Mittel (20) zur Ausbildung eines Stromkreises eine Vielzahl von externen Leitungen (146-160) beinhalten, ein Widerstand (176) auf dieser Platine (14) auf derselben Seite wie diese Heizvorrichtung (174) gehalten wird und allgemein mit einer dieser externen Leitungen (146-160) verbunden ist, wobei dieser Thermistor (138) die Spannung dazwischen teilt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei der Temperaturkoeffizient dieses Thermistors (138) negativ oder positiv ist und der Temperaturkoeffizient dieses Widerstands (176) im wesentlichen null ist und die geteilte Spannung proportional oder umgekehrt proportional zur Temperatur ist und dieser Output verwendet wird, um die Temperaturen zu messen.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei diese Anschlußmittel der Mittel (20) zur Ausbildung eines Stromkreises weiter hin eine Vielzahl elektronischer Leitungswege (118,122,128,132,138,140) aufweisen, die individuell jeden dieser Sensoren (18) und diesen Thermistor (138) elektrisch mit externen Leitungen (146-160) verbinden, die auf dieser Platine (14) am Ende dieser Leitungswege (118,122,128,132,138,140) bereitgestellt werden, und wobei dieser Widerstand (176) und diese Heizvorrichtung (174) jeweils elektrisch mit externen Leitungen (146-160) verbunden sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei diese Heizvorrichtung (174) durch gepulsten Gleichstrom betrieben wird, wobei diese Heizvorrichtung (174) kontinuierlich an- und ausgeschaltet wird, wodurch vermieden wird, daß die Heizvorrichtung (174) eine vorbestimmte Temperatur überschreitet oder unterschreitet.

29. Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei diese Blutgassensoren (18) durch Lasertrimmen dieses Widerstands (176) kalibriert sind.

30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei dieser Sauerstoffsensor (124) eine elektrochemische Zelle ist und eine Anode (126) und ein Kathode (134) aufweist, die jeweils mit einer externen Leitung (154) verbunden sind.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei dieser Sauerstoffsensor (124) eine sauerstoffpermeable Membran aufweist, die in einer flüssigkeitsdichten Art und Weise eine Öffnung in dieser Platine (14) bedeckt, und einen Elektrolyten enthält, wobei diese Anode (126) auf dieser Platine (14) an Masse liegt, um dadurch sicherzustellen, daß das Potential dieses Elektrolyten dasselbe ist wie das Anodenpotential.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei wenigstens eine Referenzelektrode (64,66) vorhanden ist, um ein genaues Referenzpotential bereitzustellen,, und auf dieser Platine (14) gehalten wird und elektrisch mit einem elektronischen Leitungsweg (118,122,128,132,138,140) verbunden ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, wobei eine Referenzelektrode (64,66) vorhanden ist, die auf dieser Platine (14) gehalten wird und elektrisch mit einem elektronischen Leitungsweg (118,122,128,132,138,140) verbunden ist, der sich von dieser Anode (126) erstreckt.

34. Vorrichtung nach Anspruch 33, wobei diese Platine (14) eine im wesentlichen flache keramische Schicht (112) ist und eine metallische Schicht (114) mit einem Leitungsbild aufweist, die auf diesem Substrat (112) durch Abscheidung einer metallischen Druckpaste auf diesem Substrat (112) ausgebildet ist, um elektronische Leitungswege (118,122,128,132,138,140) und die Elektroden dieser Sensoren (18) und die Elektrode einer Referenzelektrode (64,66) auszubilden.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, wobei diese metallische Schicht (114) mit wenigstens einer Schicht aus einem chemisch stabilen und feuchtigkeitsbeständigen Einbettharz (144) verkapselt ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, wobei diese Platine (14) einen Thermistor (138) aufweist, der auf einer keramischen Substratschicht (112) vorgesehen ist, wobei dieser Thermistor (138) mit wenigstens einer im wesentlichen dünnen Schicht aus einem chemisch stabilen und reuchtigkeitsbeständigen Einbettharz (144) verkapselt ist.