DE9116080U1 - Sensor system for measuring electrochemical potentials - Google Patents
Sensor system for measuring electrochemical potentialsInfo
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Description
Sensorsystem zur Messung elektrochemischer PotentialeSensor system for measuring electrochemical potentials
Das erfindungsgemäße Sensorsystem kann in der elektrochemischen Potentiometric, insbesondere auf dem Gebiet der medizinischen Diagnostik der MikroZirkulation in biologischem Gewebe vorteilhaft angewendet werden.The sensor system according to the invention can be used advantageously in electrochemical potentiometrics, in particular in the field of medical diagnostics of microcirculation in biological tissue.
Der Stand der Technik wird durch eine Sensor-Elektrodenkonfiguration zur Bestimmung der Mikrozirkulation über die Messung des Wasserstoff-Partialdruckes bestimmt, die von Prof. Leniger-Follert entwickelt wurde. Diese Konfiguration besteht aus drei Elektroden aus dünnem Platindraht, die axial in einem zylindrischen Glaskörper eingeschmolzen sind. Die als Meßfläche dienende Stirnfläche des Zylinders ist angeschliffen und bietet so punktförmige Kontaktstellen. Zwei Elektroden dienen zur Elektrolyse von Wasser; an der Kathode wird bei diesem Prozeß Wasserstoff freigesetzt. Die dritte Elektrode dient als Referenzelektrode, gegen welche das Potential der Kathode gemessen wird. Das Potential gegen die Referenzelektrode hängt von dem Wasserstoff-Partialdruck in Kathodenumgebung ab und dieser Partialdruck wiederum vom Abtransport des Wasserstoffes über die Mikrozirkulation in dem zu untersuchenden Gewebebereich. Es ist ein Nachteil dieses Sensor-Typs nach Leniger-Follert, der in glasbläserischer Technologie hergestellt wird, daß eine reproduzierbare Elektrodengeometrie nur mit hohem Aufwand zu gewährleisten ist. Dieser Aufwand wird insbesondere dann unvertretbar, wenn zur Ermittlung der lokalen Verteilung der Mikrozirkulation mehrere Elektrodenpaare im Senor angeordnet werden sollen. Bei Sensoren dieser Bauart ist esThe state of the art is determined by a sensor electrode configuration for determining microcirculation by measuring the hydrogen partial pressure, which was developed by Prof. Leniger-Follert. This configuration consists of three electrodes made of thin platinum wire, which are axially fused into a cylindrical glass body. The front surface of the cylinder, which serves as the measuring surface, is ground and thus offers point-like contact points. Two electrodes are used for the electrolysis of water; hydrogen is released at the cathode during this process. The third electrode serves as a reference electrode, against which the potential of the cathode is measured. The potential against the reference electrode depends on the hydrogen partial pressure in the cathode environment and this partial pressure in turn depends on the removal of the hydrogen via the microcirculation in the tissue area to be examined. One disadvantage of this type of sensor according to Leniger-Follert, which is manufactured using glassblowing technology, is that a reproducible electrode geometry can only be guaranteed with great effort. This effort becomes particularly unreasonable if several pairs of electrodes are to be arranged in the sensor to determine the local distribution of the microcirculation. With sensors of this type, it is
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wegen der Kosten notwendig, auf wiederholte Benutzung zu orientieren. Damit verbunden sind entsprechende Kosten für die Sterilisierung vor jeder Wiederverwendung.Because of the costs, it is necessary to focus on repeated use. This entails corresponding costs for sterilization before each reuse.
Ein weiterer Nachteil dieses Sensor-Typs ist darin zu sehen, daß er nur unter der Voraussetzung konstanter Temperatur eindeutige Ergebnisse liefert.A further disadvantage of this type of sensor is that it only provides clear results under the condition of a constant temperature.
Problemproblem
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Sensorsystem zur Messung elektrochemischer Potentiale zu schaffen, welches eine reproduzierbare Elektronengeometrie aufweist und kostengünstig herstellbar ist.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a sensor system for measuring electrochemical potentials, which has a reproducible electron geometry and can be produced cost-effectively.
Erfindunginvention
Dieses Problem wird mit den Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst.This problem is solved by the measures of claim 1.
Drei Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren 1 bis 3
erläutert.
Es zeigen:Three embodiments are explained using Figures 1 to 3.
Show it:
Fig. la den Grundtyp eines erfindungsgemäßen
Sensorsystems in räumlicher Darstellung,Fig. la the basic type of an inventive
Sensor system in spatial representation,
Fig. Ib den Grundtyp eines erfindungsgemäßen
Sensorsystems im Schnittbild dargestellt,Fig. Ib the basic type of an inventive
Sensor system shown in cross-section,
Fig. 2 ein Sensorsystem zur Bestimmung der lokalen Verteilung der MikroZirkulation undFig. 2 a sensor system for determining the local distribution of microcirculation and
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Fig. 3 ein Sensorsystem mit Temperaturmeßeinrichtung. Fig. 3 a sensor system with temperature measuring device.
Der in Fig. la und Ib dargestellte Grundtyp eines erfindungsgemäßen Sensorsystems umfaßt einen Substratkörper 1, welcher vorzugsweise ein Glasplättchen ist und dessen Peripherie eine Fase 2 aufweist. Auf dem Substratkörper 1 sind sternförmig drei Elektroden als dünne Schicht mittels Planartechnologie aufgebracht. Die Elektroden sind als Kathode 3, Anode 4 und Referenzelektrode 5 geschaltet. Als Elektrodenmaterial wird vorzugsweise Gold, Platin oder Rhodium verwendet. Auf dem Substratkörper 1 und den Elektroden ist, ebenfalls mittels Planartechnologie, eine dünne, isolierende Deckschicht 6, z. B. aus Siliziumdioxid aufgebracht. Diese weist drei Löcher auf, die je eine andere, darunterliegende Elektrode punktförmig freilegen. Die auf der Fase 2 des Substratkörpers 1 unverdeckten Enden der Elektroden sind jeweils durch Bonden oder mittels Druckfeder mit einer nicht in der Zeichnung dargestellten Zuleitung verbunden.The basic type of sensor system according to the invention shown in Fig. 1a and 1b comprises a substrate body 1, which is preferably a glass plate and whose periphery has a bevel 2. Three electrodes are applied to the substrate body 1 in a star shape as a thin layer using planar technology. The electrodes are connected as cathode 3, anode 4 and reference electrode 5. Gold, platinum or rhodium is preferably used as the electrode material. A thin, insulating cover layer 6, e.g. made of silicon dioxide, is applied to the substrate body 1 and the electrodes, also using planar technology. This has three holes, each of which exposes a different electrode underneath in a point-like manner. The ends of the electrodes uncovered on the bevel 2 of the substrate body 1 are each connected by bonding or by means of a compression spring to a supply line not shown in the drawing.
In Fig. Ib ist der beschriebene Grundtyp in seiner Funktionslage bei der Untersuchung von biologischem Gewebe dargestellt. Zwischen dem biologischen Gewebe 7 und dem erfindungsgemäßen Sensorsystem befinden sich eine membranartige, wasserhaltige Schicht 8, die vorzugsweise ein Gel ist und eine weitere ebenfalls bekannte Membran 9, welche elektrisch isolierend wirkt und für Wasserstoff einen geringen Diffusionswiderstand aufweist; geeignet dafür sind z. B. Polystyrol oder Teflon.In Fig. 1b, the basic type described is shown in its functional position during the examination of biological tissue. Between the biological tissue 7 and the sensor system according to the invention there is a membrane-like, water-containing layer 8, which is preferably a gel, and another, also known membrane 9, which has an electrically insulating effect and has a low diffusion resistance for hydrogen; polystyrene or Teflon, for example, are suitable for this.
In Fig. 2 ist eine besonders vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Sensorsystems dargestellt. Hier ist die als Referenzelektrode 5 geschaltete Elektrode zentral angeordnet. Um diese Referenzelektrode 5 sind vier Elektrodenpaare mit gleichem Winkelabstand zueinander sternenförmig aufgebracht.Fig. 2 shows a particularly advantageous embodiment of a sensor system according to the invention. Here, the electrode connected as reference electrode 5 is arranged centrally. Four pairs of electrodes are arranged in a star shape around this reference electrode 5 with the same angular distance from one another.
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Bei jedem Elektrodenpaar ist eine Elektrode als Kathode 3 und eine als Anode 4 geschaltet. Erfindungsgemäß werden die Elektroden von einer isolierenden Deckschicht verdeckt und lediglich punktförmig durch die in dieser Schicht befindlichen Löcher freigegeben. Die unterschiedlichen Potentiale der Kathoden 3 gegenüber der Referenzelektrode gestatten einen Rückschluß auf die lokale Verteilung, den Gradienten, der MikroZirkulation.For each pair of electrodes, one electrode is connected as cathode 3 and one as anode 4. According to the invention, the electrodes are covered by an insulating cover layer and only exposed at points through the holes in this layer. The different potentials of the cathodes 3 compared to the reference electrode allow a conclusion to be drawn about the local distribution, the gradient, of the microcirculation.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht dem beschriebenen Grundtyp ergänzt durch einen Thermistor 10, zur gleichzeitigen Messung der Temperatur im Untersuchungsbereich. Damit kann die Temperaturabhängigkeit des elektrochemischen Potentials und der Diffusion erfasst und im Ergebnis berücksichtigt werden. Statt des Termistors kann auch ein Meßsystem zur Bestimmung des pH-Wertes integriert werden.The embodiment shown in Fig. 3 corresponds to the basic type described, supplemented by a thermistor 10 for simultaneous measurement of the temperature in the examination area. This allows the temperature dependence of the electrochemical potential and diffusion to be recorded and taken into account in the result. Instead of the thermistor, a measuring system for determining the pH value can also be integrated.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Anordnung besteht in bekannter Weise darin, daß Wasser, welches in der Schicht 8 enthalten ist, durch Elektrolyse zerlegt wird. Der entstehende Wasserstoff verändert das Potential der Kathode 3 gegenüber der Referenzelektrode 5 in Abhängigkeit vom Wasserstoff-Partialdruck. Dieser ist abhängig vom Abtransport des Wasserstoffes durch das biologische Gewebe 7. Die Menge des in der Zeiteinheit abtransportierten Wasserstoffes wird durch die MikroZirkulation des Blutes in den Kapillargefäßen des biologischen Gewebes 7 bestimmt.The function of the arrangement according to the invention consists in a known manner in that water contained in the layer 8 is broken down by electrolysis. The resulting hydrogen changes the potential of the cathode 3 relative to the reference electrode 5 depending on the hydrogen partial pressure. This depends on the removal of the hydrogen by the biological tissue 7. The amount of hydrogen removed per unit of time is determined by the microcirculation of the blood in the capillaries of the biological tissue 7.
Das erfindungsgemäße Sensorsystem erlaubt eine kostengünstige Technologie und damit sowohl den aus hygienischen Gründen erwünschten Einsatz als Sensorsystem für einmaligen Gebrauch, als auch dessen Wiederverwendbarkeit.Die Elektrodengeometrie ist unabhängig von der Elektrodenanzahl mit geringem AufwandThe sensor system according to the invention allows a cost-effective technology and thus both the use as a sensor system for single use, which is desirable for hygienic reasons, as well as its reusability. The electrode geometry can be adjusted with little effort, regardless of the number of electrodes
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reproduzierbar herstellbar. Außerdem können Meßsysteme, &zgr;. &Bgr;. zur Bestimmung der Temperatur oder des pH-Wertes auf einfachste Weise integriert werden.can be produced reproducibly. In addition, measuring systems, &zgr;. &Bgr;. for determining the temperature or the pH value can be integrated in a very simple way.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in claims 2 to 4.
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Claims (4)
die isolierende Deckschicht (6) eine gleiche Anzahl von Löchern aufweist, wie Elektroden vorhanden sind
und die Löcher je eine darunter liegende Elektrode punktförmig frei geben.that a substrate body (1) is present on which at least three electrodes, which are connected as anode (4), cathode (3) and reference electrode (5) and an insulating cover layer (6) are applied by layer technology,
the insulating cover layer (6) has the same number of holes as there are electrodes
and the holes each expose an electrode underneath in a point-like manner.
dadurch gekennzeichnet,2. Sensor system according to claim 1,
characterized,
dadurch gekennzeichnet,3. Sensor system according to claim 1 or 2,
characterized,
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9116080U DE9116080U1 (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Sensor system for measuring electrochemical potentials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| DE9116080U DE9116080U1 (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Sensor system for measuring electrochemical potentials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE9116080U1 true DE9116080U1 (en) | 1992-02-20 |
Family
ID=6874642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE9116080U Expired - Lifetime DE9116080U1 (en) | 1991-12-27 | 1991-12-27 | Sensor system for measuring electrochemical potentials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE9116080U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4229549A1 (en) * | 1992-09-04 | 1994-03-10 | Christoph Prof Dr Hartung | Determination method for mechanical properties of biological tissue - using in situ measuring head applying dynamic twisting |
| DE19905493C2 (en) * | 1999-02-10 | 2002-03-14 | Mipm Mammendorfer Inst Fuer Ph | Measuring device for the reproducible determination of the quality of human tissue |
-
1991
- 1991-12-27 DE DE9116080U patent/DE9116080U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4229549A1 (en) * | 1992-09-04 | 1994-03-10 | Christoph Prof Dr Hartung | Determination method for mechanical properties of biological tissue - using in situ measuring head applying dynamic twisting |
| DE19905493C2 (en) * | 1999-02-10 | 2002-03-14 | Mipm Mammendorfer Inst Fuer Ph | Measuring device for the reproducible determination of the quality of human tissue |
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