DE2856251A1

DE2856251A1 - Fuellungen fuer indikatorraeume

Info

Publication number: DE2856251A1
Application number: DE19782856251
Authority: DE
Inventors: Dietrich Werner Prof Luebbers
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1978-12-27
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1980-07-17
Also published as: JPS55124048A; US4272484A

Description

Patentanwalt Hauberissorstraße Postfach 33 26 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 7614

Datum: 22. ^r. 19"' "Ϊ

Ihr Zeichen: Mein Zeichen: 8049 MPG

Betreff:

"Füllungen für Indikatorräume"

Erf. LÜBBERS

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BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft einen aus einem Indikator und einer den Indikator dicht umschli essenden

Membran bestehenden Indikatorraum (Optode) zur Messung von Konzentrationen von Stofftei Lc hen vermittels einer optischen, aus einer Lichtquelle, einem Lichtempfänger und einer Anzeige bestehenden Lichtmesseinrichtung.

Die Einrichtungen der bekannten Gattung dienen dazu, die zu messenden Teile eines Messobjektes, nämlich Teilchenfraktionen vom Messgut derart zu separieren, dass die Messung störender Teilchen ausgeschlossen bleibt. Wird nämlich beispielsweise der Sauerstoffantei I von Blut durch Fluoreszenzmethoden bestimmt, dann wurden bestimmte Eiweissfraktionen durch die eigene F luoreszenz oder durch -Bindung des Indikators die Messung verfälschen. Durch Abtrennung des Mess räumes vermittels einer Membran, durch die die zu messende Teilchenfraktion hindurchdiffundiert,

die Bluteiweisse und andere Teilchenfraktionen aber zurückgehalten werden, ist eine solche Rückwirkung jedoch ausgeschlossen.
Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die verwendeten Indikatoren nicht sehr selektiv sind, also auch auf andere als die zu messenden Teilchen reagieren, oder dass keine spezifischen Indikatoren vorhanden sind. Dadurch ist der Einsatz der Methode eingeschränkt. Das ist insbesondere deshalb unbefriedigend, als die Methode den Vorteil geringer Belastung des Messobjektes aufweist und ausserdem robust ist und ohne Vorbereitung direkt anwendbar ist.

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L iNSPECTPn

Es besteht somit die Aufgabe, Füllungen des Indikatorraumes zu schaffen, die selektiv für die zu messende Teilchenart sind und die auf möglichst viele Teilchenarten angepasst werden können.

^! Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass im Indikatorraum eine mit den zu messenden Stoffteilchen reag- ^! gierende Substanz vorgesehen ist und das Reaktionsprodukt die optischen Eigenschaften des Indikators

ändert.
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Der Vorteil der Anordnung besteht darin, dass die reagierende Substanz weitgehend auf den Indikator, die Übertragungseigenschaften der Membran und das zu messende Stofftei lc hen angepasst werden kann.

"^ Wird beispielsweise als reagierende Substanz Essigsäure und als Indikator A-Umbe11iferon zum Nachweis von Wasserstoffionen verwendet, dann können mit dem Wasserstoffionenindikator auch Anionen gemessen werden. Ebenso lässt sich durch Wahl einer selektiv reagierenden Substanz ein bestimmter Indikator auf eine andere Teilchenart tranformieren. Für dynamische Anwendungen ist es erforderlich,dass die Reaktionen reversibel sind. . .

Eine sehr hohe Selektivität Lässt sich erreichen, wenn die reagierende Substanz ein Enzym ist, weil dieses an sich schon nur auf eine bestimmte Substanz einwirkt, während die Reaktionsprodukte, wie Wasserstoff ionen, Sauerstoff usw.rr.it bekannten Indikatoren wie 0 /J-Um be 11 i f eron und Pyrenbuttersäure einfach nachweisbar

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INSPECTED

sind.

ALs Membranen kommen dabei poröse Membranen in Betracht, die ihrerseits wenig selektiv sind. Dieser Mangel wird durch die Spezifität der Reaktion weithin ausgeglichen.

Einige Enzymreaktionen sind von besonderer Bedeutung. So ist eine Messung von Glucose durch Optoden mit porösen hydrophoben Membranen mit einer Füllung von G lucoseoxydase und Pyrenbuttersäure zur Messung von Glucosekonzentrationen durch Fluoreszenz geeignet. Dadurch könnte etwa durch Placierung von Optodenkapse In im hautnahen Gewebe eine einfache überwachung des Blutzuckerspiegels , beispielsweise auf Intensivstationen erfolgen. Dazu werden zweckmässig Li"cht-Wellenlängen benutzt, die leicht in die Haut eindringen, wie beispielsweise Ultrarotlicht.

Zur Verstärkung des Meßsignals ist es möglich, dass eine die zu messend en' Stofftei lc hen bindende Substanz vorgesehen ist, weil dann das Gleichgewicht der Teilchenfraktion in das Innere des Indikatorraumes verschoben wird

In einer anderen Ausbildung der Erfindung ist die reaqierende Substanz ein Antikörper. Auch hierdurch lässt sich die Spezifität der Optode stark erhöhen, weil Antikörper - Antigenraktionen eine hohe Selektivität haben. Dem Antikörper ist dabei ein Chromophor als Indikator chemisch affixiert.

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ORIGINAL INSPECTED

Da für relativ grosse Stof ftei Lehen, wie sie bspw. mit Enzymen oder mit Antikörpern zur Reaktion kommen. Membranen mit grossen Poren verwendet werden,ist es zur Vermeidung von Ausschwemmungen von Indikator Anti körper oder Enzym erforderlich , diese Stoffe zu fixieren. Das ist in beknnter Weise möglich.

Wenn die reagierende Substanz für die Transformation einer zu messenden Tei lchenart . auf einen Indikator verwendet wird und nicht sehr selektiv ist, kann die Selektivität der Optoden durch Verwendung von selektiv wirkenden, mit Carriem versehenen Membranen verbessert werden. Auch diese Massnahme führt zur

Vergrösserung des Anwendungsbereiches der Optoden.

^5 Diese Selektivität lässt sich dadurch noch weiter erhöhen, dass der Indikatorraum mit einer Mehrfachmembran umschlossen ist. Dann könnennämlich nacheinander Membranen mit verschiedenen Carriern angeordnet werden, die für die zu messende Teilchen-

art insgesamt die grösste Durchlässigkeit, für andere Teilchenarten aber eine geringe Durchlässigkeit .aufweisen.

Eine weitere Verbesserung lässt 'sich dadurch erreichen, dass ein Indikatorraum innerhalb eines diesen umsch I iessenden zweiten Indikatorraumes angeordnet ist, weil dabei-b'-ei spi el swei se-di e ■ äussere Membran g lucosedurchlässig ist und Slücoseoxydase innerhalb des ersten Indikatorraumes die Aufspaltunq der Glucose übernimmt» während der entstandene Sauerstoff durch die innere Membran in den zweiten (inneren) Indikatorraum diffundiert und dort mit Pyrenbuttersäure die F luoreszenzreaktion auslöst. Dazu kann im inneren Indikatorraum noch eine den Sauerstoff bindende Substanz vorgesehen

sein, die chemisch oder physikalisch reversibel sein und rückwirkungsfrei auf den Indikatorsein muss und die die Sauerstoffkonzentration und

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damit das Messignal erhöht. Weiterhin kann im inneren Indikatorraum ein Referenzindikator in bekannter Weise angeordnet sein, mit dessen Hilfe eine Absotut eichung der Optode in bekannter Weise ermöglicht ist.

Anhand der Zeichnung, die die Erfindung schematisch darstellt, wird diese weiter erläutert.

Es zeigen:

Fig.1 den übergang eines zu messenden Teilchens

und die Reaktion im Ind i kator raum. IQ

Fig.2 eine mehrstufige Anordnung.

Fig-1:

Eine Doppelmembran 3,4 schliesst einen Indikatorraum 2 gegen eine zu messende Lösung 1 ab. Ein Stoffteilchen 100 aus der zu messenden Konzentration trifft an der Membrangrenze auf einen aufnahmebereiten Carrier 301. Der mit dem Teilchen 100 befrachtete Carrier 302 gelangt an die Grenze zur zweiten Membran 4 in der ihrerseits ein aufnahmebereiter Carrier 401 zur Verfugung steht. Die Cam" er-Teilchenkombinat ion

402 wandert zur inneren Grenzfläche der Membran 4 . und das Teilchen 100 tritt in den Indikatorraum 2 ein. Eine reagiereirde Substanz 201 trifft mit dem Teilchen 100 zusammen und dabei entstehen die Reaktions produkte 203 und 204. Davon ist das Reaktionsprodukt 204 optisch aktiv, lässt sich also beispielsweise zur Fluoreszenz anregen oder ändert seine Farbe, wenn es von einem Lichtstrahl 1001 getroffen wird. Die resultierende Strahlung 1002 wird sodann von einer nicht gezeichneten Lichtmesseinrichtung gemessen. Die Herstellung der mit einem Carrier versehenen Membranen und die chemische affixierung eines Chromophors an einen Reaktionspartner ist aus der Literatur bekannt-Ebenso ist die Erzeugung von Mikro und Nanokapseln bekannt, in denen die Erfindung ebenso wie in Flächenoptoden anwendbar ist.

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In Fig.2 ist eine mehrstufige Anordnung aus einer äusseren Membran 3 und einem äusseren Reaktionsraum 5 sowie einer inneren Membran 4 und einem inneren Reaktionsraum 6 dargestellt. Ist 3 eine poröse Membran zum Transport von Glucose und der Indikatorraum 5 mit einem Glucose spaltenden Enzym gefüllt, dass in dem Indikatorraum immobilisiert ist, dann entsteht im Raum 5 Sauerstoff. Dieser kann über eine Carrier enthaltende Membran 4 dem inneren Indikatorraum zugeführt werden (6) der zudem noch eine sauerstoffbindende Substanz zu dem den Indikator enthält. Die Fluoreszenzmessung erfolgt dann in bekannter Weise mittels eines Lichtsstrahles zur Erregung der Fluoreszenz und einer Lichtmesseinrichtung in bekannter, hier nicht dar- · gestellter Weise.

Das dargestellte Prinzip'kann auch mit weiteren Stufen verwendet werden, indem weitere umsch I iess ende ■•"'Indikatorräume vorgesehen sind.

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Claims

FÜLLUNGEN FÜR INDIKATORRÄUME PATENTANSPRÜCHE

1 .J Aus einen Indikator und einer den

ndikator dicht umschLiessenden Membran bestehender Indikatorraum (Optode) zur Messung von Konzentrationen von StoffteiLehen vermittels einer optischen, aus. einer Lichtquelle, einem Lichtempfänger und einer Anzeige bestehenden Lichtmesseinrichtung,

TO d a d u r c h gekennzeichnet, dass im

(A) te)

Indikatorraum eine mit den zu messenden StoffteilcherK

(Sv) reagierende SubstanzM/orgesehen ist und das Reakt i onsproduk^p-Oi e optischen Eigenschaften des Indikators ändert.
2. Anordnung-nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reagierende Substanz ein Enzym ist.
'3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die reagierende Substanz ein Antikörper ist.
4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

(Z) dadurch gekennzei chtTÄt*. dass der Indi kator raunMni t einer Mehrfachmembran crfnschlossen ist.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzei chrxet^. dass die deru Indi kator raum umschliessende Membran mit Carriern versehen ist, die

fee)
die zu messenden Stofftei lc heir selekt i ν transportieren.

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OR(GiNAL INSPECTED¹
6. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym Glucoseoxydase ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch aekennzeichnet, dass die reagierende Substanz fixiert ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikatorraum als Fläche ausgebildet ist.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikatorraum als Kapsel ausgebildet ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Indikatorraum innerhalb ein es diesen umschliessenden zweiten Indikatorraumes^angeordnet ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass weitere umschIiessende Indikatorräume vorgesehen sind.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine die zu messenden Stofftei lc hen bindende Substanz im Indikatorraum vorgesehen ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass im Indikatorraum ein Referenzindikator vorgesehen ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Indikatorraum i mplant i ert i st.

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