WO2016193066A1 - Fluidprobenvorrichtung und deren herstellung, fluidanalysevorrichtung und optisches messverfahren - Google Patents

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WO2016193066A1
WO2016193066A1 PCT/EP2016/061694 EP2016061694W WO2016193066A1 WO 2016193066 A1 WO2016193066 A1 WO 2016193066A1 EP 2016061694 W EP2016061694 W EP 2016061694W WO 2016193066 A1 WO2016193066 A1 WO 2016193066A1
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fluid sampling
optical waveguide
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Bodo Nestler
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Fachhochschule Lübeck
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    • G01N2015/045—Investigating sedimentation of particle suspensions by centrifuging and investigating centrifugates by optical analysis

Definitions

  • the invention relates to a fluid sampling device for a fluid analysis device, this fluid analysis device for this fluid sampling device, their preparation and an optical measuring method for measurement on the fluid sampling device.
  • DE 44 37 758 B4 discloses an image analysis method and an image analysis device for flow particles, wherein images generated by an imaging device are analyzed by particles dissolved in a flowing fluid.
  • a reference system with multiple signal output for an evanescent wave sensor is known, which is designed for analysis of analytes applied thereto, such as molecules or antibodies.
  • an evanescent wave at the interface between the optical device and the analyte enters the analyte at a depth of usually less than one wavelength. Due to the interaction between evanescent wave and analyte, a metrological quantitative and / or qualitative statement about the analyte is possible.
  • EP 0 810 026 B1 describes a method and apparatus for performing blood cell analysis combining impedance analysis, scattered light analysis, fluorescence analysis and flow cytometry techniques to analyze a whole blood sample. All such methods operate at high equipment cost to achieve a very good mix of all particles in the fluid with uniform as possible statistical distribution of all particles with a mostly additional method. Sedimentation or segregation is undesirable because they falsify the measurement results and statistical evaluations.
  • the object of the invention is to provide a simple fluid sampling device, the production thereof, and a fluid analysis device for fluid analysis of the fluid sample, in particular blood analytics, and a fast, reliable optical measuring method.
  • Another object is to avoid the effects of light scattering that occur in fluid analysis in the prior art, which is often common in the art, and thus, among others. the problem of blood cell destroying hemolysis in the determination of the concentrations of hemoglobin derivatives in optical lactate determination is avoided.
  • a further object is to provide a simple fluid sampling device consisting of a few components that are as similar as possible, which is simple and inexpensive to produce and easy to maintain.
  • the fluid sampling device is designed for arrangement in a fluid analysis device according to the invention, and comprises: a channel device which surrounds a channel internal volume through which a fluid sample can be flowed in the channel direction, the channel direction being perpendicular to the channel cross section and wherein the channel device has at least one channel section extending in channel direction between a first channel cross section (A1) and a second channel cross section (A2), a first optical waveguide having a first outer surface for forming a first evanescent field, a second optical waveguide a second outer surface for forming a second evanescent field, at least one interface device for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device, wherein the first outer surface and second outer surface each between the first channel cross-section (A1 ) and second channel cross-section (A2) and are arranged along this channel section and in contact with the channel internal volume to allow the penetration of the first and second evanescent field into the channel internal volume of the channel section ö
  • the fluid which can be analyzed by means of the fluid sample device is preferably a non-Newtonian fluid, in particular an aqueous particle suspension, in particular a biological fluid, in particular blood.
  • the fluid sampling device is preferably configured to achieve a laminar flow of the fluid.
  • the Fluidprobenvomchtung consists of plastic or plastic.
  • the first outer surface of the first optical waveguide and the second outer surface of the second optical waveguide are preferably formed as permeable as possible for the evanescent field to be formed there.
  • the first optical waveguide and / or the second optical waveguide may consist of plastic or glass.
  • the Fluidprobenvomchtung consists essentially of the first and the second optical waveguide, and at least one channel wall element, which may in particular be film-like or may consist of film.
  • a carrier substrate for this component can be provided.
  • the interface device for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device in at least one area section of the first and second optical waveguide exist in the light is coupled or can escape from the light.
  • the fluid sampling device is a disposable article. This ensures a simple and sterile measurement environment.
  • the fluid sample device as a reusable article, which in particular can be sterilized-for example. autoclavable- trained.
  • the first and / or the second optical waveguide is a transparent to infrared and / or visible light component, which may be a fiber, tube, a rod or a plate member that can transport light over short or long distances.
  • the light pipe is achieved by reflection at the interface of the optical waveguide either by total reflection due to a lower refractive index surrounding the light guide medium or by (partial) mirroring of the interface.
  • the first and / or the second optical waveguide may be made of glass or plastic or comprise such materials.
  • the first and / or the second optical waveguide are preferably formed substantially straight, but may also be formed bent at least in sections, in particular, they can follow the direction of the channel section.
  • the first optical waveguide and the second optical waveguide preferably run parallel to one another in the channel section and are preferably spaced apart by at least one channel wall element, in particular a planar connecting element or a planar connection, such that the optical waveguides and the at least one channel wall element form the channel section.
  • the first optical waveguide and the second optical waveguide can also be arranged inclined relative to one another at least in sections. There may be more than two optical fibers arranged along the channel section. This can improve the measurement quality.
  • the at least one channel wall element is a planar connection, in particular a foil which in particular comprises the optical waveguides or acts on both sides. This makes the preparation of the fluid sample device inexpensive.
  • the channel section is arranged for sedimentation of particles contained in the fluid between the first outer surface and the second outer surface.
  • the channel section has, in particular, a suitable size of the channel cross-section, in particular of the first and second channel cross-section, which permits the sedimentation of the particles.
  • the fluid sample device has more than two optical waveguides, which are arranged in particular along the channel section.
  • the first and / or second or the further optical waveguide can be formed as a channel wall element and / or can be arranged within the channel section.
  • the fluid sample device preferably has a fluid interface device for connecting the channel device to a fluid movement device, in particular a pump.
  • This fluid interface device may comprise at least one attachment portion, e.g. a fastening flange, and optionally a sealing means, e.g. an o-ring.
  • the optical measuring device is preferably configured to control the light (LS1) to be conducted in the at least one first optical waveguide of the fluid sampling device and the light (LS2) to be guided into the at least one second optical waveguide of the fluid sampling device.
  • This function can also be assumed by a preferably provided electronic control device of the fluid analysis device.
  • the fluid analysis device in particular the optical measuring device, preferably comprises: at least one first light source for coupling light (LS1, LS2) into the first and / or the second optical waveguide of the fluid sampling device; at least one light detector for detecting the light (LT1, LT2) passed through the first and / or the second optical waveguide of the fluid sampling device and the light (LT1, LT2) modified by the absorption of the first and / or the second evanescent field, and preferably: an electronic control device in order to generate at least one measuring signal depending on the coupled-in light and the changed light.
  • the at least one first light source and / or at least one second light source may each be an LED, in particular an LED with a color spectrum comprising several wavelengths, e.g. with white light.
  • the light source may also be substantially monochromatic, and may be e.g. to be a laser diode.
  • the emission of the light (LS1) introduced into the at least one first optical waveguide and the emission of the light (LS2) introduced into the at least one second optical waveguide preferably take place simultaneously, but can also take place overlapping in time or successively.
  • the detection of the light (LT1) transmitted by the at least one first optical waveguide and the detection of the light transmitted through the at least one second optical waveguide Light (LT2) preferably occur simultaneously, but can also be timed overlapping or successively.
  • the at least one first light detector and / or the at least one second light detector may be a photodetector, e.g. a photomultiplier or a photodiode.
  • the fluid analysis device in particular its receiving device, is adapted to align the fluid sampling device in a gravitational field generated by gravity or by centrifugation to effect sedimentation of particles contained in the fluid between the first outer surface and the second outer surface in the gravitational field.
  • the fluid analysis device in particular its receiving device, e.g. a positioning device, by means of which the fluid sampling device arranged in the receiving device is held stationary or adjusted in the gravitational field.
  • the fluid analysis device has a fluid movement device, by means of which the optical waveguides are movable in the direction of flow of the fluid of the fluid sample in their relative position to the gravitational field.
  • the fluid movement device is preferably a fluid transport device, in particular a pump, e.g. a pump for continuous delivery, in particular a continuously conveying rotary pump, in particular an impeller pump, axial pump, gear pump; or preferably centrifugal pump.
  • a pump e.g. a pump for continuous delivery, in particular a continuously conveying rotary pump, in particular an impeller pump, axial pump, gear pump; or preferably centrifugal pump.
  • the electronic control device preferably has an A D converter device and / or a digital data processing device, in particular a CPU or microprocessor, and / or a data storage device.
  • the electronic control device is set up to detect the light passed through the first optical waveguide and the light changed by the absorption of the first eesenthetic field as a first measuring signal, and To detect the light passed through the second optical waveguide and changed by the absorption of the second evanescent field as a second measurement signal.
  • the electronic control device has an evaluation device to compare the first measurement signal and the second measurement signal, in particular time-dependent and / or in particular by forming a difference from the first and second measurement signal. In this way, the measurement of the evanescent field can take place.
  • the electronic control device is configured to detect the change in the first measurement signal caused by the penetration of particles contained in the fluid into the first evanescent field and / or the change in the second caused by the penetration of particles contained in the fluid into the second evanescent field Detect measurement signal.
  • the electronic control device in particular the evaluation device, is adapted to determine a time average of the particular time-dependent first and / or second measurement signal.
  • the electronic control device in particular the evaluation device, is preferably set up to analyze the first and / or the second measurement signal in order to detect the frequencies of the penetration of the particles contained in the fluid into the first and / or second evanescent field, in particular these frequencies compare and / or statistically evaluate.
  • the fluid analysis device has a fluid movement device, with which the fluid can be transported as fluid flow through the channel device of the fluid sampling device, wherein in particular the electronic control device of the fluid analysis device is designed to control the fluid flow caused by the fluid movement device.
  • the fluid movement device can also be provided as a separate device with respect to the fluid analysis device and / or the fluid sampling device, which device is connected to the fluid analysis device and / or the fluid sampling device in order to convey the fluid.
  • the invention also relates to a fluid analysis device according to the invention, on which a fluid sampling device according to the invention is arranged, in particular such that it can be replaced by the user by means of another fluid sampling device.
  • the fluid sampling device can also be inseparably connected to the fluid analysis device by the user, as it is permanently fixed in the receiving device.
  • the invention also relates to a method for optical measurement on a fluid sample in the fluid sampling device according to the invention, at least comprising the steps of: introducing the fluid sampling device into a fluid analysis device; Orienting the fluid sampling device in a gravitational field to allow the sedimentation of the particles contained in the suspension, moving the fluid sample through the channel means of the fluid sampling device, during which movement the sedimentation of the particles takes place in the fluid; during a period of sedimentation: detection, in particular time-dependent detection, of the light passing through the first optical waveguide of the fluid sample device and modified by the absorption of the first evanescent field as the first measuring signal and detection, in particular time-dependent detection, of the second optical waveguide the fluid sampling device arrived and by the absorption of the second evanescent field changed light as a second measurement signal, - optional: evaluation of the first and second measurement signal by an electronic evaluation device.
  • Preferred embodiments of the method can be taken from the description of the fluid sampling device according to the invention or the fluid analysis device according to the invention.
  • the invention relates to the use of the fluid sampling device according to the invention or the fluid analysis device according to the invention or the measuring method according to the invention for the purpose of blood analysis.
  • the fluid sampling device according to the invention is set up to receive a fluid sample, and is preferably configured to enable an optical measuring method according to the invention in combination with a fluid analysis device according to the invention.
  • the use of an optical analysis method has the advantage over chemical methods that it solves environmentally-friendly analytical tasks.
  • the fluid sampling device according to the invention is preferably designed for laminar flowing fluids, in particular suspensions, preferably blood.
  • the fluid sampling device according to the invention is preferred for a measurement method according to the invention for non-Newtonian fluids, such. B. blood suitable, but not limited thereto.
  • the fluid analysis device is preferably designed to receive at least one fluid sampling device each with sensor, measuring and analysis units, to orient in the gravitational field and to connect with interfaces in order to perform a sampling and evaluation and for the fluid sample of the respective fluid sampling device a particularly controllable flow generator unit with further interfaces to the respective channel to provide a fluid sample.
  • the optical measuring method according to the invention makes use of the limited penetration depth of evanescent fields of VIS and IR radiation into a fluid sample flowing in the fluid sampling device according to the invention, in combination with the effect of inertial forces.
  • the weight force in the gravitational field of the earth generally referred to as the gravitational fraction with a centrifugal component, and / or additional artificial mass forces, such as centrifugal forces, which are generated mechanically, are used.
  • gravitation is assumed to be simplified from top to bottom of a fall direction, without reference being made to orientation in space. It is important in this consideration that this can also be done by changing the relative position of a device or parts of the device to the gravitational field.
  • the fluid sampling device preferably consists essentially of a first optical waveguide extending in a longitudinal direction S and a second optical waveguide which extends parallel to the second optical waveguide and preferably maintains a defined distance therefrom.
  • the two optical waveguides are preferably connected by at least one planar connection, which preferably comprises the optical waveguides, e.g. tubular, surrounds.
  • the channel is between the optical waveguides and the flat connection.
  • the planar connection can e.g. are formed of two wall-like areas which enclose the channel between them.
  • the flat connection is preferably a foil or of a foil-like material, and is preferably made of plastic or has plastic.
  • the channel section receives the fluid sample.
  • both the fluid sample can be introduced into the fluid sampling device, as well as with a flow, in particular a laminar flow, acted upon.
  • the fluid sampling device orients the fluid sample in a gravitational field, e.g.
  • the channel cross-section is defined perpendicular to the flow direction and preferably defined by height times width of the channel portion.
  • the height is preferably defined perpendicular to the flow direction between the outer surfaces of the optical waveguides and the width is preferably defined perpendicular to the flow direction between the channel walls.
  • the amount of the height of the channel portion is higher than the amount of the width of the channel portion.
  • the Fluidprobenvornchtung is formed in a first embodiment as a cuboid tube with inner cuboid channel portion, wherein the first and second outer surface of the optical waveguide delimiting the upper and lower surfaces of the cuboid channel internal volume and a planar connecting element, in particular film, the two side surfaces of the cuboid channel internal volume limited ,
  • first and second optical fibers in the direction of flow of the fluid change their relative position to the gravitational field in that the
  • the upper and lower optical waveguides change into
  • the channel device in particular the channel portion, in particular the first and the second optical waveguide of Fluidprobenvornchtung, U-shaped, in which case to lie on the upper optical waveguide in antiparallel position of the upper optical waveguide comes and thus the lower optical fiber comes to lie supreme.
  • the channel device may also have a meander-shaped structure with a multi-directional change in direction S of the channel device.
  • the fluid analysis device according to the invention is preferably likewise configured to optionally change the fluid sampling device in a gravitational field, eg also mechanically, by altering or orienting a position of the fluid sampling device, eg by rotating about one or more
  • a rotation device may be provided on which the fluid analysis device is mounted, wherein the gravity field caused by the centrifugal force is formed in the direction perpendicular to the direction of rotation.
  • the measuring method according to the invention can also be used for a wide variety of non-Newtonian fluids, the measuring principle is explained below using the example of a blood analysis.
  • blood consists essentially of plasma (55%) and the erythrocytes (44%).
  • the other substances are to be ignored in the first place.
  • the density of the erythrocytes is about 1076 kg / m 3 and is thus slightly larger than that of the plasma with 1028 kg / m 3 , which leads to sinking rates of 1 ⁇ / s to 3 ⁇ / s.
  • a flow rate of the fluid of 1 cm / s results.
  • the channel of the fluid sampling device in which the fluid sample is received is aligned in the gravitational field so that the vector of the gravitational acceleration parallel to lateral boundaries in the direction of an optical waveguide, here referred to as lower optical waveguide shows.
  • a flow speed results after one to three centimeters for the upper optical waveguide an erythrocyte-free zone.
  • the quantum physical effect in which the totally reflected in the optical waveguides light penetrates depending on the frequency, for example at a wavelength of about 600 nm to about 1000 nm, about 1 to 3 ⁇ in the adjacent medium, results after a short enema no optical interaction more with the erythrocytes of the blood in this area.
  • the evanescent radiation field of the upper optical waveguide can therefore only interact with the blood plasma.
  • the erythrocytes are on the ground and can interact with the evanescent field of the lower optical fiber.
  • IR or VIS in this area radiation
  • optical lactate determination Another problem in the optical lactate determination is also solved because it can be measured in the upper erytrozyten Adjust range without having to change the blood sample.
  • the fluid sampling device according to the invention is guided by a helical rotation of the channel through 180 ° about the axis in the flow direction in order to reverse segregation.
  • the fluid sampling device according to the invention is achieved by an antiparallel guidance of the channel after a 180 ° U-turn in the plane, whereby, for example, the original erythrocyte distribution can be adjusted again.
  • Multiple inversions of the gravitational field effect on the fluid in the course of the flow for example, by a helical rotation of the channel in sections by 180 ° or by a meandering channel course are possible depending on the problem.
  • the fluid sampling device according to the invention as a whole is absolutely and temporally changeable in its position relative to a gravitational field.
  • the fluid analysis device according to the invention in particular the fluid sampling device, is designed as a portable device, so that it is easy for the user to carry and transport manually.
  • portable devices are particularly suitable for near-patient laboratory diagnostics (English: point of care testing).
  • the invention also relates, in particular, to a method for producing the fluid sampling device according to the invention, comprising the steps of: providing the first and second optical waveguides, preferably by injection molding these optical waveguides from a plastic, which may be or may be polycarbonate in particular; - providing the interface device which is suitable for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device; Formation of the channel means of the fluid sampling device; - Optional: providing at least one channel wall element, which may consist in particular of plastic; preferably, assembling the optical waveguides, the interface device, and preferably the at least one channel wall element, to form the channel device of the fluid sampling device.
  • 1 a shows a fluid sampling device according to the invention in a lateral cross-sectional view according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 1b The fluid sampling device according to the invention of FIG. 1a in a frontal cross-sectional view
  • Fig. 1 c is a detail of Fig. 1 b, with representation of the evanscent fields of
  • FIG 3a shows a schematic side view of the fluid analysis device according to the invention according to an embodiment.
  • FIG. 3b The fluid analysis device as in FIG. 3a, in which the fluid sampling device according to the invention of FIGS. 1a to 1c is inserted.
  • FIG. 4 A schematic view of the fluid analysis device of FIG.
  • FIG. 5 Schematic representation of the optical measuring method according to the invention according to an embodiment.
  • FIG. 6 Schematic representation of the manufacturing method according to the invention according to an embodiment.
  • Figure 1 shows the fluid sampling device 1, which is substantially cuboid, and which is adapted for placement in a fluid analysis device 100 as shown in Figures 3a and 3b.
  • the fluid sampling device 1 has a channel device
  • the fluid sampling device 1 serves Preferably, the blood analysis, and is set up to form a most laminar blood flow.
  • the blood is to a first approximation a suspension 6 of particles 6a, namely blood cells, in aqueous fluid, namely blood serum.
  • the fluid sampling device 1 has a first optical waveguide 2, which has a first outer surface 2a for forming a first evanescent field f1.
  • the fluid sampling device 1 also has a second optical waveguide 3 perpendicular to the channel direction S opposite the first optical waveguide and having a second outer surface 3a for forming a second evanescent field f2.
  • the optical fibers can be made of glass.
  • the length of the two straight and parallel to each other extending optical waveguide in the channel direction S here constant corresponds in this case the length of the channel section 1 1 and substantially the length of the channel device 10th
  • the fluid sampling device 1 has an interface device (12, 13, 14, 15) for connecting the at least one first (2) and at least one second (3) optical waveguide to the interface device (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) of the fluids - Nalysevorraum 100 on.
  • the interface device of the fluid sampling device includes the planar end face 12 of the first optical waveguide 2, which serves to enter the light ES1, the planar end face 14 of the second optical waveguide 3, which serves to enter the light ES2, the planar end face 13 of the first optical waveguide 2, the the exit of the light ET1 serves and the planar end face 15 of the second optical waveguide 3, which serves for the exit of the light ET2.
  • the planar endface can.
  • planar end face is here in each case perpendicular to the channel direction S, which also corresponds to the -here constant-direction of the optical waveguide near the respective end face.
  • the planar end face can also lie at an angle other than 90 ° to this channel direction S, and in particular can be parallel to this direction S.
  • the first outer surface 2a and second outer surface 3a each extend between the first channel cross-section A1 and the second channel cross-section A2 and along this channel section 11 and are arranged in contact with the channel internal volume to allow penetration of the first and second evanescent field into the channel internal volume of the channel section to enable.
  • the concentration change along the length in the direction S of the channel section in the vicinity of the outer surfaces 2a and 3a of the optical waveguides caused by the sedimentation of the particles in the fluid changes the frequency with which the particles, in particular erythrocytes, within the range of evanescent field, for example, in which they touch the respective outer surface.
  • the evanescent field of the first and second optical waveguides are influenced in different ways, which in turn can be detected and optionally evaluated by measuring the light LT1 transmitted through the first optical waveguide 2 and measuring the light LT2 transmitted through the second optical waveguide 3.
  • the channel section 1 1 is arranged for sedimentation of particles 6 a contained in the fluid between the first outer surface 2 a and the second outer surface 3 a, in particular having a suitable cross-sectional area and in particular a suitable channel height, here parallel to the direction of gravitational acceleration g.
  • a channel height is particularly suitable if it allows a different formation of the particle concentration at the first and second outer surface due to the sedimentation.
  • the fluid sampling device here has a fluid interface device (16, 17) for connecting the channel device 10 to a fluid movement device 124.
  • the fluid interface device has a connection flange 16 for the entry of the fluid and a connection flange 17 for the exit of the fluid.
  • the first optical waveguide 2 and the second optical waveguide 3 are connected to each other by two plate-like and here planar channel wall elements 4, or spaced from each other. These channel wall elements 4 are preferably formed as a plastic film.
  • the two optical fibers and the two channel walls disse 4 form here the channel section. This can be seen in particular with reference to the cross-sectional view in FIG. 1 b, which is perpendicular to the channel direction S.
  • the optical waveguides are not formed as wall elements of the channel section 11, as shown in FIGS. 1a and 1b, but are arranged in a channel section consisting of a plurality of channel wall elements (in particular integrally connected). 4 ', 4 ", 4'") as shown in the embodiments of the alternative fluid sampling devices (1 ', 1 ", 1"') in Figures 2a, 2b and 2c.
  • FIG. 2 a shows the fluid sampling device V, which has a substantially cuboidal channel section, in which a first optical waveguide is arranged as a plate-shaped component in channel direction S, and in this case is arranged planar on the inside of the upper boundary wall of the channel section.
  • a second optical waveguide is arranged perpendicular to the channel direction S opposite the first optical waveguide as a plate-shaped component in the channel direction S, and in this case is arranged planar on the inside of the upper boundary wall of the channel section.
  • the first and second outer surfaces are enlarged.
  • 2 b shows the fluid sampling device 1 ", which has a substantially cuboidal channel section, in which two first optical waveguides 2" are arranged as cuboid and rod-shaped components in the channel direction S within the channel internal volume, and in this case essentially -at least not over their entire length in channel direction S- not disposed directly on the inside of the upper boundary wall of the channel section.
  • Two second optical waveguides 3 "are perpendicular to the channel direction S the first optical waveguides opposite each other as cuboid and rod-shaped components in the channel direction S is arranged, and in this case substantially -at least not over its entire length in the channel direction S- not directly on the inside of the lower Compared to the fluid sampling device 1 of Figure 1 b, the first and second outer surfaces are enlarged by because essentially the entire outer surface of an optical waveguide is exposed to the interior volume and allows contact by particles.
  • FIG. 2 c shows the fluid sampling device 1 "'which has a substantially cuboid channel section, in which seven first optical waveguides 2'" are arranged as cuboid and rod-shaped components in the channel direction S within the upper half of the channel internal volume and in which seven second optical waveguides 3 '"are arranged as cuboid and rod-shaped components within the lower half of the channel inner volume in the channel direction S.
  • the optical waveguides are here arranged substantially along the entire inner side of the lateral channel wall elements 4"', and optionally additionally provided on the upper and lower side, whereby a higher resolution in the formation of a sedimentation-related gradient of particle concentration along the gravitational field is made possible.
  • 3a shows the fluid analysis device 100 for receiving a fluid sampling device 1.
  • the fluid analysis device 100 has a base 120 which carries the components of the fluid analysis device.
  • the fluid analysis device 100 has a receiving device 121 for receiving the fluid sampling device.
  • the fluid analysis device could also have a plurality of recording devices and be set up for simultaneous measurement at a plurality of fluid sampling devices.
  • the receiving device 121 holds the fluid sampling device in position and aligns it in the gravitational field such that the height of the channel device 10 or of the channel section 11 is parallel to the gravitational field, in this case the gravitation in direction g.
  • the sedimentation takes place under a defined acceleration, namely the gravitational acceleration g.
  • the receiving device has a locking device (not shown), for example, a clamping device formed by sprung locking elements, by means of which the fluid sampling device is held by the user releasably in the receiving device.
  • the fluid analysis device 100 has an optical measuring device 123 which is set up to measure a light LT1 transmitted by the first optical waveguide 2 of the fluid sampling device 1 and to measure a light LT2 transmitted through the second optical waveguide 3 of the fluid sampling device 1.
  • the fluid analysis device 100 also has the interface device (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) for connecting the optical measuring device 123 to the interface device (12, 13, 14, 15) of the fluid sampling device 1.
  • the interface elements (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) are present planar end surfaces of the light guides of the light pipe system 123 a.
  • lenses or other means for beam guidance can be provided on these interface elements.
  • the optical measuring device 123 has a light source 125 formed as an LED, which is distributed in defined intensity via a light pipe system 123a to the interface elements 12 and 14 of the fluid analysis device 100 and to the interface elements 12 and 14 of the fluid sampling device 1.
  • the optical measuring device 123 here has two photodetectors 126, which independently of one another measure the light LT1 emerging from the first optical waveguide 2 via the interface elements 13 and 13 and the light LT2 emerging from the second optical waveguide 3 via the interface elements 15 and 15.
  • the measuring signals are - optionally: digitalized and evaluated by the electrical control device 122. This is done taking into account the nature of the emitted light LS1 and LS2, which is also controlled by the electrical control device 122 here.
  • the fluid analysis device 100 is adapted to align the fluid sampling device 1 in a gravitational field (see FIG. 4) generated by gravity or centrifugation to detect in the gravitational field the sedimentation of particles 6a contained in the fluid between the first outer surface 2a and the second outer surface 3a to effect.
  • the fluid analysis device 100 has a rotating device (not shown) for rotating the recorded fluid sampling device 1 in the controlled field of gravity and thus changing or reversing the sedimentation direction.
  • the fluid analysis device 100 preferably has a fluid movement device 124, in this case a pump, with which the fluid 6 can be transported as fluid flow through the channel device 10 of the fluid sample device 1, wherein the electronic control device 122 of the fluid analysis device 100 is designed in particular by the fluid movement device 124 to control fluid flow.
  • the fluid movement device 124 is connected to the fluid interface device (1 16, 1 17) of the fluid analysis device 100 via a fluid line system 124 a.
  • the fluid interface device (1 16, 1 17) may have connecting pieces 1 16, 1 17, which are fluid-tightly connected to the connecting flanges 16, 17 of the fluid interface device (16, 17) of Fluidprobenvomchtung.
  • the optical interface device and the fluid interface device of the fluid sample device 1 and the fluid analysis device 100 are here and, according to a preferred embodiment, arranged such that the fluid sample device can be detachably connected to the fluid analysis device by the user.
  • the gravitational field may also be generated by centrifugation, e.g. the fluid analyzer 100 with attached fluid sample device 1 is mounted on a rotary device 130 which rotates about an axis of rotation R and produces an alternative acceleration field V which is dominated by the centrifugal force g '.
  • the exemplary embodiment of the optical measurement method 200 according to the invention shown schematically in FIG. 5, on a fluid sample 6 in the fluid sample device 1 according to the invention comprises the steps of: - introducing the fluid sample device (1) into a fluid analysis device; (201)
  • detection in particular time-dependent detection, of the light passed through the first optical waveguide of the fluid sampling device and modified by the absorption of the first evanescent field as first measurement signal and detection, in particular time-dependent detection, of the second optical waveguide of the fluid sampling device reached and changed by the absorption of the second evanescent field changed light as a second measurement signal;
  • the exemplary embodiment of the method 300 according to the invention for producing a fluid sampling device 1 shown schematically in FIG. 6 has the steps:
  • the interface device which is suitable for connecting the at least one first and at least one second optical waveguide to the interface device of the fluid analysis device; (302) - forming the channel means of the fluid sampling device; (303)
  • At least one channel wall element which may consist in particular of plastic; (304) preferably, assembling the optical waveguides, the interface device, and preferably the at least one channel wall element, to form the channel device of the fluid sampling device (305).

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fluidprobenvorrichtung zur Anordnung in einer erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung, aufweisendeine Kanaleinrichtung, die ein Kanalinnenvolumen umgibt, durch das eine Fluidprobe in Kanalrichtung (S) strömbar ist, wobei die Kanalrichtung senkrecht zum Kanalquerschnitt ist und wobei die Kanaleinrichtung mindestens einen sich in Kanalrichtung zwischen einem ersten Kanalquerschnitt (A1) und einem zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstreckenden Kanalabschnitt aufweist, einen ersten Lichtwellenleiter, der eine erste Außenfläche zur Bildung eines ersten evaneszenten Feldes (f1) aufweist, und einen zweiten Lichtwellenleiter, der eine zweite Außenfläche zur Bildung eines zweiten evaneszenten Feldes (f2) aufweist, mindestens eine Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung, wobei die erste Außenfläche und zweite Außenfläche sich jeweils zwischen dem ersten Kanalquerschnitt (A1) und zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstrecken und entlang dieses Kanalabschnitts und im Kontakt mit dem Kanalinnenvolumen angeordnet sind, um das Eindringen des ersten und des zweiten evaneszenten Feldes in das Kanalinnenvolumen des Kanalabschnitts zu ermöglichen. Die Erfindung betrifft ferner diese Fluidanalysevorrichtung, das Herstellungsverfahren für die Fluidprobenvorrichtung und ein optisches Messverfahren zur Messung an der Fluidprobenvorrichtung.

Description

Fluidprobenvorrichtung und deren Herstellung, Fluidanalysevorrichtung und optisches Messverfahren
Die Erfindung betrifft eine Fluidprobenvorrichtung für eine Fluidanalysevorrichtung, diese Fluidanalysevorrichtung für diese Fluidprobenvorrichtung, deren Herstellung und ein optisches Mess verfahren zur Messung an der Fluidprobenvorrichtung.
Stand der Technik
Bei klassischen Verfahren zur Fluidanalyse einer Fluidprobe, insbesondere in der Blutanalytik spielt die Sedimentation der Fluidprobe durch Gravitationseffekte eine negative Rolle, weil sie je nach Strömungsverlauf zu Konzentrationsinhomogenitäten in der Fluidprobe sorgen, welche die Messungen verfälschen.
Aus der DE 44 37 758 B4 sind ein Bildanalysverfahren und eine Bildanalysevor- richtung für Strömungspartikel bekannt, wobei durch eine Abbildungsvorrichtung erzeugte Bilder von in einem strömenden Fluid gelösten Partikeln analysiert werden.
Aus der DE 692 30 420 T2 ist ein Referenzsystem mit Mehrfachsignalausgabe für einen Sensor für evaneszente Wellen bekannt, welcher für eine Analytik von auf diesen aufgetragene Analyten, wie Moleküle oder Antikörper ausgelegt ist.
Bei derartigen Verfahren tritt eine evaneszente Welle an der Grenzfläche zwischen optischer Vorrichtung und Analyt in das Analyt in einer Tiefe von üblicherweise weniger als einer Wellenlänge ein. Durch die Wechselwirkung zwischen evaneszenter Welle und Analyt ist eine messtechnische quantitative und/oder qualitative Aussage über das Analyt möglich.
Die EP 0 810 026 B1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung einer Blutzellenanalyse, wobei eine Impedanzanalyse, eine Streulichtanalyse, eine Flureszenzanalyse und ein Durchflusszytometrieverfahren kombiniert werden, um eine Vollblutprobe zu analysieren. Allen derartigen Verfahren betreiben hohen apparativen Aufwand um mit einen zumeist zusätzlichen Verfahren eine möglichst gute Mischung aller Partikel im Fluid mit möglichst gleichförmiger statistischer Verteilung aller Partikel zu erreichen. Eine Sedimentation bzw. Entmischung ist unerwünscht, da diese die Messergeb- nisse und statistischen Auswertungen verfälschen.
Aufgabe/n
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Fluidprobenvorrichtung, deren Herstellung, und eine Fluidanalysevorrichtung zur Fluidanalyse der Fluidpro- be, insbesondere Blutanalytik, und ein schnelles, sicheres optisches Messverfahren bereit zu stellen.
Eine weitere Aufgabe ist es, Lichtstreuungseffekte zu vermeiden, die durch im Stand der Technik oftmals übliche Beleuchtungsanordnungen bei der Fluidanalyse auftreten, womit u.a. das Problem der blutzellzerstörenden Hämolyse bei der Bestimmung der Konzentrationen der Hämoglobinderivate bei der optischen Laktatbestimmung vermieden wird.
Eine weitere Aufgabe ist es eine einfache, aus wenigen, möglichst gleichen Bautei- len bestehende Fluidprobenvorrichtung bereit zu stellen, die einfach und kostengünstig zu fertigen ist und einfach vorzuhalten ist.
Diese Aufgaben werden durch die Fluidprobenvorrichtung gemäß Anspruch 1 , die Fluidanalysevorrichtung gemäß Anspruch 7 und das optisch Messverfahren gemäß Anspruch 13 und das Herstellungsverfahren nach Anspruch 14 gelöst.
Beschreibung
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist eingerichtet zur Anordnung in einer erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung, und weist auf: - eine Kanalein- richtung, die ein Kanalinnenvolumen umgibt, durch das eine Fluidprobe in Kanalrichtung strömbar ist, wobei die Kanalrichtung senkrecht zum Kanalquerschnitt ist und wobei die Kanaleinrichtung mindestens einen sich in Kanalrichtung zwischen einem ersten Kanalquerschnitt (A1 ) und einem zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstreckenden Kanalabschnitt aufweist, - einen ersten Lichtwellenleiter, der eine erste Außenfläche zur Bildung eines ersten evaneszenten Feldes aufweist, - einen zweiten Lichtwellenleiter, der eine zweite Außenfläche zur Bildung eines zweiten evaneszenten Feldes aufweist, - mindestens eine Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung, - wobei die erste Außenfläche und zweite Außenfläche sich jeweils zwischen dem ersten Ka- nalquerschnitt (A1 ) und zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstrecken und entlang dieses Kanalabschnitts und im Kontakt mit dem Kanalinnenvolumen angeordnet sind, um das Eindringen des ersten und des zweiten evaneszenten Feldes in das Kanalinnenvolumen des Kanalabschnitts zu ermöglichen.
Das mittels der Fluidprobenvomchtung analysierbare Fluid ist vorzugsweise eine nicht-newton'sche Flüssigkeit, insbesondere eine wässrige Partikelsuspension, insbesondere eine biologische Flüssigkeit, insbesondere Blut. Die Fluidprobenvor- richtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine laminare Strömung des Fluids zu erzielen.
Vorzugsweise besteht die Fluidprobenvomchtung aus Kunststoff oder weist Kunst- stoff aus. Die erste Außenfläche des ersten Lichtwellenleiter und die zweite Außenfläche des zweiten Lichtwellenleiters sind vorzugsweise möglichst permeabel für das dort auszubildende evaneszente Feld ausgebildet. Der erste Lichtwellenleiter und/oder der zweite Lichtwellenleiter können aus Kunststoff oder Glas bestehen. Vorzugsweise besteht die Fluidprobenvomchtung im Wesentlichen aus dem ersten und dem zweiten Lichtwellenleiter, sowie mindestens einem Kanalwandelement, das insbesondere folienartig sein kann oder aus Folie bestehen kann. Ein Trägersubstrat für diese Bauteil kann vorgesehen sein. Es kann die Schnittstelleneinrichtung zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung in mindestens einem Flächenabschnitt des ersten und zweiten Lichtwellenleiters bestehen, in den Licht einkoppelbar ist bzw. aus dem Licht austreten kann. Eine derartig kompakte Bauweise ist bevorzugt, um geringe Herstellungskosten der Fluidprobenvomchtung zu erreichen. Vorzugsweise ist die Fluidprobenvomchtung ein Einwegartikel. Dadurch wird auf einfache Weise eine sterile und unverfälschte Messumgebung gewährleistet.
Es ist aber auch möglich die Fluidprobenvomchtung als wieder verwertbaren Artikel auszubilden, der insbesondere sterilisierbar -z.B. autoklavierbar- ausgebildet ist.
Der erste und/oder der zweite Lichtwellenleiter ist ein für Infrarot und/oder sichtbares Licht transparentes Bauteil, das eine Faser, Röhre, ein Stab oder ein Plattenteil sein kann, das Licht über kurze oder lange Strecken transportieren kann. Die Lichtleitung wird dabei durch Reflexion an der Grenzfläche des Lichtwellenleiters entweder durch Totalreflexion auf Grund eines geringeren Brechungsindex das den Lichtleiter umgebenden Mediums oder durch (Teil-)Verspiegelung der Grenzfläche erreicht. Der erste und/oder der zweite Lichtwellenleiter können aus Glas oder Kunststoff sein oder solche Materialien aufweisen. Der erste und/oder der zweite Lichtwellenleiter sind vorzugsweise im wesentlichen gerade ausgebildet, können aber auch zumindest abschnittsweise gebogen ausgebildet sein, wobei sie insbesondere der Richtung des Kanalabschnitts folgen können.
Vorzugsweise verlaufen der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter im Kanalabschnitt parallel zueinander und sind vorzugsweise durch mindestens ein Kanalwandelement, insbesondere ein flächiges Verbindungselement bzw. eine flächige Verbindung beabstandet, derart, dass die Lichtwellenleiter und das zumindest eine Kanalwandelement den Kanalabschnitt bilden. Für das Messprinzip ist lediglich erforderlich, dass der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenlei- ter bezüglich eines Schwerefeldes unterschiedlich angeordnet sind, so dass sich durch Partikelsedimentation an der zweiten Außenfläche im Vergleich zur ersten Außenfläche eine andere messbare Beeinflussung des jeweiligen evaneszenten Feldes ergibt. Der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter können auch zumindest abschnittsweise geneigt zueinander angeordnet sein. Es können mehr als zwei Lichtwellenleiter vorgesehen sein, die entlang des Kanalabschnitts angeordnet sind. Dadurch kann die Messqualität verbessert werden.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Kanalwandelement eine flächige Verbindung, insbesondere eine Folie, die insbesondere die Lichtwellenleiter umfasst oder beidseitig beaufschlagt. Dadurch wird die Herstellung der Fluidprobenvornchtung kostengünstig.
Vorzugsweise ist der Kanalabschnitt zur Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche eingerichtet. Dazu weist der Kanalabschnitt insbesondere eine geeignete Größe des Kanal- querschnitts, insbesondere des ersten und zweiten Kanalquerschnitts auf, der die Sedimentation der Partikel erlaubt.
Vorzugsweise weist die Fluidprobenvornchtung mehr als zwei Lichtwellenleiter auf, die insbesondere entlang des Kanalabschnitts angeordnet sind. Der erste und/oder zweite oder der weitere Lichtwellenleiter kann als Kanalwandelement ausgebildet sein und/oder kann innerhalb des Kanalabschnitts angeordnet sein.
Vorzugsweise weist die Fluidprobenvornchtung eine Fluid-Schnittstelleneinrichtung zum Anschluss der Kanaleinrichtung an eine Fluidbewegungseinrichtung, insbesondere eine Pumpe auf. Diese Fluid-Schnittstelleneinrichtung kann mindestens einen Befestigungsabschnitt, z.B. einen Befestigungsflansch, aufweisen, und ge- gebenenfalls ein Dichtungsmittel, z.B. einen O-Ring.
Die erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung zur Aufnahme mindestens einer erfindungsgemäßen Fluidprobenvornchtung weist auf: - mindestens eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme der Fluidprobenvornchtung, - eine optische Messeinrichtung, die zur Messung eines durch den mindestens einen ersten Lichtwellenlei- ter der Fluidprobenvornchtung transmittierten Lichts (LT1 ) und zur Messung eines durch den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvornchtung transmittierten Lichts (LT2) eingerichtet ist, und - mindestens eine Schnittstellenein- richtung zur Verbindung der optischen Messeinrichtung mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidprobenvorrichtung.
Die optische Messeinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das in den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung zu leitende Licht (LS1 ) und das in den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung zu leitende Licht (LS2) zu steuern. Diese Funktion kann auch von einer vorzugsweise vorgesehenen elektronischen Steuereinrichtung der Fluidanalysevor- richtung übernommen sein.
Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung, insbesondere die optische Messeinrichtung auf: - mindestens eine erste Lichtquelle, um Licht (LS1 ; LS2) in den ersten und/oder den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung einzu- koppeln; - mindestens einen Lichtdetektor, um das durch den ersten und/oder den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangte und das durch die Absorption des ersten und/oder des zweiten evaneszenten Feldes veränderte Licht (LT1 ; LT2) zu detektieren, und vorzugsweise: - eine elektronische Steuereinrichtung, um in Abhängigkeit vom eingekoppelten Licht und vom veränderten Licht mindestens ein Messsignal zu generieren.
Die mindestens eine erste Lichtquelle und/oder mindestens eine zweite Lichtquelle kann jeweils eine LED sein, insbesondere eine LED mit einem mehrere Wellenlän- gen umfassenden Farbspektrum, z.B. mit weißem Licht. Die Lichtquelle kann aber auch im wesentlichen monochromatisch sein, und kann z.B. eine Laserdiode sein.
Die Emission des in den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter eingeleiteten Lichts (LS1 ) und die Emission des in den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter eingeleiteten Lichts (LS2) erfolgen vorzugsweise simultan, können aber auch zeitlich überlappend oder nacheinander erfolgen. Die Detektion des durch den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter transmittierten Lichts (LT1 ) und die Detektion des durch den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter transmittierten Lichts (LT2) erfolgen vorzugsweise simultan, können aber auch zeitlich überlappend oder nacheinander erfolgen.
Der mindestens eine erste Lichtdetektor und/oder der mindestens eine zweite Lichtdetektor kann ein Photodetektor sein, z.B. ein Photomultiplier oder eine Pho- todiode sein.
Vorzugsweise ist die Fluidanalysevorrichtung, insbesondere deren Aufnahmeeinrichtung, dazu eingerichtet, die Fluidprobenvorrichtung in einem durch Gravitation oder durch Zentrifugation erzeugten Schwerefeld auszurichten, um in dem Schwerefeld die Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln zwischen der ersten Außenfläche und der zweiten Außenfläche zu bewirken. Dazu kann die Fluidanalysevorrichtung, insbesondere deren Aufnahmeeinrichtung, z.B. eine Positionierungseinrichtung aufweisen, mittels der die in der Aufnahmeeinrichtung angeordnete Fluidprobenvorrichtung im Schwerefeld unbeweglich gehalten wird oder justiert wird. Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung eine Fluidbewegungseinrichtung auf, mittels der die Lichtwellenleiter in Fließrichtung des Fluids der Fluidprobe in ihrer relativen Lage zum Schwerefeld bewegbar sind. Die Fluidbewegungseinrichtung ist vorzugsweise eine Fluidtransporteinrichtung, insbesondere eine Pumpe, z.B. eine Pumpe zur kontinuierlichen Förderung, insbesondere eine kontinuierlich fördernde rotatorische Pumpe, insbesondere eine Impellerpumpe, Axialpumpe, Zahnradpumpe; oder vorzugsweise Zentrifugalpumpe.
Vorzugsweise weist die elektronische Steuereinrichtung eine A D- Wandlereinrichtung auf und/oder eine digitale Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere CPU oder Mikroprozessor, und/oder eine Datenspeichereinrichtung. Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung dazu eingerichtet, das durch den ersten Lichtwellenleiter gelangte und das durch die Absorption des ersten e- vaneszenten Feldes veränderte Licht als ein erstes Messsignal zu erfassen und das durch den zweiten Lichtwellenleiter gelangte und durch die Absorption des zweiten evaneszenten Feldes veränderte Licht als ein zweites Messsignal zu erfassen. Vorzugsweise weist die elektronische Steuereinrichtung eine Auswertungseinrichtung auf, um das erste Messsignal und das zweite Messsignal, insbe- sondere zeitabhängig und/oder insbesondere durch Bildung einer Differenz aus dem ersten und zweiten Messsignal, zu vergleichen. Auf diese Weise kann die Messung des evaneszenten Feldes erfolgen.
Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die durch das Eindringen von im Fluid enthaltenen Partikeln in das erste evaneszente Feld bewirkte Veränderung des ersten Messsignals zu detektieren und/oder die durch das Eindringen von im Fluid enthaltenen Partikeln in das zweite evaneszente Feld bewirkte Veränderung des zweiten Messsignals zu detektieren. Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung, insbesondere die Auswertungseinrichtung, dazu eingerichtet, einen zeitlichen Mittelwert des insbesondere zeitabhängigen ers- ten und/oder zweiten Messsignals zu bestimmen. Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinrichtung, insbesondere die Auswertungseinrichtung, dazu eingerichtet, das erste und oder das zweite Messsignal zu analysieren, um die Häufigkeiten) des Eindringens der im Fluid enthaltenen Partikel in das erste und/oder zweite evaneszente Feld zu detektieren, insbesondere diese Häufigkeiten zu ver- gleichen und/oder statistisch auszuwerten.
Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung eine Fluidbewegungseinrichtung auf, mit der das Fluid durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung als Fluidstrom transportierbar ist, wobei insbesondere die elektronische Steuereinrichtung der Fluidanalysevorrichtung dazu ausgebildet ist, den durch die Fluid- bewegungseinrichtung bewirkten Fluidstrom zu steuern. Die Fluidbewegungseinrichtung kann aber auch als bezüglich der Fluidanalysevorrichtung und/oder der Fluidprobenvorrichtung separate Vorrichtung vorgesehen sein, die zur Förderung des Fluids mit der Fluidanalysevorrichtung und/oder der Fluidprobenvorrichtung verbunden wird. Die Erfindung betrifft auch eine erfindungsgemäße Fluidanalysevornchtung, an der eine erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung angeordnet ist, insbesondere so, dass sie vom Benutzer ersetzbar ist durch eine andere Fluidprobenvorrichtung. Dadurch lässt sich eine Fluidanalysevornchtung mit mehreren Fluidprobenvorrich- tungen verwenden, was insbesondere dann vorteilhaft ist, wenn die Fluidproben- vorrichtungen kostengünstig herstellbar ist bzw. ein Einwegartikel ist. Die Fluidprobenvorrichtung kann aber auch vom Benutzer untrennbar mit der Fluidanalysevornchtung verbunden sein, indem diese in der Aufnahmeeinrichtung unlösbar fixiert ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur optischen Messung an einer als Suspension vorliegenden Fluidprobe in der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung, zumindest mit den Schritten: - Einbringen der Fluidprobenvorrichtung in eine Fluidanalysevornchtung; - Orientieren der Fluidprobenvorrichtung in einem Schwerefeld, um die Sedimentation der in der Suspension enthaltenen Partikel zu ermög- liehen, - Bewegen der Fluidprobe durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvor- rich-tung, wobei während dieser Bewegung die Sedimentation der Partikel im Fluid stattfindet; - während eines Zeitabschnitts der Sedimenation: Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den ersten Lichtwellenleiter der Flu- idpro-benvorrichtung gelangten und durch die Absorption des ersten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als erstes Messsignal und Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des zweiten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als zweites Messsignal, - optional: Auswertung des ersten und zweiten Messsignals durch eine elektronische Auswer- tungseinrichtung. Bevorzugte Ausgestaltungen des Verfahrens lassen sich der Beschreibung der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung oder der erfindungsgemäßen Fluidanalysevornchtung entnehmen.
Die Erfindung betrifft insbesondere die Verwendung der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung oder der erfindungsgemäßen Fluidanalysevornchtung oder des erfindungsgemäßen Messverfahrens zum Zwecke der Blutanalyse. Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist zur Aufnahme einer Fluidprobe eingerichtet, und bevorzugt dazu eingerichtet, in Kombination mit einer erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung ein erfindungsgemäßes optisches Messverfah- ren zu ermöglichen. Die Verwendung einer optischen Analysemethode besitzt gegenüber chemischen Methoden den Vorteil, dass sie umweltschonend analytische Aufgabenstellungen löst.
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist bevorzugt für laminar fließende Fluide, insbesondere Suspensionen, vorzugsweise Blut, ausgelegt.
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung ist bevorzugt für ein erfindungsgemäßes Messverfahren für nicht newtonscher Flüssigkeiten, wie z. B. Blut geeignet, aber darauf nicht beschränkt.
Die erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung ist bevorzugt darauf ausgelegt zumindest eine Fluidprobenvorrichtung je mit Sensorik-, Mess- und Analyseeinheiten aufzunehmen, im Schwerefeld zu orientieren und mit Schnittstellen zu verbinden, um eine Beprobung und Auswertung durchzuführen und für die Fluidprobe der je- weilige Fluidprobenvorrichtung eine insbesondere regelbare Strömungserzeugereinheit mit weiteren Schnittstellen zum jeweiligen Kanal einer Fluidprobe bereitzustellen.
Das erfindungsgemäße optische Messverfahren nutzt die begrenzte Eindringtie- fe von evaneszenten Feldern von VIS und IR Strahlung in eine Fluidprobe, die in der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung fließt, in Kombination mit der Wirkung von Massenkräften. Dabei werden die Gewichtskraft im Schwerefeld der Erde, allgemein als Gravitationsanteil mit einem Zentrifugalanteil bezeichnet, und/oder zusätzliche künstliche Massenkräfte, wie Zentrifugalkräfte, die mecha- nisch erzeugt werden, genutzt. Vorliegend wird vereinfacht bei der Verwendung des Begriffs Gravitation von einer Fallrichtung von oben nach unten ausgegangen, ohne dass dies auf die Orientierung im Raum Bezug nimmt. Es ist bei dieser Betrachtung wichtig, dass dies auch durch die Veränderung der relativen Lage einer Vorrichtung oder von Teilen der Vorrichtung zum Schwerefeld erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung besteht vorzugsweise im Wesentlichen aus einem ersten, sich in einer Längsrichtung S erstreckenden Lichtwellenleiter und einem zweiten Lichtwellenleiter, der sich parallel zum zweiten Lichtwellen- leiter erstreckt und dabei vorzugsweise einen definierten Abstand zu diesem hält. Verbunden sind die beiden Lichtwellenleiter vorzugsweise durch zumindest eine flächige Verbindung, die vorzugsweise die Lichtwellenleiter, z.B. schlauchartig, umgibt. Vorzugsweise ist zwischen den Lichtwellenleitern und der flächigen Verbindung das Kanal. Die flächige Verbindung kann z.B. aus zwei wandartigen Flä- chen gebildet werden, die den Kanal zwischen sich einschließen.
Vorzugsweise ist die flächige Verbindung eine Folie bzw. aus einem folienartigen Material, und besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder weist Kunststoff auf. Der Kanalabschnitt nimmt die Fluidprobe auf. Vorzugsweise über Schnittstellen an beiden distalen Enden des Kanalabschnitts der Fluidprobenvorrichtung, ist sowohl die Fluidprobe in die Fluidprobenvorrichtung einbringbar, als auch mit einer Strömung, insbesondere einer laminaren Strömung, beaufschlagbar. Die Fluidprobenvorrichtung orientiert die Fluidprobe in einem Schwerefeld, z.B.
Gravitation im Schwerefeld der Erde oder einem künstlichen Schwerefeld. Der Kanalquerschnitt wird senkrecht zur Strömungsrichtung definiert und vorzugsweise durch Höhe mal Breite des Kanalabschnitts definiert. Die Höhe ist vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung zwischen den Außenflächen der Lichtwellenleiter definiert und die Breite ist vorzugsweise senkrecht zur Strömungsrichtung zwischen den Kanalwänden definiert. Dabei ist vorzugsweise der Betrag der Höhe des Kanalabschnitts höher als der Betrag der Breite des Kanalabschnitts. Dadurch werden Partikel in der einer laminaren Strömung ausgesetzten Fluidprobe, die zwischen den Lichtwellenleitern im Kanalabschnitt fließt, in Abhängigkeit von ihrer Masse und der Expositionszeit im Kanalabschnitt in Richtung der Gravitation in Richtung des mindestens einen unten angeordneten Lichtwellenleiters sedimen- tiert.
Die Fluidprobenvornchtung ist in einer ersten Ausführungsform als ein quaderförmiger Schlauch mit innen liegendem quaderförmigem Kanalabschnitt geformt, wobei die erste und zweite Außenfläche der Lichtwellenleiter die obere und untere Fläche des quaderförmigen Kanalinnenvolumens begrenzen und ein flächiges Verbindungselement, insbesondere Folie, die beiden Seitenflächen des quaderförmigen Kanalinnenvolumens begrenzt.
In einer zweiten Ausführungsform ändern der erste und zweite Lichtwellenleiter in Fließrichtung des Fluids ihre relative Lage zum Schwerefeld dadurch, dass die
Fluidanalysevorrichtung eine Dreheinrichtung aufweist, mittels der die Fluidprobenvornchtung um einen Drehwinkel a, insbesondere a = 180", um ihre Fließrichtungsachse verdreht werden kann, wobei insbesondere der zuvor obere Lichtwellenleiter zum unteren Lichtwellenleiter werden kann und umgekehrt. Auf diese Weise können dauerhafte Partikel Ablagerungen auf dem entsprechenden unteren Lichtwellenleiter vermieden werden. Zudem kann auf diese Weise auch , zeitweise oder ausschließlich, ohne in Kanalrichtung vorliegende Fluidströmung gemessen werden. In einer dritten Ausführungsform ändern der obere und untere Lichtwellenleiter in
Fließrichtung des Fluids ihre relative Lage zum Schwerefeld dadurch, dass die Kanaleinrichtung, insbesondere der Kanalabschnitt, insbesondere der erste und der zweite Lichtwellenleiter der Fluidprobenvornchtung, U-förmig geformt ist, wobei dann auf dem oberen Lichtwellenleiter in antiparalleler Lage der obere Lichtwellen- leiter zu liegen kommt und damit der untere Lichtwellenleiter ganz zu oberst zu liegen kommt. Dabei kann die Kanaleinrichtung auch eine mäanderförmige Struktur mit einer mehrfach stattfindenden Richtungsänderung S der Kanaleinrichtung aufweisen. Die erfindungsgemäße Fluidanalysevorrichtung ist vorzugsweise ebenfalls dazu eingerichtet gegebenenfalls eine Änderung der Fluidprobenvorrichtung in einem Schwerefeld, z.B. auch mechanischem Weg, durch Veränderung bzw. Orientierung einer Lage der Fluidprobenvorrichtung, z.B. durch Drehen um eine oder mehrere
Achsen der Fluidprobenvorrichtung zu bewirken. Dazu kann z.B. eine Rotationsvorrichtung vorgesehen sein, auf der die Fluidanalysevorrichtung gelagert ist, wobei sich das durch die Zentrifugalkraft bedingte Schwerefeld in Richtung senkrecht zur Rotationsrichtung ausbildet.
Die im bekannten Stand der Technik als unerwünscht angeführte Sedimentation bzw. Entmischung einer Fluidprobe, ist für das erfindungsgemäße optische Messverfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung und einer Fluidanalysevorrichtung erforderlich.
Obwohl das erfindungsgemäße Messverfahren auch für verschiedenste nicht newtonsche Fluide Anwendung finden kann, wird das Messprinzip nachfolgend am Beispiel einer Blutanalyse erläutert. Bei der Nutzung der Sedimentationeffekte in laminar fließenden Blutproben, als Fluidprobe, nach dem erfindungsgemäßen Messverfahren, wird ausgenutzt, dass Blut im Wesentlichen aus Plasma (55%) und den Erythrozyten (44%) besteht. Die übrigen Substanzen sind dabei aufs Erste zu vernachlässigen. Die Dichte der Erythrozyten beträgt etwa 1076 kg/m3 und ist damit etwas größer als die des Plas- mas mit 1028 kg/m3, was zu Sinkgeschwindigkeiten von 1 μηΊ/s bis 3 μηΊ/s führt.
Beispielhaft ausgehend von einem Volumenstrom einer Blutprobe von 1 μΙ/s (60 μΙ/min) und einem Kanalquerschnitt der Fluidprobenvorrichtung von 0,1 mm x 1 mm ergeben sich eine Fließgeschwindigkeiten des Fluids von 1 cm/s.
Dabei wird der Kanal der Fluidprobenvorrichtung in dem die Fluidprobe aufgenommen ist, im Schwerefeld so ausgerichtet, dass der Vektor der Gravitationsbeschleunigung parallel zu Seitenbegrenzungen in Richtung eines Lichtwellenleiters, hier als unterer Lichtwellenleiter bezeichnet, zeigt. Bei einer derartigen Fließge- schwindigkeit ergibt sich nach ein bis drei Zentimetern für den oberen Lichtwellenleiter eine Erythrozyten freie Zone. Unter Berücksichtigung des quantenphysikalischen Effektes, bei dem das in den Lichtwellenleitern totalreflektierte Licht je nach Frequenz, z.B. bei einer Wellenlänge von ca. 600 nm bis ca. 1000 nm, etwa 1 bis 3 μηη in das angrenzende Medium eindringt, ergibt sich nach kurzem Einlauf keine optische Wechselwirkung mehr mit den Erythrozyten des Blutes in diesem Bereich. Das evaneszente Strahlungsfeld des oberen Lichtwellenleiters kann daher nur noch mit dem Blutplasma wechselwirken. Für den unteren Lichtwellenleiter sieht die Situation völlig anders aus. Hier befinden sich die Erythrozyten auf dem Boden und können mit dem evaneszenten Feld des unteren Lichtwellenleiters wechselwirken. Das bedeutet, in diesem Bereich wird Strahlung (IR oder VIS) frequenzspezifisch zum Beispiel von den verschiedenen Hämoglobinderivaten absorbiert. Für beide Regionen der Fluidprobe, oben wie unten, gibt es praktisch keine störende Streuung mehr. Damit kann auch das Problem der blutzellzerstörenden Hämolyse bei der Bestimmung der Konzentrationen der Hämoglobinderivate gelöst werden.
Ein weiteres Problem bei der optischen Laktatbestimmung ist dadurch ebenfalls gelöst, weil im oberen erytrozytenfreien Bereich gemessen werden kann, ohne die Blutprobe verändern zu müssen.
In einer weiteren Ausführung wird die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung durch eine schraubenartige Drehung des Kanals um 180° um die Achse in Strömungsrichtung geführt, um eine Entmischung umzukehren. In einer weiteren Ausführung wird die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung durch eine antiparallel Führung des Kanals nach einem 180° U-turn in der Ebene erreicht, wodurch sich z.B. die ursprüngliche Erythrozytenverteilung wieder einstellen kann. Mehrfache Umkehrungen der Schwerefeldwirkung auf das Fluid im Strömungsverlauf, z.B. durch eine abschnittsweise schraubenartige Drehung des Kanals um 180° bzw. durch einen mäandernden Kanalverlauf sind je nach Problemstellung möglich. Ebenso ist die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung durch die Fluidanalysevomchtung als Ganzes in seiner Position zu einem Schwerefeld absolut und zeitlich veränderbar.
Insgesamt wird durch die Erfindung auf einfache und zuverlässige Weise eine Bereitstellung, Messung und Analyse von Fluidproben ermöglicht.
Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Fluidanalysevomchtung, insbesondere die Fluidprobenvorrichtung, als portable Vorrichtung ausgebildet, so dass diese vom Benutzer einfach manuell zu tragen und zu transportieren ist. Solche portablen Vorrichtungen eignen sich besonders für patientennahe Labordiagnostik (englisch: point of care testing).
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auch auf ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung, aufweisend die Schritte: - Bereitstellen der ersten und zweiten Lichtwellenleiter, vorzugsweise durch Spritzgiessen dieser Lichtwellenleiter aus einem Kunststoff, der insbesondere Polycarbonat sein kann oder aufweisen kann; - Bereitstellen der Schnittstelleinrichtung, die geeignet ist zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevomchtung; - Ausbildung der Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung; - optional: Bereitstellen mindestens eines Kanalwandelements, das insbesondere aus Kunststoff bestehen kann; - vorzugsweise: Assemblieren der Lichtwellenleiter, der Schnittstelleinrichtung und vorzugsweise des mindestens eines Kanalwandelements, um die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung auszubilden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen: Fig. 1 a Eine erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in seitlicher Querschnittsansicht
Fig. 1 b Die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung der Fig. 1 a in frontaler Querschnittsansicht
Fig. 1 c Ein Detail der Fig. 1 b, mit Darstellung der evanszenten Felder der
Lichtwellenleiter
Fig. 2a, 2b und 2c
Jeweils eine andere erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeipiel in frontaler Quer- schnittsansicht
Fig. 3a Eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Fluidanalysevorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 3b Die Fluidanalysevorrichtung wie in Fig. 3a, bei der die erfindungsgemäße Fluidprobenvorrichtung der Fig. 1 a bis 1 c eingesetzt ist. Fig. 4 Eine schematische Ansicht der Fluidanalysevorrichtung der Fig.
3b, angeordnet auf einer Rotationsvorrichtung zur Erzeugung eines Schwerefelds.
Fig. 5 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen optischen Messverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 6 Schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Figur 1 zeigt die Fluidprobenvorrichtung 1 , die im Wesentlichen quaderförmig ist, und die eingerichtet ist zur Anordnung in einer Fluidanalysevorrichtung 100, wie in Fig. 3a und 3b gezeigt. Die Fluidprobenvorrichtung 1 weist eine Kanaleinrichtung
10 auf, die ein Kanalinnenvolumen, in der Figur grau schraffiert, umgibt, durch das eine Fluidprobe 6 in Kanalrichtung S strömbar ist. Die Kanalrichtung S liegt senkrecht zum Kanalquerschnitt A und die Kanaleinrichtung weist einen sich in Kanalrichtung zwischen dem ersten Kanalquerschnitt A1 und dem zweiten Kanalquer- schnitt A2 erstreckenden Kanalabschnitt 1 1 auf. Die Fluidprobenvorrichtung 1 dient vorzugsweise der Blutanalyse, und ist zur Ausbildung eines möglichst laminaren Blutstroms eingerichtet. Das Blut ist in erster Näherung eine Suspension 6 von Partikeln 6a, nämlich Blutzellen, in wässriger Flüssigkeit, nämlich Blutserum.
Die Fluidprobenvorrichtung 1 weist einen ersten Lichtwellenleiter 2 auf, der eine erste Außenfläche 2a zur Bildung eines ersten evaneszenten Feldes f1 aufweist. Die Fluidprobenvorrichtung 1 weist zudem -senkrecht zur Kanalrichtung S dem ersten Lichtwellenleiter gegenüberliegend- einen zweiten Lichtwellenleiter 3 auf, der eine zweite Außenfläche 3a zur Bildung eines zweiten evaneszenten Feldes f2 aufweist. Die Lichtwellenleiter können aus Glas bestehen. Die Länge der beiden gerade und parallel zueinander verlaufenden Lichtwellenleiter in der hier konstanten Kanalrichtung S entspricht vorliegend der Länge des Kanalabschnitts 1 1 und im Wesentlichen der Länge der Kanaleinrichtung 10.
Die Fluidprobenvorrichtung 1 weist eine Schnittstelleneinrichtung (12, 13, 14, 15) zur Verbindung des mindestens einen ersten (2) und mindestens einen zweiten (3) Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) der Fluida- nalysevorrichtung 100 auf. Die Schnittstelleneinrichtung der Fluidprobenvorrichtung beinhaltet die planare Endfläche 12 des ersten Lichtwellenleiters 2, die dem Eintritt des Lichtes ES1 dient, die planare Endfläche 14 des zweiten Lichtwellenleiters 3, die dem Eintritt des Lichtes ES2 dient, die die planare Endfläche 13 des ersten Lichtwellenleiters 2, die dem Austritt des Lichtes ET1 dient und die planare Endfläche 15 des zweiten Lichtwellenleiters 3, die dem Austritt des Lichtes ET2 dient. Die planare Endfläche kann. Die planare Endfläche ist hier jeweils senkrecht zur Kanalrichtung S, die auch der -hier konstanten- Richtung des Lichtwellenleiters nahe der jeweiligen Endfläche entspricht. Die planare Endfläche kann aber auch in einem Winkel anders als 90° zu dieser Kanalrichtung S liegen, kann insbesondere parallel zu dieser Richtung S sein. In letzterem Fall kann man ein optisches Gitter oder Prisma, oder anderes optisches Mittel verwenden, um das Licht in die gewünschte Richtung in den Lichtwellenleiter einzukoppeln, damit sich die Lichtleitung und die gewünschte Totalreflektion an den Außenflächen des Lichtwellenleiters ergibt. Die erste Außenfläche 2a und zweite Außenfläche 3a erstrecken sich jeweils zwischen dem ersten Kanalquerschnitt A1 und zweiten Kanalquerschnitt A2 und entlang dieses Kanalabschnitts 1 1 und sind im Kontakt mit dem Kanalinnenvolumen angeordnet, um das Eindringen des ersten und des zweiten evaneszenten Feldes in das Kanalinnenvolumen des Kanalabschnitts zu ermöglichen. Die durch die Sedimentation der Partikel im Fluid bewirkte Konzentrationsänderung entlang der Länge in Richtung S des Kanalabschnitts in der Nähe der äußeren Flächen 2a und 3a der Lichtwellenleiter führt dazu, dass sich die Häufigkeit ändert, mit der die Partikel, insbesondere Erythrozyten, in die Reichweite des evaneszenten Feldes ge- langen, in dem sie z.B. die jeweilige äußere Fläche berühren. Dadurch werden das evaneszente Feld des ersten und zweiten Lichtwellenleiters in unterschiedlicher Weise beeinflusst, was wiederum durch Messung des durch den ersten Lichtwellenleiter 2 transmittierten Lichts LT1 und Messung des durch den zweiten Lichtwellenleiter 3 transmittierten Lichts LT2 erfasst und optional ausgewertet werden kann. Der Kanalabschnitt 1 1 ist zur Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln 6a zwischen der ersten Außenfläche 2a und der zweiten Außenfläche 3a eingerichtet, indem er insbesondere eine geeignete Querschnittsfläche und insbesondere eine geeignete Kanalhöhe, hier parallel zur Richtung der Erdbeschleunigung g, aufweist. Eine Kanalhöhe ist insbesondere geeignet, wenn sie eine unterschiedliche Ausbildung der Partikelkonzentration an der ersten und zweiten Außenfläche aufgrund der Sedimentation ermöglicht.
Die Fluidprobenvorrichtung weist hier eine Fluid-Schnittstelleneinrichtung (16, 17) zum Anschluss der Kanaleinrichtung 10 an eine Fluidbewegungseinrichtung 124 auf. Die Fluid-Schnittstelleneinrichtung weist einen Anschlussflansch 16 für den Eintritt des Fluids und einen Anschlussflansch 17 für den Austritt des Fluids auf.
Der erste Lichtwellenleiter 2 und der zweite Lichtwellenleiter 3 sind durch zwei plattenartige und hier planare Kanalwandelemente 4 miteinander verbunden, bzw. voneinander beabstandet. Diese Kanalwandelemente 4 sind vorzugsweise als Kunststofffolie gebildet. Die beiden Lichtwellenleiter und die beiden Kanalwan- delemente 4 bilden hier den Kanalabschnitt. Das ist insbesondere anhand der Querschnittsansicht in Fig. 1 b erkennbar, die senkrecht zur Kanalrichtung S liegt.
Es ist auch möglich und bevorzugt, dass die Lichtwellenleiter nicht, wie in Fig. 1 a und 1 b zu sehen, als Wandelemente des Kanalabschnitts 1 1 ausgebildet sind, sondern in einem Kanalabschnitt angeordnet sind, der aus mehreren, insbesondere integral verbundenen, Kanalwandelementen (4'; 4"; 4'") gebildet ist, wie in den Ausführungsbeispielen der alternativen Fluidprobenvorrichtungen (1 '; 1 "; 1 "') in den Fig. 2a, 2b und 2c gezeigt ist.
Fig. 2a zeigt die Fluidprobenvorrichtung V, die einen im Wesentlichen quaderför- migen Kanalabschnitt aufweist, bei der ein erster Lichtwellenleiter als plattenförmi- ges Bauteil in Kanalrichtung S angeordnet ist, und in diesem Fall planar an der Innenseite der oberen Begrenzungswand des Kanalabschnitts angeordnet ist. Ein zweiter Lichtwellenleiter ist senkrecht zur Kanalrichtung S dem ersten Lichtwellenleiter gegenüberliegend als plattenförmiges Bauteil in Kanalrichtung S angeordnet ist, und in diesem Fall planar an der Innenseite der oberen Begrenzungswand des Kanalabschnitts angeordnet. Im Vergleich zur Fluidprobenvorrichtung 1 der Fig. 1 b ist die erste und zweite Außenfläche vergrößert.
Fig. 2b zeigt die Fluidprobenvorrichtung 1 ", die einen im Wesentlichen quaderförmigen Kanalabschnitt aufweist, bei der zwei erste Lichtwellenleiter 2" als quader- förmige und stabförmige Bauteile in Kanalrichtung S innerhalb des Kanalinnenvolumens angeordnet sind, und in diesem Fall im Wesentlichen -zumindest nicht über ihre gesamte Länge in Kanalrichtung S- nicht direkt an der Innenseite der oberen Begrenzungswand des Kanalabschnitts angeordnet. Zwei zweite Lichtwellenleiter 3" sind senkrecht zur Kanalrichtung S den ersten Lichtwellenleitern jeweils gegenüberliegend als quaderförmige und stabförmige Bauteile in Kanalrichtung S angeordnet ist, und in diesem Fall im Wesentlichen -zumindest nicht über ihre gesamte Länge in Kanalrichtung S- nicht direkt an der Innenseite der unteren Begrenzungswand des Kanalabschnitts angeordnet. Im Vergleich zur Fluidprobenvorrichtung 1 der Fig. 1 b ist die erste und zweite Außenfläche vergrößert, indem je- weils im Wesentlichen die gesamte Außenfläche eines Lichtwellenleiters zum nalinnenvolumen exponiert ist und die Berührung durch Partikel ermöglicht.
Fig. 2c zeigt die Fluidprobenvorrichtung 1 "', die einen im Wesentlichen quaderför- migen Kanalabschnitt aufweist, bei der sieben erste Lichtwellenleiter 2'" als quaderförmige und stabförmige Bauteile in Kanalrichtung S innerhalb der oberen Hälfte des Kanalinnenvolumens angeordnet sind und bei der sieben zweite Lichtwellenleiter 3'" als quaderförmige und stabförmige Bauteile in Kanalrichtung S innerhalb der unteren Hälfte des Kanalinnenvolumens angeordnet sind. Die Lichtwellenleiter sind hier im Wesentlichen entlang der gesamten Innenseite der seitlichen Kanalwandelemente 4"' angeordnet, und optional zusätzlich an der Ober- und Unterseite vorgesehen, wodurch eine höhere Auflösung bei der Ausbildung einer sedimentationsbedingten Gradienten der Partikelkonzentration entlang des Schwerefelds ermöglicht wird. Fig. 3a zeigt die Fluidanalysevorrichtung 100 zur Aufnahme einer Fluidprobenvorrichtung 1. Die Fluidanalysevorrichtung 100 weist eine Basis 120 auf, welche die Bestandteile der Fluidanalysevorrichtung trägt. Die Fluidanalysevorrichtung 100 weist eine Aufnahmeeinrichtung 121 zur Aufnahme der Fluidprobenvorrichtung auf. Grundsätzlich könnte die Fluidanalysevorrichtung auch mehrere Aufnahmeeinrich- tungen aufweisen und zur gleichzeitigen Messung an mehreren Fluidprobenvor- richtungen eingerichtet sein. Die Aufnahmeeinrichtung 121 hält die Fluidprobenvorrichtung in Position und richtet diese so im Schwerefeld aus, dass die Höhe der Kanaleinrichtung 10 bzw. des Kanalabschnitts 1 1 parallel zum Schwerefeld, hier der Gravitation in Richtung g, liegt. Dadurch findet die Sedimentation unter einer definierten Beschleunigung statt, nämlich der Erdbeschleunigung g. Vorzugsweise weist die Aufnahmeeinrichtung eine Feststelleinrichtung (nicht gezeigt) auf, z.B. eine durch gefederte Rastelemente gebildete Klemmeinrichtung, mittels der die Fluidprobenvorrichtung vom Benutzer lösbar in der Aufnahmeeinrichtung gehalten wird. Die Fluidanalysevornchtung 100 weist eine optische Messeinrichtung 123 auf, die zur Messung eines durch ersten Lichtwellenleiter 2 der Fluidprobenvorrichtung 1 transmittierten Lichts LT1 und zur Messung eines durch den zweiten Lichtwellenleiter 3 der Fluidprobenvorrichtung 1 transmittierten Lichts LT2 eingerichtet ist. Die Fluidanalysevornchtung 100 weist zudem die Schnittstelleneinrichtung (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) zur Verbindung der optischen Messeinrichtung 123 mit der Schnittstelleneinrichtung (12, 13, 14, 15) der Fluidprobenvorrichtung 1 auf. Die Schnittstellenelemente (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) sind vorliegend planare Endflächen der Lichtleiter des Lichtleitungssystems 123a. Optional können an diesen Schnittstellenelemen- ten Linsen oder andere Mittel zur Strahlführung vorgesehen sein.
Die optische Messeinrichtung 123 weist eine als LED ausgebildete Lichtquelle 125 auf, die in definierter Intensität über ein Lichtleitungssystem 123a auf die Schnittstellenelemente 1 12 und 1 14 der Fluidanalysevornchtung 100 und zu den Schnittstellenelemente 12 und 14 der Fluidprobenvorrichtung 1 verteilt wird. Die optische Messeinrichtung 123 weist hier zwei Photodetektoren 126 auf, die unabhängig voneinander das aus dem ersten Lichtwellenleiter 2 über die Schnittstellenelemente 13 und 1 13 austretende Licht LT1 und das aus dem zweiten Lichtwellenleiter 3 über die Schnittstellenelemente 15 und 1 15 austretende Licht LT2 messen. Die Messsignale werden - optional: von der elektrischen Steuereinrichtung 122 digitali- siert und -ausgewertet. Dies erfolgt unter Berücksichtigung der Beschaffenheit des emittiereten Lichts LS1 und LS2, das hier ebenfalls von der elektrische Steuereinrichtung 122 gesteuert wird.
Die Fluidanalysevornchtung 100 ist dazu eingerichtet, die Fluidprobenvorrichtung 1 in einem durch Gravitation -oder durch Zentrifugation erzeugten (siehe Fig. 4) Schwerefeld auszurichten, um in dem Schwerefeld die Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln 6a zwischen der ersten Außenfläche 2a und der zweiten Außenfläche 3a zu bewirken. Optional weist die Fluidanalysevornchtung 100 eine Drehvorrichtung auf (nicht gezeigt) um die aufgenommene Fluidprobenvorrichtung 1 kontrolliert im Schwerefeld zu drehen und so die Sedimentationsrichtung zu än- dem bzw. umzukehren. Vorzugsweise weist die Fluidanalysevorrichtung 100 eine Fluidbewegungseinrich- tung 124 auf, hier eine Pumpe, mit der das Fluid 6 durch die Kanaleinrichtung 10 der Fluidprobenvomchtung 1 als Fluidstrom transportierbar ist, wobei insbesondere die elektronische Steuereinrichtung 122 der Fluidanalysevorrichtung 100 dazu ausgebildet ist, den durch die Fluidbewegungseinrichtung 124 bewirkten Fluidstrom zu steuern. Die Fluidbewegungseinrichtung 124 ist über ein Fluidleitungs- system 124a an die Fluid-Schnittstelleneinrichtung (1 16, 1 17) der Fluidanalysevorrichtung 100 angeschlossen. Die Fluid-Schnittstelleneinrichtung (1 16, 1 17) kann Anschlussstutzen 1 16, 1 17 aufweisen, die mit den Anschlussflanschen 16, 17 der Fluid-Schnittstelleneinrichtung (16, 17) der Fluidprobenvomchtung fluiddicht verbindbar sind.
Die optische Schnittstelleneinrichtung und die Fluid-Schnittstelleneinrichtung der Fluidprobenvomchtung 1 und der Fluidanalysevorrichtung 100 sind hier, und gemäß bevorzugter Ausgestaltung, so eingerichtet, dass die Fluidprobenvomchtung vom Benutzer lösbar an der Fluidanalysevorrichtung anschliesbar ist.
Das Schwerefeld kann, wie in Fig. 4 gezeigt ist, auch durch Zentrifugation erzeugt werden, indem z.B. die Fluidanalysevorrichtung 100 mit eingesetzter Fluidprobenvomchtung 1 auf einer Rotationsvorrichtung 130 befestigt wird, die um eine Rotationsachse R rotiert und ein alternatives Beschleunigungsfeld V erzeugt, das von der Zentrifugalkraft g' dominiert wird.
Das in Fig. 5 schematisch gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zur optischen Messung an einer als Suspension vorliegenden Flu- idprobe 6 in der erfindungsgemäßen Fluidprobenvomchtung 1 weist die Schritte auf: - Einbringen der Fluidprobenvomchtung (1 ) in eine Fluidanalysevorrichtung; (201 )
- Orientieren der Fluidprobenvomchtung (1 ) in einem Schwerefeld, um die Sedimentation der in der Suspension enthaltenen Partikel zu ermöglichen, (202) - Bewegen der Fluidprobe durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrich-tung, wobei während dieser Bewegung die Sedimentation der Partikel im Fluid stattfindet; (203)
- während eines Zeitabschnitts der Sedimenation: Erfassung, insbesondere zeitab- hängige Erfassung, des durch den ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des ersten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als erstes Messsignal und Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des zweiten evanes- zenten Feldes veränderten Lichts als zweites Messsignal; (204)
- optional: Auswertung des ersten und zweiten Messsignals durch eine elektronische Auswertungseinrichtung (205).
Das in Fig. 6 schematisch gezeigte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens 300 zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Fluidprobenvorrichtung 1 weist die Schritte auf:
- Bereitstellen der ersten und zweiten Lichtwellenleiter (301 );
- Bereitstellen der Schnittstelleinrichtung, die geeignet ist zur Verbindung des mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidanalysevorrichtung; (302) - Ausbildung der Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung; (303)
- optional: Bereitstellen mindestens eines Kanalwandelements, das insbesondere aus Kunststoff bestehen kann; (304) - vorzugsweise: Assemblieren der Lichtwellenleiter, der Schnittstelleinrichtung und vorzugsweise des mindestens eines Kanalwandelements, um die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung auszubilden (305).

Claims

Patentansprüche
Fluidprobenvorrichtung (1 ; V; 1 "; 1 "') zur Anordnung in einer Fluidanalysevor- richtung (100) gemäß Anspruch 7, aufweisend eine Kanaleinrichtung (10), die ein Kanalinnenvolumen umgibt, durch das eine Fluidprobe (6) in Kanalrichtung (S) strömbar ist, wobei die Kanalrichtung senkrecht zum Kanalquerschnitt ist und wobei die Kanaleinrichtung mindestens einen sich in Kanalrichtung zwischen einem ersten Kanalquerschnitt (A1 ) und einem zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstreckenden Kanalabschnitt (1 1 ) aufweist, einen ersten Lichtwellenleiter (2; 2'; 2"; 2'"), der eine erste Außenfläche (2a) zur Bildung eines ersten evaneszenten Feldes (f1 ) aufweist, und einen zweiten Lichtwellenleiter (3; 3'; 3"; 3'"), der eine zweite Außenfläche (3a) zur Bildung eines zweiten evaneszenten Feldes (f2) aufweist, mindestens eine Schnittstelleneinrichtung (12, 13, 14, 15) zur Verbindung des mindestens einen ersten (2) und mindestens einen zweiten (3) Lichtwellenleiters mit der Schnittstelleneinrichtung (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) der Fluidana- lysevorrichtung, wobei die erste Außenfläche (2a) und zweite Außenfläche (3a) sich jeweils zwischen dem ersten Kanalquerschnitt (A1 ) und zweiten Kanalquerschnitt (A2) erstrecken und entlang dieses Kanalabschnitts (1 1 ) und im Kontakt mit dem Kanalinnenvolumen angeordnet sind, um das Eindringen des ersten und des zweiten evaneszenten Feldes in das Kanalinnenvolumen des Kanalabschnitts zu ermöglichen. Fluidprobenvorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter parallel zueinander verlaufen und durch mindestens eine flächige Verbindung (4; 4'; 4"; 4'") beabstandet sind, derart, dass die Lichtwellenleiter (2,3) und die zumindest eine flächige Verbindung den Kanalabschnitt bilden.
Fluidprobenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine flächige Verbindung (4; 4'; 4"; 4'") eine Folie ist, die insbesondere die Lichtwellenleiter (2,3) umfasst oder beidseitig beaufschlagt.
Fluidprobenvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalabschnitt (1 1 ) zur Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln (6a) zwischen der ersten Außenfläche (2a) und der zweiten Außenfläche (3a) eingerichtet ist.
Fluidprobenvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidprobenvorrichtung mehr als zwei Lichtwellenleiter aufweist, die insbesondere entlang des Kanalabschnitts angeordnet sind.
Fluidprobenvorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidprobenvorrichtung eine Fluid- Schnittstelleneinrichtung (16, 17) zum Anschluss der Kanaleinrichtung (10) an eine Fluidbewegungseinrichtung (124) aufweist.
Fluidanalysevorrichtung (100) zur Aufnahme mindestens einer Fluidprobenvorrichtung (1 ; V; 1 "; 1 "') nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 6, aufweisend mindestens eine Aufnahmeeinrichtung (121 ) zur Aufnahme der Fluidprobenvorrichtung, eine optische Messeinrichtung (123), die zur Messung eines durch den mindestens einen ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung transmit- tierten Lichts (LT1 ) und zur Messung eines durch den mindestens einen zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung transmittierten Lichts (LT2) eingerichtet ist, und mindestens eine Schnittstelleneinrichtung (1 12, 1 13, 1 14, 1 15) zur Verbindung der optischen Messeinrichtung mit der Schnittstelleneinrichtung der Fluidprobenvorrichtung.
Fluidanalysevorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanalysevorrichtung dazu eingerichtet ist, die Fluidprobenvorrichtung in einem durch Gravitation oder durch Zentrifugation erzeugten Schwerefeld auszurichten, um in dem Schwerefeld die Sedimentation von im Fluid enthaltenen Partikeln (6a) zwischen der ersten Außenfläche (2a) und der zweiten Außenfläche (3a) zu bewirken.
Fluidanalysevorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanalysevorrichtung eine Drehvorrichtung aufweist, mittels der die Fluidprobenvorrichtung (1 ) oder die Lichtwellenleiter (2,3) in ihrer relativen Lage zum Schwerefeld bewegbar sind.
Fluidanalysevorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanalysevorrichtung aufweist:
- mindestens eine erste Lichtquelle (125), um Licht (LS1 ; LS2) in den ersten und/oder den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung einzukop- peln,
- mindestens einen Lichtdetektor (126), um das durch den ersten und/oder den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangte und das durch die Absorption des ersten und/oder des zweiten evaneszenten Feldes veränderte Licht (LT1 ; LT2) zu detektieren, und
- eine elektronische Steuereinrichtung (122), um in Abhängigkeit vom einge- koppelten Licht und vom veränderten Licht mindestens ein Messsignal zu generieren.
Fluidanalysevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidanalysevorrichtung eine Fluidbewegungseinrichtung (124) aufweist, mit der das Fluid durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung als Fluidstrom transportierbar ist, wobei insbesondere die elektronische Steuereinrichtung (122) der Fluidanalysevorrichtung dazu ausgebildet ist, den durch die Fluidbewegungseinrichtung bewirkten Fluidstrom zu steuern.
Fluidanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , an der eine Fluidprobenvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 angeordnet ist.
Verfahren (200) zur optischen Messung an einer als Suspension vorliegenden Fluidprobe (6) in der Fluidprobenvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , zumindest mit den Schritten
- Einbringen der Fluidprobenvorrichtung (1 ) in eine Fluidanalysevorrichtung; (201 )
- Orientieren der Fluidprobenvorrichtung (1 ) in einem Schwerefeld, um die Sedimentation der in der Suspension enthaltenen Partikel zu ermöglichen,
(202)
- Bewegen der Fluidprobe durch die Kanaleinrichtung der Fluidprobenvorrichtung, wobei während dieser Bewegung die Sedimentation der Partikel im Fluid stattfindet; (203)
- während eines Zeitabschnitts der Sedimenation: Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den ersten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvorrichtung gelangten und durch die Absorption des ersten evanes- zenten Feldes veränderten Lichts als erstes Messsignal und Erfassung, insbesondere zeitabhängige Erfassung, des durch den zweiten Lichtwellenleiter der Fluidprobenvornchtung gelangten und durch die Absorption des zweiten evaneszenten Feldes veränderten Lichts als zweites Messsignal; (204) - optional: Auswertung des ersten und zweiten Messsignals durch eine elektronische Auswertungseinrichtung.
Verfahren zur Herstellung der Fluidprobenvornchtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verwendung der Fluidprobenvornchtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder der Fluidanalysevorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12 oder des Verfahrens nach Anspruch 13 zur Blutanalyse.
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