Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung, bestehend aus einem Behälter in Form einer Spritze, in den über mindestens eine Kanüle als Ansaugeinrichtung ein Fluid ansaugbar ist, wobei in der Behälterwand oder an der Behälterwand ein Sensor so integriert ist, daß er mit dem in den Hohlraum des Behälters ansaugbaren Fluid in Kontakt treten kann. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung dieser Meßeinrichtung.

Zur Bestimmung der Konzentrationen in einer Lösung gelöster Ionen oder Molekülen mittels chemischer Sen¬ soren wird die zu bestimmende Lösung aus ihrem Ur¬ sprungsort entnommen, in ein geeignetes Gefäß gefüllt und die Messung durch Eintauchen des Sensors vorge¬ nommen.

Eine andere Meßmethode arbeitet mit dem Durchflu߬ prinzip. Dabei strömt die Analysenlösung an einem

Sensor vorbei. Auch hierzu wird die zu untersuchende Lösung zuerst entnommen und dann an dem Sensor vor¬ beigeführt. Ein derartiges Meßprinzip ist z.B. in J. Ruzicka, E. H. Hansen: Flow Injection-Analysis, New York, John Wiley Sous, 1981, beschrieben. Diese beiden Methoden eignen sich nur bedingt für die schnelle Vor-Ort-Bestimmung, die in der modernen Ana¬ lytik immer mehr an Bedeutung gewinnt, da sie zu auf¬ wendig sind und qualifiziertes Personal erfordern. Für diese Anwendungsfälle wurden Analyseplättchen oder Teststreifen entwickelt.

Mit Analyseplättchen arbeiten verschiedene kommer¬ ziell erhältliche Systeme, insbesondere zur Blutbe- Stimmung (z.B. Kodak Ektachem DT II System, Kodak AG,

Klinische Chemie, Postfach 60 03 45, Stuttgart) . Da¬ bei wird zuerst Blut abgenommen und dann das Blut mittels einer Pipette aufgetragen. Sodann erfolgt die Messung.

Ein analoger Verfahrensablauf findet bei der Messung mit elektrochemischen Teststreifen statt. ι

Die Probe wird also zur schnellen Vor-Ort-Bestimmung an ihrem Ursprungsort entnommen und in einem zweiten

Schritt auf den Sensor aufgebracht.

Diese Arbeitsweise ist aber für verschiedene Bestim¬ mungen, insbesondere bei Blutbestimmungen, Analysen von toxischen und empfindlichen Substanzen nachtei¬ lig.

Bei der Analyse von infektösen Untersuchungsmedien, z.B. Blut, ist es nämlich bei unvorsichtigem Arbeiten

mit Blutstropfen möglich, daß eine Infektion oder eine Verschüttung der Probe eintritt. Weiter nachtei¬ lig ist, daß in einem offenen Flüssigkeitstropfen eine Veränderung der Analytkonzentration durch Ver¬ dampfen oder Aufnahme von Luftbestandteilen (z.B. Veränderung des pH-Wertes) möglich ist. Letztlich ist es auch in vielen Fällen wünschenswert, daß vor der eigentlichen Messung eine Kalibrierung durchgeführt wird, dies vor allem deshalb, weil die in den vorste¬ hend beschriebenen Verfahrensweisen eingesetzten Ein¬ malsensoren nicht in allen Fällen reproduzierbar her¬ stellbar sind. Eine derartige Kalibrierung ist aber mit den vorstehend beschriebenen Methoden nicht mög¬ lich.

Als eine Lösung für dieses Problem wurde das i-STAT Sensorsystem entwickelt (i-STAT Corporation / 303A College Road East, Princeton) . Hierbei befinden sich Einmalsensoren in einer Kartusche in einem Fließka¬ nal. Eine Eichlösung befindet sich in einem Kunst¬ stoffbeutel in der Kartusche. Die Eichung und die Messung erfolgen über einen komplizierten Meßablauf. Zunächst wird die Probe über Kapillarkräfte in den vorderen Bereich des Fließkanals gefüllt. Dann wird der Kunststoffbeutel mittels eines Domes durch Druck auf die Kartusche zerstört. Die Eichlösung fließt über den Sensor. Als nächstes wird die Probe durch Druck auf die Kartusche über den Sensor befördert. Dieses Meßsystem erlaubt eine schnelle Vor-Ort-Kon- zentrationsbestimmung, ist aber infolge seines kom¬ plizierten Aufbaus teuer. Außerdem eignet sich die Kartusche nicht direkt zur Probennahme.

Ausgehend hiervon, ist es deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Meßeinrichtung vorzu¬ schlagen, mit der es möglich ist, eine einfache, ko¬ stengünstige, schnelle und reproduzierbare Vor-Ort- Bestimmung vorzunehmen. Gleichzeitig sollen mit der

Meßeinrichtung exakte Meßergebnisse erzielbar sein.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst, hinsichtlich der Verwendung der Meßeinrichtung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 12 und folgende. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.

Erfindungsgemäß wird demnach eine Meßeinrichtung vor- geschlagen, die aus einem Behälter in Form einer

Spritze besteht, in den ein Fluid, d.h. die zu unter¬ suchende Lösung (Analyt) , über mindestens eine Kanüle einsaugbar ist, wobei in der Behälterwand oder an der Behälterwand ein Sensor integriert ist, und zwar in der Weise, daß er mit dem in den Behälter einsaugba¬ ren Analyten in Kontakt treten kann, so daß eine di¬ rekte Probennahme möglich ist. Der Behälter weist erfindungsgemäß mindestens einen ein Reservoir ent¬ haltenden Kolben auf, in den eine Kalibrierlösung einfüllbar ist. Dadurch kann der Analyt in den Behäl¬ ter direkt eingesaugt werden, und es wird somit si¬ chergestellt, daß der Analyt direkt von seinem Ent¬ stehungsort entnommen und dem Sensor zugeführt werden kann.

Wesentlich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Umstand, daß der Analyt direkt angesaugt und ohne zwischengeschaltete Verfahrensschritte direkt mit dem im Behälter integrierten Sensor in Kontakt treten

kann. Dadurch, daß der Behälter in Form einer Spritze ausgebildet ist, kann somit z.B. das Blut direkt von einem Patienten durch Ansaugen mit der Spritze ent¬ nommen und sofort dem Behälter mit dem dort angeord¬ neten Sensor zugeführt werden. Die Messung erfolgt dann entweder sofort oder, wie in den Ausführungsfor¬ men nach Fig. 2 und 3 gezeigt, nach Abnahme des Fluids und Zwischenlagerung.

Wesentlich beim Anmeldungsgegenstand ist, daß im Be¬ hälter mindestens ein Kolben mit einem Reservoir zur Aufnahme der Kalibierlösung vorgesehen ist. Dadurch ist eine einfache, schnelle und exakte sowie reprodu¬ zierbare Messung möglich. Analog dazu kann bei allen anderen Anwendungsfällen verfahren werden, z.B. bei Luftmessungen durch direktes Ansaugen der Luft oder bei anderen Fluiden, wie z.B. bei Wasser, durch di¬ rektes Entnehmen des Wassers mit der Meßeinrichtung über die in dem Behälter angeordnete Öffnung. Bevor¬ zugt weist die Meßeinrichtung einen ein Reservoir aufweisenden Kolben und ein ebenfalls im Hohlraum bewegliches Dichtelement auf. Anstatt des Dichtele¬ mentes kann ein zweiter beweglicher Kolben, bevorzugt mit Reservoir, angeordnet sein. Dadurch wird es mög¬ lich, das Fluid anzusaugen und die Auswertung erst später vorzunehmen. Die Kanüle bzw. der Kanülenan¬ schluß ist dabei so ausgelegt, daß das Fluid in dem zwischen den beweglichen Teilen (Kolben und Kolben oder Dichtelement) entstehenden Hohlraum gelangen kann. Bevorzugt ist die Kanüle deshalb durch minde¬ stens einen Kolben oder das Dichtelement hindurchge¬ führt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kanüle bzw. den Kanülenanschluß von außen durch die Behälterwand zu führen

Bevorzugt ist es, bei der Meßeinrichtung den (die) Sensor(en) an der Außenfläche der Behälterwand über einer Durchbrechung, die in den Hohlraum des Behäl¬ ters führt, anzuordnen. Diese Ausführungsform der Erfindung ist deshalb besonders bevorzugt, da es ver¬ fahrenstechnisch und produktionstechnisch sehr ein¬ fach ist, an an und für sich aus dem Stand der Tech¬ nick bekannten Behältern, nämlich Durchbrechungen anzubringen und an dessen Außenflächen einen Sensor zu befestigen. Die Dimensionierung der Durchbrechung richtet sich nach dem für den Anwendungsfall ausge¬ wählten Sensor. Es muß hierbei lediglich sicherge¬ stellt sein, daß die sensoraktive Fläche, die in das Innere des Hohlraumes des Behälters gerichtet ist, die Durchbrechung nach außen hin abdichtet, so daß verhindert wird, daß das in den Behälter ansaugbare Fluid nach außen hindurchtreten kann. Der (die) Sen¬ sor(en) sind dabei so angeordnet, daß das in den Be¬ hälter einsaugbare Fluid mit dem Sensor in Kontakt treten kann. Da es im Regelfall wünschenswert ist, nur relativ kleine Mengen zu analysieren, wird die Meßeinrichtung auch so ausgewählt, daß das Volumen des Behälters im Bereich von 10 μl bis 100 ml liegt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist es, eine Sensorcard, die einen oder mehrere Sensoren ent¬ hält, direkt zum Spritzenkörper weiterzuverarbeiten oder die Sensoren durch Abscheiden verschiedener Schichten direkt auf dem Spritzenkörper herzustellen.

Die Auswahl des Sensors richtet sich nach dem anlie¬ genden Meßproblem. Die Meßeinrichtung ist grundsätz¬ lich für alle an und für sich aus dem Stand der Tech¬ nik bekannten Sensoren anwendbar, sofern sie sich in die Behälterwand integrieren lassen. Geeignete Senso-

ren sind z.B. ionenselektive Elektroden, wie z.B. ionenselektive Elektroden für NH ₄ ⁺ , Ca ²⁺ , H ⁺ , Li ⁺ , K ⁺ , Na ⁺ , N0 ₃ ^' oder Biosensoren, wie z.B. Biosensoren für Harnstoff oder Glukose oder amperometische Senso¬ ren, wie z.B. Sensoren zur Bestimmung von Sauerstoff oder Schwermetallen. Die Sensoren sind bevorzugt als Einmalsensor ausgebildet.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung der vorstehend beschriebenen Meßeinrichtung zur Analyse von Flüssigkeiten und Gasen. Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Meßeinrichtung für Blutanalysen. Hierbei kann die Meßeinrichtung z.B. zur Bestimmung von Blutelektrolyten, Glukose, Harnstoff oder Sauer¬ stoff eingesetzt werden. Andere geeignete Anwendungs¬ fälle sind die Wasseranalyse, hier insbesondere die Analyse von Schwermetallen, Sauerstoff oder Pestizi¬ den. Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung kann auch zur Luftanalyse, wie z.B. zur Bestimmung von CO, C0 ₂ oder Ammoniak, verwendet werden.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorzüge der Erfin¬ dung ergeben sich aus der Beschreibung zweier bevor¬ zugter Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen. Hierbei zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsge¬ mäßen Meßeinrichtung, wobei der Behälter in Form einer Spritze ausgebildet ist,

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau mit einem Kolben und einem beweglichen Dichtelement, und

Fig. 3 den prinzipiellen Aufbau mit zwei Kolben.

Fig. 1 zeigt die Ausführungsform der Erfindung, bei der der Behälter als Einmalspritze ausgebildet ist.

Die Meßeinrichtung 1 besteht aus einem in Spritzen¬ form ausgebildeten Behälter 3, der mit einer Öffnung 5 zum Ansaugen des Fluides versehen ist. Als Spritze kann eine aus dem Stand der Technik bekannte Einmal- spritze, so wie sie für medizinische Anwendungen ein¬ gesetzt wird, verwendet werden. Für die Meßeinrich¬ tung 1 wird diese an und für sich aus dem Stand der Technik bekannte Spritze so modifiziert, daß in die Behälterwand 9 an einer geeigneten Stelle eine Durch- brechung 12 angebracht wird, und daß auf der Außen¬ seite der Behälterwand 9 ein Sensor 7 befestigt wird. Im Beispielsfall nach Fig. 1 ist der Sensor ein kali¬ umsensitiver Sensor. Der Sensor ist dabei so über der Durchbrechung 12 angeordnet, daß er die Durchbrechung 12 gegenüber dem Hohlraum 10 dicht verschließt. Die

Meßeinrichtung 1 weist als Ansaugvorrichtung einen Kolben 14 auf, der mit einem Reservoir 15 versehen ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung erlaubt es, daß in das Reservoir 15 eine Kalibrierlösung einge- füllt werden kann. Dazu kann in dem nach außen ge¬ richteten Teil des Kolbens 14 eine Öffnung sein, durch die die Kalibrierlösung eingefüllt wird. Es ist auch möglich, den oberen Teil des Kolbens 14 abnehm¬ bar auszugestalten. Der Sensor 7 wird nun räumlich an der Behälterwand 9 so angeordnet, daß bei Betätigung des Kolbens 15 in Richtung der Öffnung 5 die sensor¬ aktive Fläche mit der Kalibrierlösung in Kontakt kommt. Dies ist in der Fig. lb schematisch darge¬ stellt. Zur Messung wird demnach der Kolben 14 aus

der Ruhestellung (Fig. la) nach unten bewegt. Dieser Zustand ist in Fig. lb veranschaulicht. Der Sensor kann nun mittels der Kalibrierlösung, die in dem Re¬ servoir 15 untergebracht ist, kalibriert werden. Zur Messung wird mit einer an der Öffnung 5 angebrachten Kanüle (nicht abgebildet) das Fluid, d.h. der Analyt, direkt aus dem Entstehungsort entnommen und durch Bewegung des Kolbens 14 in den Hohlraum 10 des Behäl¬ ters 3 angesaugt.

Somit steht eine Meßeinrichtung zur Verfügung, die ohne Zwischenschaltung eines Verfahrensschrittes di¬ rekt das zu untersuchende Fluid vom Entstehungsort dem Sensor zuführen kann. Besonders vorteilhaft bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist, daß in einem Arbeitsgang gleichzeitig eine Kalibrierung erfolgt und ein Einsaugen des zu untersuchenden Fluids, z.B. Blut, möglich wird. Die Diroensionierung des Behälters richtet sich dabei nach dem zu unter¬ suchenden Medium und beträgt in der Ausführungsform nach Fig. 1 0,5 ml. Die Spritze selbst kann dabei aus allen herkömmlichen Materialien, wie sie bisher auch für Spritzen verwendet werden, bestehen.

Zur Auswertung der mit dem Sensor aufgenommenen Me߬ ergebnisse ist es möglich, daß zum einen der- Sensor direkt mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, oder daß die Meßwerte gespeichert werden und dann separat der Auswerteeinrichtung zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Meßein¬ richtung 2, wobei hier ein Kolben 16 mit mindestens einem Reservoir 17 und ein im Hohlraum 20 der Meßein¬ richtung 2 bewegliches Dichtelement 19 mit einer dar-

in integrierten Kanüle 18 vorgesehen ist (Fig. la) . Die Kanüle 18 ist verschließbar bzw. abnehmbar und der Anschluß verschließbar. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß das Fluid vom Patienten entnommen und dann die Auswertung der Messung an einer separaten Meßeinrichtung durchgeführt werden kann. Die Spritze muß in diesem Fall also nicht direkt bei der Proben- nahme an die Meßeinrichtung angeschlossen sein, son¬ dern kann zwischengelagert werden.

Das Ansaugen wird so vorgenommen, daß der bewegliche Kolben 16 nach oben (Pfeilrichtung) gezogen wird, so daß sich dann in dem entstehenden Hohlraum 20 das Fluid ansammelt. Die Spritze kann nun mit diesem so gefüllten Fluid zwischengelagert und zu einem geeig¬ neten Zeitpunkt auch an einer externen Auswerteein¬ heit vermessen werden. Diesen Zustand zeigt Fig. 2b. Die Messung wird in der Weise durchgeführt, daß der Kolben 16 mit dem in dem Hohlraum 20 darunter befind- liehen Fluid und das Dichtelement mit der Kanüle 18, die verschlossen ist, gemeinsam am Sensor 6 vorbei¬ geführt wird. Der Sensor hat in diesem Fall zuerst mit dem Fluid Kontakt und dann mit der Kalibrierlö¬ sung. Somit läßt sich eine exakte und reproduzierbare Messung ermöglichen. Die Positionierung des Sensors 6 kann dabei so gewählt werden, daß er auch schon in der Ruhestellung (Fig. 2a) Kontakt mit der Kalibrier¬ lösung hat. Dadurch wird sichergestellt, daß der Sen¬ sor bereits befeuchtet ist und sich später leichter bei der Messung anpaßt. Ob nun der Sensor bereits in der Ruhestellung mit der Kalibrierlösung Kontakt hat oder nicht, hängt von dem einzusetzenden Sensor ab. Es gibt Sensoren, die besser in befeuchtetem Zustand gelagert werden (wie z.B. Sauerstoffsensoren und

Referenzelektroden) oder Sensoren, die besser trocken gelagert werden (z.B. ionenselektive Elektroden oder Biosensoren) . Die Positionierung des Sensors erfolgt demnach entsprechend der anliegenden Meßproblematik.

In Abwandlung der Ausführung nach Fig. 2 ist es selbstverständlich auch möglich, statt dem Dichtele¬ ment 19 mit der Kanüle 18 einen zweiten Kolben anzu¬ bringen, der ebenfalls beweglich im Hohlraum 20 der Meßeinrichtung 2 ist. In diesem Fall ist die Kanüle durch den Kolben geführt, so daß dann auch das Fluid in den Hohlraum 20 gelangen kann. Es ist auch mög¬ lich, daß zur Bewegung des Dichtelements 19 bzw. ei¬ nes zweiten Kolbens noch eine zusätzliche Vorrichtung in Form eines Steges, wie er beim Kolben 16 gezeigt ist, angebracht ist, damit die Bewegung des zweiten Kolbens bzw. Dichtelements unterstützt werden kann.

Mit diesem zweiten Steg wird eine weitere Abwandlung der Ausführung nach Fig. 2 möglich, nämlich die Sen¬ soren oberhalb des Kolbens 16 anzubringen, sie dann während der Aufnahme der Meßlösung schon mit der Ka¬ librierlösung in Kontakt zu bringen und zur Messung Kolben, Fluid und Kalibrierlösung nach oben am Sensor vorbei zu bewegen. Das hat den Vorteil, daß in der Zeit zwischen Probenaufnahme und Messung eine Kondi- tionierung der Sensoren mit der Kalibrierlösung stattfindet, was zu einer verkürzten Meßzeit führt.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfin¬ dungsgemäßen Lösung, und zwar in der Weise, daß hier eine Meßeinrichtung 4 mit zwei beweglichen Kolben 22 und 23, die jeweils ein Reservoir 26 und 27 aufwei¬ sen, versehen ist. Die Funktionsweise entspricht der

bereits in Fig. 2 beschriebenen. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Kanüle 24 seit¬ lich an die Behälterwand 28 angeflanscht. Die Proben- nahme wird wieder so durchgeführt, daß über die Kanü- le 24 das Fluid durch Betätigen des Kolbens 22 ange¬ saugt wird. Das Fluid sammelt sich somit im dadurch entstehenden Hohlraum 25. In dieser Stellung (Fig. 3b) kann die Meßeinrichtung wieder gelagert werden und dann bei Bedarf an die entsprechende Auswerteein- heit angeschlossen werden. Die Messung folgt wieder analog der bereits in Fig. 2 beschriebenen Verfah¬ rensweise. Dazu wird der Kolben 26 nach unten ge¬ drückt, so daß sich die Kalibrierlösung des Kolbens 23 und das Fluid im Hohlraum 25 sowie die Kalibrier- lösung im Kolben 22 am Sensor 8 vorbeibewegen. Analog zur Ausführungsform nach Fig. 2 ist es auch hierbei möglich, daß der zweite Kolben 23 entweder so ausge¬ führt ist, daß er entsprechend im Hohlraum 25 des Behälters 4 geführt ist oder daß zur Unterstützung der Bewegung noch ein zusätzlicher Steg vorgesehen ist. Hier ist es analog Beispiel 2 auch wieder mög¬ lich, die Sensoren oberhalb von Kolben 22 anzuordnen und den Steg nach der Aufnahme des Fluids dazu zu nutzen, eine Bewegung aller Kolben und Lösungen von unten nach oben durchzuführen und dadurch die einzel¬ nen Lösungen am Sensor vorbeizuführen. Dadurch würde wieder eine Konditionierung der Sensoren mit Kali¬ brierlösung zwischen Probenaufnahme und Messung mög¬ lich werden. Die Kanüle 24 ist, wie auch in Fig. 3 bereits beschrieben, gegenüber dem Hohlraum 25 ver¬ schließbar. Dadurch wird ein sicherer Transport und eine Lagerung des Fluids ermöglicht.