专利名称：：用于分析血液中存在的气体的传感器和仪器的制作方法用于分析血液中存在的气体的传感器和仪器本发明涉及用于分析血液中存在的气体的传感器和仪器，尤其用于确定以百万分率或更低量级的最小量而存在于血液中的气体，例如氨气、硫化氢和一氧化氮。众所周知，可以通过分析血液中存在的气体来识别多种病理情形。通常用于这些分析的技术需要通过各种方法来提取血液样本，以及随后在隔离、恒温等条件下的环境中存储这些样本，直到进行实际分析时。对本领域技术人员来说这具有各种缺点是已知的，以及对血液中存在的各种气体压力进行连续监测的不可能性。为了克服这些缺点，已经建议省却提取血液样本，并通过另一种方式来样本对血液中存在的气体进行确定，诸如通过经皮方式即时进行或通过分析唾液样本。除了非侵入性以外，这些技术还允许对血液气体的连续监测以及尤其通过经皮方式对气体进行采样的技术，在用于确定血液中存在的氧气和c02的产前诊断开始之后就使用所述经皮方式。用于分析血液气体的仪器是已知的，通常由气体采样探针组成，所述探针经由管道连接至设置有用于测量气体的传感器的仪器。用于分析血液气体的多种传感器是已知的，如基于测量用原电池的传感器，所述原电池允许测量一种或多种气体的浓度。如专利us5007424描述了一种极谱/电流传感器，其用于通过克拉克(clark)-型电极布置来测量血液中的氧气分压。所述传感器设置有用于同时确定血液中(a分压的ph电极。专利us4840179公开了用于基于电解液中ph测量原理同时并持续测量血液中存在的氧气和(a的恒温装置。经皮地进行气体采样。但是，为了确保氧气和(a的满意测量，有必要将皮肤加热到大约42°c，以加强其渗透性和由此的气体流动。本领域已知的电流型电流型传感器(galvanicsensor)的问题为它们不允许探测微量的血液气体(诸如氨、硫化氢和一氧化氮)的存在，而这些气体会涉及多种病理情形。尤其是，血液中存在的气态氨可显示出肝功能紊乱和肾功能紊乱，在所述情形中，其浓度会增加到超过0.1-0.6ppm的生理值。气态氨的测量和监测允许快速且有保证地诊断诸如高氨血症和低氨血症，糖尿病和高血压之类的疾病，以及对幽门螺旋菌(helicobacterpylori)感染的诊断。气态氨的经皮确定还可用在血液透析治疗和定期检验中。k.nose等人发表在《分析科学》(analyticalsciences)2005年12月，vol.21第1471页及其后的文章"对从人体皮肤散发出来气体中的氨气的识别及其与血液中的氨气的相互关系(identificationofammoniaingasem肌3tedfromhumanskinanditscorrelationwiththatinblood)"中描述了一种实验性研究，通过所述实验性研究，对源自皮肤的气态氨的存在的检测以及对其量的测量是可能的。该文章强调了通过使用对病人无痛且实时的方法来经皮采集气态氨的必要，由此允许连续监测血液中气态氨的变化，以及使得测量仪器也用于家庭使用。因此，本发明的一个目的在于提供一种传感器及一种装置，用于实时地并通过非侵入、非人工操作和非破坏方式确定血液气体，尤其是微量气体，诸如氨、硫化氢和一氧化氮。通过一种传感器和一种仪器可达到所述目的，其主要特征分别在权利要求1和11中进行了描述，而其它特征在其他权利要求中进行了描述。根据本发明的传感器是一种为探测和测量如下气体而定制的测量原电池，所述气体像氨、硫化氢和一氧化氮，并以百万分之一或更小量级的数量存在于血液中。根据本发明的传感器的一个优点在于其具有秒级的响应和恢复时间，由此可有利地用于实时和连续测量。而且，根据本发明的传感器不需要为增强其对血液气体的渗透性而对患者皮肤进行任何加热。事实上，受益于测量电极的小型化，最小量气体对进行正确且精确的测量来说足够的。因此完全消除了皮肤烧灼的危险。另一个优点在于传感器是非常紧凑的，由此允许低成本地制造具有减小尺寸、便携的并且同样适合家庭使用的测量仪器。根据本发明的传感器的又一个优点在于其可以与不同类型的采样探针一起使用，适合于经皮采样和在体分析血液或唾液样本，由此允许最大弹性地使用所述具有探针插入其中的测量仪器。通过下面参照附图关于一些实施例的详细及非限制性描述，根据本发明的传感器和仪器提供的其它优点和特征对本领域技术人员来说将变得清晰，其中图1示出了根据本发明的传感器的横截面视图；图2示出了包括图1的传感器的测量仪器的示意图；图3示出了可由图2的仪器使用的采样探针的第一个实施例的横截面视图；图4示出了可由图2的仪器使用的采样探针的第二个实施例的横截面视图；图5是示出在由图2的仪器进行经皮采样过程中所测量的气态氨浓度随时间的变化趋势图；图6是示出由图2的仪器所测量的血液样本上气态氨浓度随着时间的变化趋势图，所述血液样本是在血液透析周期中定期提取的；以及图7是示出由图2的仪器所测量的在排出的透析液样本上气态氨浓度随着时间变化的趋势图，所述用完的透析液样本是在血液透析周期中定期提取的。参照图l，看出根据本发明的电流型传感器包括输送管l，所述输送管1适于气流穿过并且设置有入口2和出口3。输送管1可以由任何合适材料制成。例如输送管1可以是玻璃管，在优选实施例中其具有t形。出口3布置在管的横臂la处。根据本发明的传感器还包括参考电流元件，由包含电解液5的容器4和插入在容器4中的参考电极6组成。通过例如磨擦或螺纹连接而将容器4固定在输送管1上。传感器的测量用电流元件包括大致横向于输送管1的轴线布置的测量电极7以及具有高毛细管作用丝状元件8，所述丝状元件8为诸如锚定在容器4上的编织棉纱并具有接触测量电极7的第一端8a和接触电解液5的第二端8b。在图中所示的实施例中，丝状元件8置于与输送管1的轴线大致重合的位置。工作容液通过毛细管作用上升穿过丝状元件8而使测量电极7潮湿，即，元件8充当灯芯。因此，在测量电极7和参考电极6之间，基于两个电流元件的氧化还原电势存在电势差且得以测量。在优选实施例中，测量电极7和参考电极6是由不锈钢制成的小金属杆，但是也可使用已知的用作电极的其它材料。在根据本发明的传感器中，包含测量电极的电流元件非常小型的，因为使测量电极7潮湿的电解液的量通过丝状元件8的第一端8a和测量电极7之间非常小尺寸的接触区域而得以确定。例如，如果电极具有lmm的直径且丝状元件具有0.lmm的直径，同时丝状元件形成围绕电极的完整线圈，则使电极7潮湿的电解液的量具有1微升的量级。基于由发明者利用包含已知量气体的标准液进行的大量测试，有可能验证这种通过元件8的灯芯效应获得的非常少量的电解液适于检测0.lppm或更低量级的量的气体。相似的，通过合适选择丝状元件的直径、电极的直径和丝状元件与测量电极之间接触区域尺寸，通过适当校准，可能获得正确测量血液中存在的期望血液气体量所期望的灵敏度。本发明的该特定特征允许用最小量的采样气体对血液中存在的气体进行分析，以及使其适于测量如氨、硫化氢和一氧化氮之类的仅少量存在的气体。因此，在经皮采样的情况，没有必要加热患者皮肤以增强其渗透性以及采集更多的血液气体。而且，传感器的响应时间更快，因为它们只取决于在待分析气体和用在传感器中电解液之间的反应动力学。例如在氨的情况中，所使用的电解液5可以是例如氯化氨的稀释水溶液。另外，所使用的电解液必须被选择为能够避免受血液中存在的其它气体的干扰。在氯化氨稀释水溶液的情况中，没有来自氧气的干扰，所述氯化氨稀释水溶液与氧气不反应。为了避兔0)2与水反应，可以有利地利用如下事实，即0)2的反应动力比氨更低。所以，通过合适地设置气流穿过传感器的时间，可能完全避免c02的干扰。电解液、丝状元件的材料和几何结构和围绕测量电极的其线圈数量、以及测量时间的选择在传感器的构造中都是重要参数，其同时用于限定其灵敏度和响应速度。图2示出了用于分析血液气体的仪器，其包括根据本发明的电流型传感器9以及连接于其上并且适于检测电极之间电势差的第一装置io，所述第一装置io诸如为电位计。诸如个人电脑的第二装置11连接至第一装置10并且适于处理和存储由第一装置10探测的电势差数据。如上所述，电势差存在于测量电极7和参考电极6之间，其基于两个电元件的氧化还原电势。因此，通过使用电位计测量随时间变化的该电势差以及通过连续获取、存储和处理测量值，有可能对包含在血液气体中的氨进行实时监测。如图所示，根据本发明的仪器还包括用于采集气体的探针12。探针12的下游端连接至电流型传感器9并且上游端连接至载气源13，诸如环境空气，其适于向电流型传感器9运送血液中存在的气体。载气通过泵14而从载气源13中泵出，并且通过布置在泵14下游的一系列过滤器15而得以过滤和净化。在过滤器15和探针12之间布置流动旁路16，以允许交替地将运载气体导向探针12，从而导向电流型传感器9，或者，不越过探针12而直接朝向电流型传感器9。仪器的各种上述部件、即电流型传感器9、探针12、源13、泵14、过滤器15以及流动旁路16之间的连接都穿过不能渗透气体的管17。这些管17可由ptfe或不锈钢制成并且优选地具有大约lmm的内径，适于确保优选地1和5ml/s之间的载气的流速。图3示出了探针12的第一实施例，尤其适于气体的经皮采样。探针由钟形元件组成，该钟形元件具有含开口18的基底以允许气体的经皮回收。钟形元件还设置有适合允许载气穿过钟的入口19和出口20。尤其是，入口19连接至来自旁路16的管17a并且出口20连接至通向电流型传感器9的管17b。钟形元件的基底开口18限定不大于lcm2的区域，对于确保足够的血液气体流入钟内是有必要的。图4示出了探针12的第二实施例，其可以用于通过经皮方式采集气体或用于采集来自收集在分析单元中的血液或唾液样本的气体。探针12由诸如ptfe的多孔材料的小管组成，具有微米量级的小孔径。类似于钟形探针，将多孔ptfe的小管插在管17a和17b之间并且载气可以穿过所述小管。为了允许足量气体的回收，包括在管17a和17b的端部之间的小管部分具有优选地1和2cm之间的长度。在经皮采样的情况中，小管被弯成"u"形并且布置成跨着患者的手指，患者握紧手以保持探针12。当从包含在分析单元中的血液或唾液样本采集气体时，将管17a和17b密封地插入闭合单元的盖中，因此小管悬挂在待分析的样本上方。在仪器操作过程中，载气流在一预置测量时间tm内通过管12而被泵出，例如10s，在该过程中获取由探针12收集的血液气体并且输送至电流型传感器9，由此碰撞测量电极7。当测量氨时，一部分氨分子进入包含在接触测量电极7的丝状元件8的端部内侧的氯化氨的溶液中，由此形成nh4 和oh—离子。阴性oh—离子与已经在溶液中的铁离子结合，所以根据nernst定律改变测量元件的氧化还原电势。因此，连接至电极6和7的电位计10检测电势差，所述电势差与初始电势差不同，并且通过电流型传感器9的合适校准而与血液中存在的氨的浓度相关。接下来，通过作用于流动旁路16，使得载气在一恢复时间tk内直接流向传感器，如50s，在该过程中存储了电流型传感器的初始状态。标准参考单元21可任意布置在过滤器15和旁路16之间，所述单元包含已知浓度的待分析气体溶液，如氨的水溶液。这样，设定电流型传感器9的不同开始状态是可能的，由此根据仪器建立的运行模式来获得或多或少的快速恢复时间。通过传感器随时间的重复测量和恢复循环，对血液中存在的气体的进行连续分析是可能的，由此允许对与血液气体相关的不同病理的诊断以及对患者的监测。下面的实例示出了根据本发明的仪器和传感器的一些使用情况。实例1准备用于气体分析的仪器，包括根据本发明的电流型传感器、电位计、和适于获取、存储和处理由电位计获得的电势差的测量值的计算机。仪器还设置有用于对图4所示类型血液气体的经皮采样的探针，还设置有尤其是环境空气的载气源，载气源通过由ptfe制成的且具有1.2mm直径的管道系统而连接至泵和一系列过滤器、以及流动旁路。电流型传感器设置有包含氯化氨稀释水溶液的参考元件。所用的丝状元件为直径为0.lmm的棉纱并且缠绕为形成围绕测量电极的一个线圈，所述测量电极是由不锈钢制成的且直径为lmm。采集探针在掌骨关节处跨过健康患者的中指，从而能容易地通过紧握手而保持在合适位置。三个包含0.5g剂量氯化氨的胶囊的每一个最初都给患者。接下来，打开仪器，使载气以3ml/s的流速流动。通过作用于旁路，交替地，在10s的测量时间内通过探针泵出载气流，由此将由探针回收的血液气体输送至传感器，以及在20s的恢复时间内直接输送至传感器。仪器连续运行30分钟，探测正比于血液气体中氨浓度的电势差的测量时间和恢复时间值的每个间隔。这些值在下面表1中列出并且在图5的图表中列出。可以看出的是，从输送氯化氨大约5分钟之后，气态氨的浓度值逐渐增加到最大值，之后减小至等于初始值的值。表1tableseeoriginaldocumentpage8
实例2通过紧密地将探针插入到适于容纳血液样本的分析单元的盖，从而准备类似于实例1所述的仪器的气体分析仪器。在血液透析周期中以与实例1所述的相同方式使用仪器。在血液透析周期中，患者通常在开始治疗的大约30分钟之后吃份点心并且在点心之后大约60分钟吃午饭并喝咖啡。在4小时的时间阶段内，通过将注射器插入向血液透析机器的入口输送患者血液的管中，以规则的30分钟间隔对lg量级的血液进行取样。用缓冲液处理这些血液样本，以产生已知水平的ra值，如9.1。由传感器探测的数据在下面表2和图6的图表中列出，并且示出了包含在血液气体中氨浓度的变化如何与患者所食用的食物和随后的消化步骤相关。尤其是，由于血液透析机器运行的过滤效应，氨的含量最初是减少的，并且在消化步骤过程中食用食物之后增加。出于比较目的，在相同血液透析治疗过程中获得的排出透析液的样本上重复实例2，由此提供血液中气态氨浓度变化和排出透析液中氨浓度变化之间相关性。由传感器探测的数据在下面表3和图7的图表中列出。表3
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时间[分]ae[mv]cnh3[ppmatm]210-20.811.3240-21.011.5根据本发明的传感器和仪器的上述的和示意的实施例只是受大量变量影响的实例。尤其是，根据选择用于分析血液中存在气体的身体部分来制作其它采样探针是可能的，诸如，例如由硅橡胶制成的小型管状探针，所述小型管状探针可插入患者上颚和舌头之间口腔中。权利要求一种用于分析气体的传感器，所述传感器包括适于由气流穿过并且设置有入口(2)和出口(3)的输送管(1)；由容器(4)组成的电流型参考元件，所述容器(4)包含电解液(5)，参考电极(6)插入所述电解液中；和电流型测量元件，其特征在于，所述容器(4)固定至所述输送管(1)，并且所述电流型测量元件包括相对输送管(1)的轴线呈横向布置的测量电极(7)以及具有高毛细管作用的丝状元件(8)，所述丝状元件(8)锚定于所述容器(4)且具有接触所述测量电极(7)的第一端(8a)和接触所述电解液(5)的第二端(8b)。2.根据前面权利要求所述的传感器，其特征在于，使测量电极(7)潮湿的电解液(5)的量具有l微升的量级。3.根据前面权利要求中之一所述的传感器，其特征在于，输送管(1)是t型玻璃管，气体入口(2)布置在管的一端并且气体出口(3)布置在管的横臂(la)上。4.根据前面权利要求中之一所述的传感器，其特征在于，电解液(5)是氯化氨的稀释水溶液。5.根据前面权利要求中之一所述的传感器，其特征在于，测量电极(7)是小金属杆。6.根据前面权利要求所述的传感器，其特征在于，测量电极(7)由不锈钢制成。7.根据前面权利要求中之一所述的传感器，其特征在于，参考电极(6)是小金属杆。8.根据前面权利要求所述的传感器，其特征在于，参考电极(6)由不锈钢制成。9.根据之前面权利要求中之一所述的传感器，其特征在于，丝状元件(8)由棉制成。10.根据前面权利要求所述的传感器，其特征在于，丝状元件(8)为编织棉纱。11.一种用于分析血液气体的仪器，其特征在于，所述仪器包括根据权利要求l-10任一项所述的电流型传感器(9);第一装置(io)，所述第一装置连接于所述电流型传感器(9)且适于测量传感器(9)的测量电极(7)和参考电极(6)之间的电势差；以及第二装置(11)，所述第二装置(11)连接至所述第一装置(10)且适于获得、存储和处理由第一装置(10)所得到的电势差测量值。12.根据权利要求11所述的仪器，其特征在于，所述仪器还包括用于对血液气体采样的探针(12)，所述电流型传感器(9)连接至探针(12)的下游，载气源(13)连接至探针(12)上游，载气通过泵(14)从所述源(13)泵出，并且通过布置在所述泵(14)下游的一系列过滤器(15)得以过滤和净化，流动旁路(16)布置在所述过滤器(15)和所述探针(12)之间，并且通过气体非渗透管(17)的管道系统来连接仪器的部件(9，12，13，14，15，16)。13.根据前面权利要求所述的仪器，其特征在于，用于气体采样的所述探针(12)由钟形元件组成，该钟形元件在基底处具有开口(18)，以允许气体的经皮回收。14.根据前面权利要求所述的仪器，其特征在于，探针(12)还设置有入口(19)和出口(20)，所述入口(19)连接至来自旁路(16)的管(17a)，以及所述出口连接至通向电流型传感器(9)的管(17b)。15.根据前面权利要求所述的仪器，其特征在于，探针(12)的基体中的开口(18)限定不大于lcm2的区域。16.根据权利要求12所述的仪器，其特征在于，所述气体采样探针(12)由多孔材料制成的小管组成，所述小管具有分别插在来自旁路(16)的管(17a)和通向电流型传感器(9)的管(17b)之间的端部，并且具有适于允许气体回收的自由部。17.根据前面权利要求所述的仪器，其特征在于，所述多孔材料是ptfe，并且小孔直径为微米量级。18.根据权利要求16或17所述的仪器，其特征在于，包括在管(17a，17b)的端部之间的多孔材料小管的自由部具有1和2cm之间的长度。19.根据权利要求12-18任一项所述的仪器，其特征在于，所述载气为环境空气。20.根据权利要求12-19任一项所述的仪器，其特征在于，连接其各部件的管(17)由选自ptfe和不锈钢的材料制成。全文摘要一种用于分析血液中存在的气体的电流型传感器，其包括适于由流动气体穿过的并且设置有入口(2)和出口(3)的输送管(1)；由容器(4)组成的电流型参考元件，所述容器(4)包含电解液(5)，参考电极(6)插入所述电解液中；以及电流型测量元件。所述容器(4)固定至输送管(1)上，并且电流型测量元件包括相对输送管(1)的轴线呈横向布置的测量电极(7)和具有高毛细管作用、从而充当灯芯的丝状元件(8)。所述丝状元件(8)锚定至容器(4)且具有接触所述测量电极(7)的第一端(8a)和接触所述电解液(5)的第二端(8b)。根据本发明的电流型传感器的测量元件是极其小型化的并且允许实时和连续探测诸如百万分率或更低量级的微量气体。文档编号g01n27/403gk101755202sq200880009793公开日2010年6月23日申请日期2008年1月25日优先权日2007年1月25日发明者e·斯卡拉诺申请人:生物技术研究及财务有限公司