Entwicklung innovativer elektrochemischer und elektromagnetischer Sensorkonzepte für intensivmedizinische Applikationen

In dieser Dissertation wurden innovative Sensorkonzepte zur kontinuierlichen Überwachung von Blutparametern für intensivmedizinische Applikationen entwickelt. Im Vordergrund stehen Applikationen, bei denen sich das Blut in einem extrakorporalen Kreislauf befindet (z. B. Nierenersatztherapie). Bei den zu überwachenden Blutparametern handelt es sich um die Blutplasmakonzentrationen von Natrium, Kalium, Calcium und Harnstoff. Diese Arbeit befasst sich mit der theoretischen Betrachtung, dem Entwurf, dem Aufbau und der Charakterisierung neuer In-line-Messkonzepte auf Basis von elektrochemischen Sensoren, wie beispielsweise ionenselektive Elektroden und ionensensitive Feldeffekttransistoren, sowie auf Basis eines elektromagnetischen Messprinzips. Das Ziel bei der kontinuierlichen Überwachung ist es, dem Arzt zu ermöglichen Abweichungen vom Sollwert schnell zu identifizieren, den Erfolg der Behandlung kontinuierlich zu evaluieren und gegebenenfalls bei Abweichungen oder zu schnellen Änderungsraten der Blutparameter durch eine individualisierte Nierenersatztherapie gezielt zu intervenieren, um so das Patientenwohl und den Outcome zu verbessern. Da die elektrochemischen Sensoren in der Regel keine inhärente Hämokompatibilität aufweisen, besteht das entwickelte Messkonzept darin, diese Sensoren in einem Sensorkompartiment zu platzieren, das vom Blut durch eine semipermeable Dialysemembran abgetrennt ist. Für die Bestimmung der Harnstoffkonzentration wurde ein enzymatischer Harnstoffsensor entworfen, der eine einfache Immobilisierung des Enzyms durch das Membraneinschlussverfahren ermöglicht. Eine besondere wissenschaftliche Herausforderung bestand in der Realisierung eines elektromagnetischen Messkonzeptes zur kontaktlosen und hämokompatiblen Erfassung der Natriumkonzentration.