專利名稱：一種用來檢測分析物含量的介入最小的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來檢測病人體內(nèi)分析物含量的介入最小的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明更具體地涉及使用了一種器件的系統(tǒng)和方法，該器件包括作為活性電極的微探針和包圍該活性電極的一至少部分輔助電極，將該器件按壓在病人皮膚上能檢測體內(nèi)的分析物含量，產(chǎn)生的疼痛和對病人皮膚的破壞很小。
背景技術(shù)：
患有糖尿病的人必須定期檢查其血糖含量，保證其血糖含量保持在維持健康生活條件必須的正常限度內(nèi)。血糖含量低，被稱為低血糖癥，會導(dǎo)致意識模糊，在更極端情況下，導(dǎo)致昏迷和最終死亡。另一方面，血糖含量高，被稱為高血糖癥，會導(dǎo)致如尿頻和口渴等慢性癥狀，如果長期持續(xù)的話，會導(dǎo)致破壞血管，眼睛，腎臟和體內(nèi)其它器官。
有些患有輕度糖尿病的人可以通過節(jié)食來調(diào)節(jié)其血糖含量。但是，患有中度或重度糖尿病的人必須服用胰島素使血糖維持在可以接受的含量上。
檢測血糖含量的傳統(tǒng)方法是直接檢測從病人體內(nèi)抽取的少量血樣中的葡萄糖濃度。因此，如果病人希望測試其血糖含量，可以用小針或手術(shù)刀進行穿刺，例如在其指尖，讓一滴血流入采樣器中。但是，這種介入方法對病人而言是疼痛的。而且，必須對穿刺部位和穿刺工具進行仔細消毒，使病原體不會被帶入人的血流中。這些方法既麻煩又不衛(wèi)生，且消耗時間。
作為對傳統(tǒng)介入技術(shù)的替代，近年來開發(fā)出了小型化葡萄糖傳感針。這種器件通常包括作為活性電極的帶酶的金屬基片以及作為對電極和參比電極的相鄰金屬基片。這種酶通常是葡萄糖氧化酶，它能催化葡萄糖的氧化反應(yīng)，并在活性電極上采用電化學(xué)方法測量該反應(yīng)的副產(chǎn)物。這種電化學(xué)測量受活性電極和對電極/參比(輔助)電極之間所施加電勢的影響。在某一特定電勢時，由于電極上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，開始產(chǎn)生電流。該電流與電活性物質(zhì)的濃度有關(guān)，從而受測試介質(zhì)中的葡萄糖量控制。在傳統(tǒng)葡萄糖測試片的情況下，測試介質(zhì)是毛細血管的血；在可植入電極的情況下，該介質(zhì)是組織。
這些器件通常是較大尺寸的，換言之，其直徑大于200微米，長度通常是1厘米或更長。因此，這些器件是介入性的，因為它們能穿刺皮膚深達1厘米。另外，這些器件通常使用傳統(tǒng)的針，導(dǎo)線和多層塑料基片，需要復(fù)雜的多步驟制造過程，既消耗時間又很昂貴。葡萄糖傳感器件的已知例子如美國專利4953552，5680858和5820570，以及PCT出版物WO98/46124中所述。
使活性電極面積最大化，能增加系統(tǒng)的電流響應(yīng)。特別是在可植入系統(tǒng)的情況下，活性電極面積較小——通常只有片基電極的十分之一。而且，活性電極和對電極/參比電極通常共用同一個的基片——進一步限制了可用的活性面積。這里所述本發(fā)明的一個優(yōu)點是，對電極與活性電極基片是隔開的，可以位于皮膚表面，至少部分包圍該介入性最小的工作電極。這種結(jié)構(gòu)能最大化地利用活性電極，而且能使用一個較大的外部對電極。這兩方面都能提高系統(tǒng)的信號和性能，同時保持介入最小，使用這種結(jié)構(gòu)時不會引起疼痛。
因此，需要提出一種用來檢測病人體內(nèi)分析物含量的改進的介入最小的系統(tǒng)。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及用來檢測病人體內(nèi)一種分析物組分，例如葡萄糖的一種系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法中使用一種器件，包含可以涂覆有一種物質(zhì)，例如葡萄糖氧化酶的活性電極，和包圍至少部分該活性電極至少一部分的對電極。該對電極和活性電極的結(jié)構(gòu)能提高通過該器件的電流，因而增加該器件的靈敏度。在用該器件和方法檢測病人體內(nèi)的分析物時，活性電極上可以有一部分與一種物質(zhì)，例如葡萄糖氧化酶相接觸，將該器件按壓在病人皮膚上時，活性電極的長度能使該活性電極適合于透過病人的角質(zhì)層，優(yōu)選到達幾乎不存在神經(jīng)末梢的深度，能夠通過電化學(xué)方法檢測病人體內(nèi)的分析物，檢測是直接的或者例如是通過與部分活性電極上的物質(zhì)反應(yīng)生成一種可被電化學(xué)方法檢測的物質(zhì)完成的。如上所述，對電極包圍活性電極的至少部分，將該器件按壓在病人皮膚時，適合于接觸病人的皮膚。活性電極伸出該器件的底座部分至適合于接觸分析物的長度，對電極與接近活性電極伸出處的底座部分表面相連。進一步對活性電極施加電勢，測量病人體內(nèi)的分析物與活性電極上物質(zhì)之間的反應(yīng)。該器件可以進一步包括參比電極，其與活性電極的距離小于或等于活性電極和對電極任何部分之間的距離，或與活性電極相鄰，或與對電極形成一體，在對活性電極施加電勢時，使得參比電極提供參比電勢?？梢允褂脜⒈入姌O來補償因為皮膚電阻系數(shù)改變對器件準確性的影響。
圖簡要說明通過以下詳細說明和附圖，能更容易地理解本發(fā)明的這些和其它特征及優(yōu)點，其中

圖1說明本發(fā)明一個實施方式的一種分析物檢測器件的例子；圖2是圖1所示分析物檢測器件的遠端詳細圖；圖3是圖1所示分析物檢測器件的截面圖；圖4是圖1所示分析物檢測器件中使用或結(jié)合使用的的部件電路示意圖；圖5是如圖1中所示分析物檢測器件中一種活性電極例子的詳細視圖；圖6是如圖5所示活性電極一部分的詳細截面圖；圖7說明將圖1所示分析物檢測器件應(yīng)用于病人的方式例子；圖8是表示通過圖1所示器件的電流和活性電極所插入的環(huán)境中葡萄糖濃度之間的關(guān)系圖；圖9說明具有參比電極的如圖1所示分析物檢測器件的例子；圖10是本發(fā)明另一個實施方式的一種分析物檢測器件例子；圖11是本發(fā)明另一個實施方式用于分析物檢測器件的活性電極片的例子；和圖12說明分析物檢測器件的另一個例子的截面圖，該器件如圖1中所示，改進之處包括按本發(fā)明另一個實施方式所述的活性電極分配器。
本發(fā)明優(yōu)選實施方式圖1-6說明本發(fā)明一個實施方式的一種分析物檢測器件100。如圖1所示，器件100包括底座部分102，使用了活性電極104和輔助電極，或結(jié)合使用的參比電極106(將在下文詳述)。這里所用術(shù)語“對電極”或“參比電極”包括其組合，這是本領(lǐng)域已知的。底座部分102與外殼108相連，外殼沿器件100的長度方向延伸。底座部分102和外殼108因此作為器件100的基座，在操作中可以握住，將在下文詳述。底座部分102可以是固定的，或也可以相對活性電極104的軸可以轉(zhuǎn)動任意角度，可以采用多種方式達到這個目的，例如，用一種彈性材料制造底座部分102，或者提供接頭，當輔助電極106基本平行于并緊靠病人皮膚時，活性電極能以小于或等于大約90的角度插入。
如圖1-3所示，活性電極104可以位于沿著器件100的軸中心或基本沿著該軸中心。而且，可以是圓形或基本圓形的輔助電極106完全包圍著活性電極104?；钚噪姌O也可以是能從底座部分102自動或手動伸出來，通過手動或機械裝置將活性電極104的至少一部分以相對于其要施加的皮膚表面大于0度到約90度的任意角度插入角質(zhì)層。輔助電極106可以完全由任何適用的基質(zhì)材料或者由其組合制成，可以是導(dǎo)電的或不導(dǎo)電的，例如硅，塑料或一種金屬，或可以是一種涂覆有導(dǎo)電物質(zhì)例如金，鉑，石墨，鈀等，包括金屬箔或薄膜的不導(dǎo)電材料，或者是承載在塑料，紙上的金屬箔或膜，或者其他易彎曲的材料。輔助電極106可以圍繞器件100底座部分102的整個周邊，如圖1和2所示，或者沿著底座部分102周邊的任意適當部分延伸，從而完全或部分環(huán)繞著活性電極104。輔助電極106也可以被分隔成若干半圓形或弧形部分?；蛘撸o助電極106不必是圓形的，可以是方形，矩形，橢圓形等任意適當形狀，或者可以是電極的任意適當圖案。而且，輔助電極106的結(jié)構(gòu)中可以包含與表面至少一部分相鄰的一種導(dǎo)電凝膠物質(zhì)或任何其他適當?shù)膶?dǎo)電材料或器件。輔助電極106的適當形狀能保證其與皮膚緊密或牢固地貼合，包括使用本領(lǐng)域已知的膠粘劑。輔助電極106還可以包括研磨表面，能輕微摩擦病人皮膚表面以及角質(zhì)層，從而產(chǎn)生與病人更好的電接觸。而且，輔助電極106的形狀能使其象活性電極104一樣，最小地介入病人皮膚。
一種器件的例子示于圖3中，活性電極104可以與導(dǎo)體110相連，導(dǎo)體110沿器件100的底座部分102和外殼108的中空內(nèi)部延伸，同時輔助電極106還與導(dǎo)體112相連，導(dǎo)體112也沿器件100的底座部分102和外殼108的中空內(nèi)部延伸?；蛘?，器件100的底座部分102和外殼108可以是扁平的或是基本扁平放置的敞開結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體110或112彼此電絕緣。如圖4所示的器件，具有與一個與能產(chǎn)生電壓的裝置相連的活性電極104和對電極106，能產(chǎn)生電壓的裝置可以是，例如恒電位器114，和電流檢測器116，其目的將在下文詳述。
如圖5所示，活性電極104可以具有片狀部分118和探針部分120。在該例子中，片狀部分118可以是方形或基本方形的，寬度是1毫米或大約是1毫米，長度是1毫米或大約是1毫米。探針部分120的長度是約20微米到約5000微米。但是，探針部分120的長度優(yōu)選較小，例如是約100-2000微米，從而在插入病人皮膚時使介入最小，將在下文詳述。另外，探針120的尖端直徑較小，例如是100-250微米或更小。而且，活性電極104的形狀不必一定如圖5所示，可以是針狀的，微型手術(shù)刀狀的，微針狀的，或能透過角質(zhì)層的任何適當形狀。
而且，活性電極104是可以替換的，即，使用一次后可以用另一個新的活性電極104進行更換。換言之，活性電極104是可拆除地與導(dǎo)體相連，例如，通過承窩部件(未示出)連接，在使用后，能用手或使用一種裝置將活性電極104從器件100上拆卸下來將其舍棄?；蛘呖梢栽谄骷?00中利用一個頂出工具(未示出)將活性電極104頂出。拆卸或頂出用過的活性電極104后，可以在器件100中插入另一個活性電極104。
而且，如下面將就圖11和12所詳細討論的，器件100的結(jié)構(gòu)中可以具有一批活性電極104，可以如圖1所示選擇其中之一裝填至活性位置上，使用后舍棄。同樣，輔助電極106是可以重復(fù)使用或一次性的。另外，器件100的結(jié)構(gòu)中可以具有可伸縮機構(gòu)(未示出)，能控制用來使活性電極104從器件100的遠端伸出，這樣，將器件遠端按壓在病人皮膚上時，活性電極104就能透入病人的角質(zhì)層，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的。該伸縮機構(gòu)可以進一步控制，在活性電極104使用后將其縮回器件100遠端的開口?；蛘?，該伸縮裝置的結(jié)構(gòu)類似一種推出裝置，能在活性電極104使用后將其頂出，然后安裝新的活性電極104。
圖6是圖5所示活性電極104中探針部分120的部分截面圖。如圖所示，探針部分120是由一種基質(zhì)材料122制成的，例如一種硅基片，不銹鋼，塑料，或任何其他適用材料?；|(zhì)材料122上涂覆有一種導(dǎo)體，例如鉑，金，石墨，鈀，或任意其他適用材料124。例如，基質(zhì)材料122可以濺射涂覆以鈀，形成導(dǎo)體層124。該材料124的至少一部分上涂覆以一種物質(zhì)126，例如將含有葡萄糖氧化酶的層126應(yīng)用在一種固定基質(zhì)中的導(dǎo)電層124上。例如，葡萄糖氧化酶可以溶解在水相介質(zhì)中，然后涂在導(dǎo)電層124上，然后將其與戊二醛溶液接觸，并干燥。干燥時，葡萄糖氧化酶在基質(zhì)材料122的表面上發(fā)生交聯(lián)。或者通過旋轉(zhuǎn)涂覆一種酶和一種可UV交聯(lián)的聚乙烯乙醇改性聚合物的水相溶液來固定酶。然后如圖所示將一種干涉膜128應(yīng)用在葡萄糖氧化酶層126上。葡萄糖氧化酶的固定方法和減少生物液體中電活性物質(zhì)外部信號的干涉膜是本領(lǐng)域眾所周知的。另外，層126中可以包括介體物質(zhì)，這也是本領(lǐng)域中已知的。
還要注意，活性電極104上可以涂覆有不同種類或組合的酶，例如葡萄糖氧化酶，脫氫酶，乳酸脫氫酶等，并可以使用能進行氧化還原反應(yīng)的非酶分子識別化學(xué)物質(zhì)，也被稱為電化學(xué)響應(yīng)受體，用來檢測病人體內(nèi)不同種類的組分，這都是本領(lǐng)域已知的。還要注意，活性電極104中可以基本上不含任何物質(zhì)，也不會酶，如參考文獻中Jung，S.K.等人所著《分析化學(xué)》(AnalyticalChemistry)，713642-3649(1999)；Gorski等人所著《電分析化學(xué)雜志》(J.Electroanalytical Chem.)，425(1-2)191-199(1997)；和Zen等人所著《分析師》(Analyst)，125(12)2169-2172(2000)所述。
例如，可以用器件100測量電化學(xué)活性組分，例如電解質(zhì)，氧，一氧化一氮，乳酸，胰島素，神經(jīng)傳遞素，藥物，和病人體內(nèi)的其他分析物，還可測量其他特征，例如病人血液中的pH值，病人體溫，病人皮膚的電阻系數(shù)等。在活性電極104上發(fā)生的反應(yīng)可以成為對電活性物質(zhì)，例如氧，一氧化氮等的直接衡量，或者該反應(yīng)通過上述酶來進行例如葡萄糖氧化酶，葡萄糖脫氫酶的電化學(xué)檢測，乳酸脫氫酶。術(shù)語“分析物”包括病人體內(nèi)的電化學(xué)活性物質(zhì)以及病人體內(nèi)物質(zhì)與層126中物質(zhì)的電化學(xué)活性反應(yīng)產(chǎn)物或副產(chǎn)物。而且，器件100可以由多種材料制成，例如金屬，陶瓷，或塑料，如果有要求的話，器件100中還可以包括如圖4中所示的電子線路。另外，器件100可以與任何一種藥物傳送裝置組合成一個整體。藥物傳送裝置包括輸液，泵送，透皮，注射，氣體輔助顆粒注射，電穿孔，引入液體，顆粒，懸浮液，乳狀液，納米顆粒，膠囊，脂質(zhì)體等的皮內(nèi)和皮下注射。另外，器件100可以與任何藥物傳送裝置形成一體，提供對藥物，核酸或蛋白質(zhì)的“閉環(huán)”檢測和輸送。
現(xiàn)在說明器件100的操作。如圖7所示，用器件100檢測病人體內(nèi)某一分析物時，將活性電極104和輔助電極106與病人皮膚130表面接觸，例如病人手臂的表面接觸。用輕微壓力或機械裝置使活性電極104伸出底座部分102，活性電極104能透過病人皮膚130的角質(zhì)層，同時輔助電極106停留在病人皮膚130的表面上。要注意的是，由于活性電極104的長度很小，例如是100-2000微米，所以活性電極104僅穿刺進入病人皮膚130的很小深度，減輕或基本消除病人流血的可能，它也不會與病人皮膚130中的神經(jīng)末梢接觸，使病人感覺不適。在另一個實施方式中，許多活性電極104在底座部分102內(nèi)依次排序，還有要使用的輔助電極106，將用過的活性電極儲存起來方便舍棄。采用本領(lǐng)域已知的適用于這種操作的機械方法對這許多電極進行排序。
透過角質(zhì)層后，活性電極104或與其相鄰的物質(zhì)和組織，或血液或間隙液體中的分析物發(fā)生電化學(xué)作用，產(chǎn)生一個可檢測信號。例如，當該物質(zhì)是葡萄糖氧化酶而且該分析物是葡萄糖時，當器件100按壓在皮膚上時，活性電極100透過角質(zhì)層至足以接觸分析物的深度，發(fā)生以下電化學(xué)反應(yīng)
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，在上述反應(yīng)中，不存在介體物質(zhì)時氧被轉(zhuǎn)變?yōu)檫^氧化氫(H2O2)。可以控制恒電位器114(參見圖4)對活性電極104施加一定電勢，使活性電極104具有相對于病人皮膚的電勢，優(yōu)選相對于輔助電極106的電勢的一個有效電勢。有效電勢是指該電勢能氧化任意或全部電化學(xué)活性電解質(zhì)或物質(zhì)，例如上述葡萄糖-葡萄糖氧化酶反應(yīng)生成的過氧化氫，并產(chǎn)生可測量的電流通過器件100，特別是通過活性電極104和輔助電極106之間的病人皮膚130的電流。本領(lǐng)域中已知，有效電勢取決于所選用的金屬基片124。按照具體應(yīng)用的要求，有多種方式可以施加有效電勢，包括但并不限于漸增的，梯度的，脈沖的，程序脈沖的及它們的組合。
電流大小與病人體內(nèi)的葡萄糖濃度相關(guān)。如圖8所示，電流隨葡萄糖含量的增加而增大。電流檢測器116能檢測通過器件100的電流。電流檢測器可以與控制器(未示出)，例如與微電腦相連，根據(jù)如圖8所示的圖用電流確定病人血液中的葡萄糖含量。檢測器的結(jié)構(gòu)是本領(lǐng)域中已知的，能夠直接測量電流或電荷或其孤生的參數(shù)。
要進一步注意的是，病人皮膚130狀態(tài)的變化可能影響讀數(shù)的準確性，因為這種變化會改變電流的值。如上述例子所討論的，活性電極104必須相對于周圍介質(zhì)，例如病人皮膚在一特定的電勢。這個電勢通常在約-0.6伏到約+0.6伏范圍內(nèi)，取決于活性電極104處的分析物電化學(xué)性質(zhì)和金屬基片124的性質(zhì)。因為輔助電極106與活性電極104相隔一定距離(例如，達到約1厘米)，在將器件100按壓在病人皮膚上時，由于這些電極間病人皮膚的電阻系數(shù)會導(dǎo)致在活性電極104和輔助電極106之間產(chǎn)生一個電壓降(一種“IR”降，即歐姆電阻上的電壓降)。而且，由于這個IR降隨著狀態(tài)條件和電極104與106性質(zhì)不同而變化，所以輔助電極106可能不適合作為施加在活性電極104上電勢的參比電勢。
因此，如圖9中例子所示，器件100可以包括靠近于或與活性電極104或與其相鄰的參比電極132，這樣，參比電極132就位于活性電極104和輔助電極106之間產(chǎn)生的電場中。這個參比電極132與電源電相連。但是，參比電極可以與活性電極或輔助電極形成一體并與其電絕緣。例如，活性電極104中探針120的尖端部分(參見圖5和6)上可以具有僅一面與活性電極相鄰或在同一面上面對面排列的參比電極，只要它們是電絕緣的(與活性電極)電絕緣即可。因為參比電極132的位置接近活性電極104，因此，將器件100放置在病人皮膚130上時，在這些電極之間只存在少量病人皮膚，在活性電極104和參比電極132之間由病人皮膚130所產(chǎn)生的是可忽略的IR降。而且，因為這個IR降是可忽略的，所以皮膚狀態(tài)的變化對這個IR降的大小幾乎不產(chǎn)生影響，從而保證在測量時能對活性電極104施加正確的電勢。例如，活性電極104的探針部分120(參見圖5和6)可以僅在一面上具有葡萄糖氧化酶涂層，另一面上電絕緣的導(dǎo)電涂層能使活性電極104的這個面起到參比電極的作用。
進一步要注意的是可以對上述器件100進行其他變化。例如，器件100可以具有任何適當?shù)男螤?。如圖10所示，該器件可以是圓筒形的，例如器件100-1，可以包括多個活性電極104-1以及一個或更多參比電極132-1，被一個輔助電極106-1所包圍。通過使用多個活性電極104-1可以進行許多平行測量，從而增強測量的總信號強度而不會增加病人的疼痛?；蛘撸@些多個活性電極104-1上可以涂覆有不同種類或濃度的上述酶(或根本不含)，能同時檢測不同種類的上述組分或參數(shù)。在這種設(shè)計中，各個不同的活性電極104-1都與處理器(未示出)的相應(yīng)輸入偶合，或者以其他方式被處理器辨認，因此處理器能夠闡釋不同的測量結(jié)果。
另外，器件100及其上述變體可以與一種藥物或藥劑或給藥傳送設(shè)備結(jié)合，例如與一種胰島素傳送設(shè)備(未示出)結(jié)合，能自動給病人傳送適當量的胰島素，糾正病人的血糖含量。換言之，器件100及其變體能與另一種儀器互相通訊，由該儀器產(chǎn)生一個動作或調(diào)節(jié)儀器的動作。器件100及其變體中可以包含存儲器，用來存儲器件100獲得的讀數(shù)或由其他儀器提供的信息。而且，器件100及其變體可以象手表或手鐲一樣是可佩帶的，使其作為檢測系統(tǒng)連續(xù)或基本連續(xù)地工作。
活性電極104的探針部分120上還可以涂覆有一種吸附劑涂層，當活性電極104與病人皮膚130中的液體接觸時，能立刻獲得該液體，從而使其不必在病人皮膚上停留較長時間以讀取讀數(shù)?；钚噪姌O104的設(shè)計可以是中空腔室的形狀，與活性電極相鄰的物質(zhì)例如葡萄糖氧化酶，可以被置于該腔室中。采用這種形狀時，腔室中可以有多個開口，使病人皮膚130中的待測組分(例如葡萄糖)能自由而快速地穿透進入腔室。在這種腔室設(shè)計中，一些選擇性層可以位于開口上或作為器件100上的涂層，防止干擾物質(zhì)例如抗壞血酸鹽，尿酸鹽和醋氨酚與活性電極104接觸。
如圖11所示，多個活性電極104-2可以片105-2上分布，可以將其用于如圖12所示器件100-2的另一種構(gòu)型中。即，器件100-2的結(jié)構(gòu)中包括分配器，用來分配許多活性電極104-2。如圖所示，活性電極104-2的卷片105-2可以裝入器件100-2中，使器件100-2包含多個能按需被順序裝入的許多活性電極104-2，提供一種能儲存用過的微探針使意外傷害最小的一種無菌一次性工具。器件100-2可進一步包括與上述所討論輔助電極相似的輔助電極106-2。器件100-2可進一步包括電源107-2，在活性電極104-2和輔助電極106-2之間提供電勢。
如圖所示，活性電極104-2可以與卷片105-2相連，能將電流從電源107-2的陽極導(dǎo)向活性電極104-2?？梢該寰砥粹o(未示出)使卷片105-2圍繞滑輪109-2轉(zhuǎn)動，將另一個活性電極104-2置于活性位置111-2用以讀取讀數(shù)。器件100-2還包括存儲器113-2，用以存儲器件100以上述方式讀取的讀數(shù)，還包括用來顯示讀數(shù)的顯示器115-2，和用來控制電源107-2，存儲器113-2，顯示器115-2以及上述所討論的任何其他部件工作的控制器117-2。器件100-2還包括活性電極伸縮器，其在圖12中的數(shù)字是119-2，通過對其的控制，可使活性電極104-2伸出上到器件100-2或由其縮回。伸縮器119-2的結(jié)構(gòu)可以進一步在活性電極104-2使用后將其頂出，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的。輔助電極106-2也可以是能類似伸出和縮回的。
還要注意的是，每個活性電極104-2的結(jié)構(gòu)中，都有能作為活性電極的一部分，與該活性電極部分電絕緣的另一部分，作為參比電極，如上述所討論的參比電極132。在這種設(shè)計中，卷片105-2可以被分隔成兩個電絕緣區(qū)域，與活性電極104-2的活性部分接觸，另一個與活性電極104-2的參比電極部分接觸?；?09-2可以同樣被分隔，使分隔的電路導(dǎo)向卷片105-2被分隔的部分，然后導(dǎo)向活性電極104-2的活性和控制部分。因此，控制器115-2能識別流過活性電極104-2的活性和控制部分的電流。
另外，器件100-2可以完成上述就器件100討論的全部功能，用來檢測上述所有組分。而且，器件100-2能與另一種儀器進行通訊，由儀器產(chǎn)生動作或調(diào)節(jié)儀器的動作。而且，器件100-2象手表或手鐲一樣可以佩帶，從而作為檢測系統(tǒng)能連續(xù)或基本連續(xù)地工作。
雖然上文詳細說明了本發(fā)明的一些實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在不實質(zhì)性超過本發(fā)明的創(chuàng)新和優(yōu)點的范圍內(nèi)，對實施方式作出多個修改。因此，全部這些改進都被包括在由以下權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測病人體內(nèi)至少一種分析物的器件，包括至少一個活性電極，所述活性電極的長度使所述活性電極適合于透過角質(zhì)層至足以到達所述分析物的深度，對所述分析物進行電化學(xué)檢測；至少一個輔助電極，它至少部分包圍所述活性電極，當將該器件按壓在所述病人上時，該輔助電極適合于接觸病人皮膚。
2.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述器件進一步包括底座部分，與所述輔助電極結(jié)合成一體；所述活性電極能伸出所述底座部分至足以接觸所述分析物的長度。
3.一種如權(quán)利要求2所述器件，其特征在于所述活性電極能縮回所述底座部分中。
4.一種如權(quán)利要求3所述器件，其特征在于所述活性電極能自動伸出所述底座部分并自動縮回到所述底座部分。
5.一種如權(quán)利要求3所述器件，其特征在于所述活性電極能手動伸出所述底座部分并自動縮回到所述底座部分。
6.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述輔助電極具有研磨表面，適合于接觸所述病人皮膚。
7.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述輔助電極在接觸所述病人皮膚時，適合于透過角質(zhì)層。
8.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于進一步包括數(shù)據(jù)存儲器，適合于儲存與所述至少一種分析物或所述病人相關(guān)的信息。
9.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于進一步包含通訊裝置，適合于在所述器件和外圍裝置之間交換信息。
10.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述器件適合于由所述病人佩帶一段時間。
11.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述器件進一步適合于檢測所述病人的至少一種參數(shù)，所述活性電極的長度能使其透過角質(zhì)層至足以接觸組分的深度，對所述參數(shù)進行電化學(xué)檢測；所述至少一種分析物和所述至少一種參數(shù)包括以下至少一種電解質(zhì)，氧，一氧化一氮，乳酸酯，胰島素，神經(jīng)傳遞素，至少一種藥物，病人血液中的pH值，病人體溫，病人皮膚的電阻系數(shù)，葡萄糖氧化酶，葡萄糖脫氫酶和乳酸脫氫酶。
12.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于進一步包括許多所述活性電極。
13.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述輔助電極能基本上完全包圍所述活性電極。
14.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述輔助電極與接近于所述活性電極伸出處所述底座的至少部分表面相連。
15.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述活性電極進一步具有施加的電勢，從而能對所述分析物進行電化學(xué)檢測。
16.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述分析物是電化學(xué)活性的。
17.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述分析物選自一氧化一氮，神經(jīng)傳遞素，胰島素，氧。
18.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于所述活性電極由選自銻，釕，銠，鉑，鈀，石墨，金，及其氧化物的材料制成。
19.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于進一步包括至少一個參比電極，與所述活性電極的距離等于或小于所述活性電極和所述輔助電極任意部分之間的距離，所述參比電極適合于為施加在所述活性電極上的電勢提供參比電勢。
20.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于進一步包括許多活性電極，其位置適合于以順序方式使用。
21.一種如權(quán)利要求20所述器件，其特征在于所述許多活性電極在使用后留在其內(nèi)部。
22.一種如權(quán)利要求1所述器件，其特征在于進一步包括一種結(jié)合成一體的傳送裝置。
23.一種如權(quán)利要求22所述器件，其特征在于所述器件和所述傳送裝置能互相通訊，控制所述傳送裝置送至病人體內(nèi)的物質(zhì)的給藥。
24.一種用來檢測病人體內(nèi)至少一種分析物的器件，包括至少一個活性電極，其長度適合于使所述活性電極透過所述病人的角質(zhì)層至足以接觸所述分析物的深度；至少一種與至少部分所述活性電極相鄰的物質(zhì)，能與至少一種分析物反應(yīng)，生成至少一種電化學(xué)活性產(chǎn)物；輔助電極，它至少部分包圍所述活性電極，當將該器件按壓在所述病人身上時，該輔助電極適合于接觸所述病人的皮膚。
25.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述輔助電極基本上完全包圍所述活性電極。
26.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述器件進一步包括與所述輔助電極結(jié)合成一體的底座部分；所述活性電極能伸出所述底座部分一定長度，足以接觸所述分析物。
27.一種如權(quán)利要求26所述器件，其特征在于所述活性電極能縮回到所述底座部分中。
28.一種如權(quán)利要求27所述器件，其特征在于所述活性電極能自動伸出所述底座部分并自動縮回到所述底座部分。
29.一種如權(quán)利要求27所述器件，其特征在于所述活性電極能手動伸出所述底座部分并自動縮回到所述底座部分。
30.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述輔助電極具有研磨表面，適合于接觸所述病人皮膚。
31.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述輔助電極在接觸所述病人皮膚時，適合于透過角質(zhì)層。
32.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于進一步包括數(shù)據(jù)存儲器，適合于存儲與所述至少一種分析物或所述病人相關(guān)的信息。
33.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于進一步包含通訊裝置，適合于在所述器件和外圍裝置之間交換信息。
34.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述器件適合于由所述病人佩帶一段時間。
35.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述器件進一步適合于檢測所述病人的至少一種參數(shù)，所述活性電極的長度能使其透過角質(zhì)層至足以接觸一種組分的深度，能對所述參數(shù)進行電化學(xué)檢測；所述至少一種分析物和所述至少一種參數(shù)包括以下至少一種電解質(zhì)，氧，一氧化一氮，乳酸酯，胰島素，神經(jīng)傳遞素，至少一種藥物，病人血液中的pH值，病人體溫，病人皮膚的電阻系數(shù)，葡萄糖氧化酶，葡萄糖脫氫酶和乳酸脫氫酶。
36.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于進一步包括許多所述活性電極。
37.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述輔助電極與接近所述活性電極伸出處所述底座的至少部分表面相連。
38.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述活性電極進一步適合于施加上電勢，能使所述病人體內(nèi)的分析物和所述物質(zhì)之間發(fā)生反應(yīng)，生成至少一種電化學(xué)活性產(chǎn)物。
39.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于進一步包括至少一個參比電極，其與所述活性電極的距離等于或小于所述活性電極和所述輔助電極任何部分之間的距離，所述參比電極適合于提供施加在所述活性電極上的電勢的參比電勢。
40.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于所述物質(zhì)選自葡萄糖氧化酶，葡萄糖脫氫酶和電化學(xué)響應(yīng)受體物質(zhì)。
41.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于進一步包括許多活性電極，適合于被排列成能按順序使用。
42.一種如權(quán)利要求41所述器件，其特征在于所述許多活性電極在使用后留在其中。
43.一種如權(quán)利要求24所述器件，其特征在于進一步包括一種結(jié)合成一體的傳送裝置。
44.一種如權(quán)利要求22所述器件，其特征在于所述器件和所述傳送裝置適合于互相進行通訊，控制被傳送裝置送至所述病人體內(nèi)的物質(zhì)給藥。
45.一種用來檢測病人體內(nèi)一種電化學(xué)活性組分的方法，包括將器件按壓在所述病人的皮膚上，所述器件具有至少一個活性電極，所述活性電極的長度適合于透過所述病人的角質(zhì)層至足以接觸所述分析物的深度，所述器件具有至少一個輔助電極，它至少部分包圍所述活性電極，當將所述器件按壓在所述病人身上時，所述輔助電極適合于接觸所述病人的皮膚；對所述活性電極施加電勢；測量所述電化學(xué)活性組分和所述活性電極發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流或電荷。
46.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述測量選自積分電流，電流導(dǎo)數(shù)和電荷導(dǎo)數(shù)。
47.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于對所述活性電極施加的電勢選自漸增的，階梯性的，脈沖的，程序脈沖的及其組合。
48.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述施加電勢的步驟包括調(diào)節(jié)對所述活性電極所施加的相對于所述器件參比電極的電勢，其中所述參比電極的距離等于或小于所述活性電極和所述輔助電極任何部分之間的距離。
49.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述器件進一步包括與所述輔助電極結(jié)合成一體的底座部分；所述方法進一步包括將所述活性電極伸出所述底座部分至足以接觸所述組分的長度。
50.一種如權(quán)利要求49所述方法，其特征在于進一步包括將所述活性電極縮回所述底座部分中。
51.一種如權(quán)利要求50所述方法，其特征在于所述活性電極的伸出和縮回是自動完成的。
52.一種如權(quán)利要求50所述方法，其特征在于所述活性電極的伸出和縮回是手動完成的。
53.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述輔助電極具有研磨的表面，適合于接觸所述病人的皮膚。
54.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述輔助電極在接觸所述病人皮膚時適合于透過角質(zhì)層。
55.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于進一步包括存儲與所述組分相關(guān)的信息。
56.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于進一步包括在所述器件和一種外圍裝置之間交換信息。
57.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于進一步包括所述病人將所述器件佩帶一段時間。
58.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述器件包括許多所述活性電極；所述方法包括所述許多活性電極的安放，應(yīng)用和測量步驟。
59.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于進一步包括使所述器件和一種傳送裝置互相通訊，控制被所述傳送裝置送入所述病人體內(nèi)物質(zhì)的給藥。
60.一種如權(quán)利要求45所述方法，其特征在于所述組分包括以下一種一種電解質(zhì)，氧，一氧化一氮，乳酸酯，胰島素，神經(jīng)傳遞素，一種藥物，病人血液中的pH值，一種指示病人體溫的組分，一種指示病人皮膚電阻系數(shù)的組分，葡萄糖氧化酶，葡萄糖脫氫酶和乳酸脫氫酶。
61.一種用于檢測病人體內(nèi)一種組分的方法，包括將一種器件按壓在所述病人皮膚上，所述器件具有至少一個活性電極，所述活性電極的長度適合于透過所述病人的角質(zhì)層至足以接觸所述分析物的深度，所述活性電極具有至少一種與至少部分所述活性電極相鄰的物質(zhì)，能使所述組分與所述物質(zhì)反應(yīng)，生成至少一種電化學(xué)活性產(chǎn)物，所述器件具有至少一個輔助電極，它至少部分包圍所述活性電極，當將該器件按壓在所述病人身上時，所述輔助電極適合于接觸所述病人的皮膚；對所述活性電極施加電勢；測量基于所述病人體內(nèi)的所述電化學(xué)活性組分與所述物質(zhì)反應(yīng)的電流。
62.一種如權(quán)利要求61所述方法，其特征在于所述測量選自積分電流，電流導(dǎo)數(shù)和電荷導(dǎo)數(shù)。
63.一種如權(quán)利要求61所述方法，其特征在于對所述活性電極施加的電勢選自漸增的，階梯性的，脈沖的，程序脈沖的及其組合。
64.一種如權(quán)利要求61所述方法，其特征在于所述施加電勢的步驟包括調(diào)節(jié)對所述活性電極所施加的相對于所述電極參比電極的電勢，其中所述參比電極的距離等于或小于所述活性電極和所述輔助電極任何部分之間的距離。
65.一種如權(quán)利要求61所述方法，其特征在于所述物質(zhì)選自葡萄糖氧化酶，葡萄糖脫氫酶和電化學(xué)響應(yīng)受體物質(zhì)。
全文摘要
一種介入很小的分析物檢測器件(100)及其使用方法。該系統(tǒng)和方法中所用的器件具有可以涂覆有一種物質(zhì)(126)的活性電極(104)，和其形狀至少部分包圍該活性電極(104)的對電極(106)。輔助電極(106)和活性電極(104)的形狀能提高通過該器件(100)的電流并增加該器件的靈敏度。當該器件被按壓在病人皮膚上時，該活性電極(104)適合于透過病人的角質(zhì)層，其深度小于存在神經(jīng)末梢的真皮深度。對該活性電極(104)施加一定電勢，根據(jù)流過該器件(100)的電流或電荷的量測定分析物含量。
文檔編號A61M5/158GK1606423SQ02825582
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者J·D·德努齊奧, W·E·小斯特羅本 申請人:貝克頓迪肯森公司