專利名稱：用于獲取和分析生理性液體的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是分析物濃度測定，特別是獲取生理性液體并測定其中的一種或多種分析物的濃度。
在測定生理樣品的分析物濃度中，首先必須得到生理樣品。得到樣品通常涉及麻煩的和復(fù)雜的裝置，這些裝置并不能容易地使用，或者成本太高而無法生產(chǎn)。此外，得到樣品的過程可能是很疼的。例如，疼痛通常與用于得到生理樣品的針的大小和針?biāo)迦氲纳疃扔嘘P(guān)。根據(jù)分析物和所采用的測試類型，通常使用較大的單針等來抽取所需量的樣品。
分析物濃度測定過程通常還涉及多項(xiàng)步驟。首先，采用皮膚穿刺機(jī)構(gòu)如針或刺血針來獲取樣品，這種獲取還涉及到使用樣品采集機(jī)構(gòu)如毛細(xì)管。接著，必須將樣品傳送到檢驗(yàn)裝置如測試帶等中，然后通常將測試帶傳送到測量裝置如測量儀中。這樣，獲取樣品、采集樣品、將樣品傳送到生物傳感器中以及測量樣品中的分析物濃度的步驟通常以單獨(dú)的、連續(xù)的步驟并通過各種裝置和儀器來執(zhí)行。
由于存在著這些缺點(diǎn)，需要頻繁地進(jìn)行分析物監(jiān)測的病人普遍地不愿意對自己進(jìn)行監(jiān)測。例如對糖尿病人來說，無法按處方規(guī)定來測量他們的葡萄糖濃度會導(dǎo)致缺乏正確地控制葡萄糖濃度所必需的信息。未經(jīng)控制的葡萄糖濃度是十分危險(xiǎn)的，甚至威脅到生命。
在分析物檢測技術(shù)中已經(jīng)取得了一些進(jìn)步以克服上述檢測方案的缺點(diǎn)。一個(gè)主要的進(jìn)步是將用于獲取生理性液體的裝置與用于檢測液體中所關(guān)心的分析物如葡萄糖的存在和/或濃度的裝置集成在一起。更具體地說，這種集成裝置包括生物傳感器，其具有集成于其中的皮膚穿刺件如顯微操作針。這些代表性裝置例如公開于以下美國專利申請中No.09/923093；與本申請同日提交的代理人檔案號為No.LIFE-035、題為“生理樣品采集裝置及其使用方法”的申請；與本申請同日提交的代理人檔案號為No.LIFE-058、題為“帶有模制刺入刀片的分析物檢測件”的申請；以及與本申請同日提交的代理人檔案號為No.LIFE-073、題為“生理樣品采集裝置的制造方法”的申請。
盡管取得了上述進(jìn)步，然而人們對開發(fā)用于測定生理樣品中的分析物濃度的新型裝置和方法一直存有興趣。其中特別感興趣的是開發(fā)具有集成的液體獲取和檢測功能的分析物濃度測定系統(tǒng)及其使用方法，這種系統(tǒng)和方法是自動進(jìn)行的，以便將使用者的操作減至最少，并且方便、容易并提高了便攜性。
題述系統(tǒng)還包括外殼結(jié)構(gòu)，盒座可裝入其中。外殼結(jié)構(gòu)最好具有朝向皮膚的部分和/或表面，其可使裝入其中的裝好的盒座與使用者皮膚的一部分并置。外殼最好構(gòu)造成可在較長時(shí)期內(nèi)保持貼在皮膚上。為此，外殼可具有能佩戴在使用者的肢體區(qū)域如手腕或前臂上的“表帶”結(jié)構(gòu)，或具有可與使用者身體上的適當(dāng)部位如軀干、大腿、臀部等形成粘結(jié)接觸的結(jié)構(gòu)，例如大致平面的結(jié)構(gòu)。
各生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置具有生物傳感器，其與用于刺入、切開或穿刺皮膚的皮膚穿刺或刺入件集成在一起，在一些實(shí)施例中還可包括液體采集通道或傳送路徑，其用于將從皮膚內(nèi)采樣得到的生理性液體傳送到裝置的生物傳感器部分中。生物傳感器可具有能對采樣液體進(jìn)行測量的電化學(xué)、光度或比色的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，生物傳感器裝置可具有大體上為平面的結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)皮膚穿刺件從生物傳感器裝置中延伸出來。在一些這類實(shí)施例中，皮膚穿刺件基本上在與平面的生物傳感器裝置相同的平面內(nèi)延伸，而在其它一些實(shí)施例中，皮膚穿刺件沿著大致橫向于生物傳感器裝置的平面結(jié)構(gòu)的方向延伸。更具體地說，在一些實(shí)施例中，生物傳感器裝置構(gòu)造成測試帶，其中皮膚穿刺件從測試帶的一個(gè)元件或部件如襯底、電極或間隔層中延伸出來。某些其它的實(shí)施例提供了具有平面結(jié)構(gòu)的框架件，其具有安裝并集成在同一平表面上但卻相互間隔開以促進(jìn)該特定裝置的功能的生物傳感器墊塊或條帶以及微刺入件。在其它一些實(shí)施例中，設(shè)置了成角度的結(jié)構(gòu)，其在遠(yuǎn)端延伸到至少一個(gè)顯微操作針結(jié)構(gòu)中，并在其近端支撐了生物傳感器的腔室。
題述系統(tǒng)還包括測量儀，其容納在外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)以分析由生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置所得到的生理性液體。設(shè)有連接器或觸點(diǎn)以將生物傳感器裝置與測量儀可操作地相連，這樣，測量儀可將必要的信號提供給生物傳感器裝置以進(jìn)行化驗(yàn)測量，并包括用于測定這種測量值的裝置。
題述系統(tǒng)還包括一種裝置，其用于相對于外殼結(jié)構(gòu)中的開口來可操作地移動如推進(jìn)和反向移動題述盒座，從而可通過該開口將一個(gè)生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置暴露在使用者皮膚上的獲取部位中和隱藏起來?；蛘?，帶有開口的外殼結(jié)構(gòu)的至少一部分是可動的，以暴露和不暴露出一個(gè)生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置。這種盒座的運(yùn)動可將暴露出的生物傳感器裝置通過連接器或觸點(diǎn)而與測量儀可操作地相連。
盡管生物傳感器裝置與盒座裝置一起平移，但在一些實(shí)施例中，各生物傳感器裝置與盒座裝置可操作地相連，因而它可相對于盒座裝置運(yùn)動，從而可優(yōu)化皮膚穿刺裝置刺入皮膚的角度，因此可減輕病人的疼痛和對皮膚的損傷。這種運(yùn)動包括生物傳感器裝置圍繞著某一軸的偏轉(zhuǎn)和/或旋轉(zhuǎn)，所述軸與生物傳感器因盒座裝置的平移而移動的路徑成徑向地或垂直地延伸。生物傳感器裝置相對于盒座的運(yùn)動主要是被動地實(shí)現(xiàn)的，例如通過相對于盒座而固定在外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)的部件，其用于通過外殼上的開口并朝向使用者的獲取部位來推動或偏轉(zhuǎn)各個(gè)生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置，用皮膚穿刺件來刺入獲取部位并隨后從獲取部位中撤回或收回裝置。這種部件包括但不限于斜面結(jié)構(gòu)和夾緊機(jī)構(gòu)。
題述系統(tǒng)還可包括控制器，例如為微處理器的形式，以控制測量儀的功能以及盒座和生物傳感器裝置的運(yùn)動，并存儲與之相關(guān)的數(shù)據(jù)?？刂破魇强删幊痰模沟每筛鶕?jù)軟件算法來定制其化驗(yàn)方案和選擇時(shí)間。這種算法可用于“連續(xù)”地監(jiān)測使用者體內(nèi)的分析物濃度，即根據(jù)預(yù)定程序、例如在給定時(shí)間段內(nèi)的兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn)時(shí)自動地測量使用者體內(nèi)的分析物濃度。系統(tǒng)還可為使用者執(zhí)行“按要求的”的化驗(yàn)，這樣它可優(yōu)先于連續(xù)的監(jiān)測方案。這種分析物濃度測量由微處理器或其它存儲裝置來存儲，以便使用者或醫(yī)生即時(shí)或隨后檢索。題述系統(tǒng)還可包括用于顯示化驗(yàn)結(jié)果和其它相關(guān)信息的顯示裝置。在某些實(shí)施例中，這種系統(tǒng)包括用于與外部裝置通信以傳送和接收關(guān)于化驗(yàn)結(jié)果、化驗(yàn)方案、使用者、一次性盒座等的信息和數(shù)據(jù)的裝置。
在實(shí)施題述方法時(shí)，采用這樣的化驗(yàn)方案，其包括通過用皮膚穿刺件刺入使用者的皮膚來獲取生理性液體、將所獲取的生理性液體采集在生物傳感器內(nèi)，以及測量生理性液體內(nèi)的一種或多種目標(biāo)分析物。各化驗(yàn)方案包括沿著使集成生物傳感器裝置的皮膚穿刺件刺入皮膚的第一方向來推動或移動盒座或與之相關(guān)的開口，然后沿著使皮膚穿刺件從皮膚中抽出的第二方向來移動盒座或開口，這種運(yùn)動方式可獲取生理性液體并由生物傳感器來進(jìn)行分析物濃度的測定。盒座或開口的推動可由使用者人工地進(jìn)行或由控制器所控制的電動機(jī)來進(jìn)行。這種推動和皮膚穿刺可根據(jù)預(yù)編程的程序或使用者的意愿來自動地進(jìn)行。
題述系統(tǒng)、裝置及其使用方法可用于在生物傳感器與目標(biāo)皮膚部位之間提供可重復(fù)的液體獲取及采樣接口，以便測定采樣液體的化學(xué)特性，通常是多種不同生理性液體分析物的濃度，更普遍地是葡萄糖的濃度。題述系統(tǒng)和裝置可用于所關(guān)心的分析物的連續(xù)測量，而不會存在可植入的分析物傳感器所遇到的問題。例如，由于采用了單一用途的基本上無痛的分析物測量裝置，因此避免了對使用者的刺激和疼痛。此外，所采用的單個(gè)測量裝置在使用前無需校準(zhǔn)。另外，對于葡萄糖來說，不僅可采用題述裝置和方法來快速準(zhǔn)確地檢測到低血糖和高血糖情況的發(fā)生而不需要使用者的參與或介入，而且還可采用它們來容易地預(yù)測低血糖和高血糖情況的發(fā)生，因此提供了與血糖新陳代謝相關(guān)的病況的更佳醫(yī)治。因此，題述發(fā)明代表了對本技術(shù)領(lǐng)域的重大貢獻(xiàn)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀了下面詳細(xì)介紹的本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的細(xì)節(jié)后可以清楚本發(fā)明的這些和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1A是適于與本發(fā)明的盒座裝置和系統(tǒng)一起使用的電化學(xué)生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的一個(gè)實(shí)施例的分解視圖。圖1B是圖1A所示的裝配好的裝置的透視圖。
圖2A是適于與本發(fā)明的盒座裝置和系統(tǒng)一起使用的比色或光度生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的一個(gè)實(shí)施例的分解視圖。圖2B是圖2A所示的裝配好的裝置的透視圖。
圖3顯示了適于與本發(fā)明的盒座裝置和系統(tǒng)一起使用的電化學(xué)生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的另一實(shí)施例。
圖4顯示了適于與本發(fā)明的盒座裝置和系統(tǒng)一起使用的電化學(xué)生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的另一實(shí)施例。
圖5顯示了適于與本發(fā)明的盒座裝置和系統(tǒng)一起使用的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的另一實(shí)施例。圖5B是圖5A所示裝置的皮膚穿刺件的放大視圖。
圖6A是具有用戶友好的便攜式結(jié)構(gòu)的本發(fā)明系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的頂視圖。圖6B是圖6A所示系統(tǒng)沿線B-B的側(cè)視圖。圖6C是圖6B所示系統(tǒng)沿線C-C的底視圖。圖6D顯示了處于打開狀態(tài)的圖6A，6B和6C所示的系統(tǒng)，顯示了可操作地處于題述系統(tǒng)的外殼內(nèi)的本發(fā)明的盒座裝置。
圖7A是本發(fā)明的盒座裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意性圖示。圖7B是圖7A所示盒座裝置的局部放大視圖，其可操作地與具有本發(fā)明的生物傳感器運(yùn)動裝置的一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)外殼的底部相接合。
圖8A到8F示意性地表示了本發(fā)明系統(tǒng)的生物傳感器運(yùn)動裝置的一個(gè)實(shí)施例以及本發(fā)明盒座上的圖1，2或3所示生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的逐步運(yùn)動。
圖9A到9G示意性地表示了本發(fā)明系統(tǒng)的生物傳感器運(yùn)動裝置的另一實(shí)施例以及本發(fā)明盒座上的圖4所示的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的逐步運(yùn)動。
圖10A到10C示意性地表示了采用圖4所示生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的本發(fā)明盒座的逐步運(yùn)動。
圖11A表示了題述系統(tǒng)的“表帶”實(shí)施例。圖11B表示了與遙控裝置一起使用并可與之通信的題述系統(tǒng)的“表帶”實(shí)施例。
在提供數(shù)值的范圍時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解，在此范圍的上限值和下限值之間的各插入值以及在所給出的范圍內(nèi)的任何其它給出值或插入值都包含在本發(fā)明內(nèi)，除非上下文中另有清晰的說明，否則這些插入值是以下限值單位的十分之一的量來插入的。在給出范圍內(nèi)排除了任何指定的排除值的條件下，可獨(dú)立地包括在較小范圍內(nèi)的這些較小范圍的上限值和下限值也包含在本發(fā)明內(nèi)。在所給出的范圍包括了一個(gè)或兩個(gè)限值的情況下，將這些所包括的限值排除在外的范圍也包含在本發(fā)明內(nèi)。
除非另有說明，否則這里所用的所有技術(shù)和科學(xué)用語與本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所普遍理解的意義相同。雖然在本發(fā)明的實(shí)施或檢驗(yàn)中可采用與這里介紹的方法和材料類似或等效的任何方法和材料，但是下面將介紹的是優(yōu)選的方法和材料。
必須注意的是，在這里和所附權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式“一個(gè)”和“這個(gè)”包括了復(fù)數(shù)形式的被指對象，除非上下文中另有清晰的說明。因此，例如，“一條測試帶”包括了多條這種測試帶，“這個(gè)裝置”包括一個(gè)或多個(gè)裝置和本領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的等效物，等等。
這里所論及的出版物只是因?yàn)樗鼈兊墓_早于本發(fā)明的提交日而提供。這里的所有說明都不能被解釋為，由于存在這些現(xiàn)有發(fā)明，本發(fā)明不能先于此出版物而被授權(quán)。另外，這里提供的出版物的日期可能和實(shí)際的出版日期不同，可能需要單獨(dú)加以證實(shí)。
下面將詳細(xì)地介紹本發(fā)明。在進(jìn)一步介紹本發(fā)明時(shí)，首先介紹適于與本發(fā)明一起使用的代表性的集成生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置。接下來介紹題述系統(tǒng)和盒座裝置，隨后介紹使用題述系統(tǒng)和裝置的各種方法，并介紹用于控制生理樣品特性的檢測的方法。最后，對題述成套器具進(jìn)行了簡要的介紹，所述成套器具包括用于實(shí)施題述方法的題述盒座和/或系統(tǒng)。
在下面的介紹中，將在分析物濃度測定應(yīng)用中介紹本發(fā)明；然而這并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，題述裝置、系統(tǒng)和方法在生物物質(zhì)的其它物理和化學(xué)特性如血液凝固時(shí)間、血液膽固醇水平等的測量中也是有用的。代表性的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置本發(fā)明可采用生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置(這里也稱為生物傳感器裝置)的各種不同的實(shí)施例。適于與本發(fā)明一起使用的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置一般具有采用測試帶或墊塊形式的生物傳感器部件，例如電化學(xué)、比色或光度測試帶，并具有采用顯微操作針或微刺血針形式的皮膚穿刺件?，F(xiàn)在參考圖1A，1B，2A，2B，3，4，5A和5B，其中顯示了這種代表性的裝置。
圖1A和1B顯示了這種代表性的生物傳感器裝置2，其公開于上文中引用的代理人檔案號為No.035的未決美國專利申請中，此申請通過引用結(jié)合于本文中。生物傳感器裝置2包括電化學(xué)測試帶結(jié)構(gòu)和與之形成一體的顯微操作針6。生物傳感器由電化學(xué)電池形成，其一般具有兩個(gè)間隔開且相對的電極3和5，在這里它們分別被稱為底電極3和頂電極5。至少電極3和5上相面對的表面分別包括導(dǎo)電層8和16，例如分別沉積在惰性襯底4和18上的金屬。兩個(gè)電極之間的間距是由定位在或夾在電極3和5之間的間隔層12的存在所帶來的。間隔層12最好具有雙面粘性以將電極3和5固定在一起。間隔層12最好構(gòu)造成或切成可提供反應(yīng)區(qū)或區(qū)域9。在反應(yīng)區(qū)9內(nèi)設(shè)有氧化還原反應(yīng)劑系統(tǒng)或組合物，其具體地選擇成可在樣品化驗(yàn)期間與液體樣品中的目標(biāo)成分相互作用。氧化還原反應(yīng)劑系統(tǒng)沉積在頂電極5的導(dǎo)電層上，當(dāng)處于完全裝配好的形式(如圖1B所示)時(shí)，氧化還原反應(yīng)劑系統(tǒng)處于反應(yīng)區(qū)9內(nèi)。在這種結(jié)構(gòu)中，底電極3用作反電極/基準(zhǔn)電極，而頂電極5用作電化學(xué)電池的工作電極。然而在其它實(shí)施例中，根據(jù)施加在電池上的電壓序列，電極的角色可以顛倒過來，使得底電極3用作工作電極而頂電極5用作反電極/基準(zhǔn)電極。
顯微操作針6與底電極3形成一體且沿著與底電極3相同的平面從中延伸出來，并在遠(yuǎn)端終止于尖銳的錐形尖端24處，其有助于刺入使用者的皮膚中。顯微操作針6還提供了可形成空間的結(jié)構(gòu)，其形式為位于其頂面內(nèi)的下凹的凹腔20。這種凹腔在顯微操作針6刺入皮膚時(shí)在皮膚組織內(nèi)形成了對應(yīng)的空間。此空間用作樣品液體采集容槽或聚集區(qū)域，其中在刺入時(shí)釋放出來的液體在傳送到電化學(xué)電池中之前聚集在此空間中。作為選擇，顯微操作針6還可包括與凹腔20流體相通的開口22，以促進(jìn)生理性液體在所形成的聚集區(qū)域中的聚集速度。
生物傳感器裝置2還包括樣品液體傳送或抽取路徑或通道10，其從凹腔20延伸到生物傳感器內(nèi)。路徑近端10a的至少一部分處于裝置2的生物傳感器部分內(nèi)，具體地說是位于反應(yīng)區(qū)9內(nèi)，路徑10的遠(yuǎn)端10b的一部分處于顯微操作針6內(nèi)。路徑10的尺寸設(shè)置成可對由凹腔20形成的聚集區(qū)域內(nèi)的液體施加毛細(xì)作用力，并將生理樣品抽取或經(jīng)毛細(xì)作用吸取到反應(yīng)區(qū)9內(nèi)。子通道15從路徑10的近端部分10a側(cè)向地延伸到一部分或整個(gè)反應(yīng)區(qū)9內(nèi)。子通道15促進(jìn)了采樣液體在反應(yīng)區(qū)9內(nèi)的填充。
圖2A和2B顯示了生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置30的另一合適的實(shí)施例，其也公開于代理人檔案號為No.LIFE-035的未決美國專利申請中。裝置30具有光度/比色生物傳感器結(jié)構(gòu)以及與之形成一體的顯微操作針32。比色或光度生物傳感器通常包括至少這些下述部件支撐件或襯底34，其由惰性材料如塑料或金屬材料制成；用于接受樣品的基體(matrix)區(qū)域36；處于基體區(qū)域36內(nèi)的反應(yīng)劑組合物(未作為結(jié)構(gòu)件示出)，其通常包括分析物氧化信號產(chǎn)生系統(tǒng)中的一個(gè)或多個(gè)元件；排氣口(未示出)；以及至少覆蓋了基體36的頂層38。在另一些實(shí)施例中，頂層38可以是含有浸漬在其中的反應(yīng)劑組合物的隔膜，而基體區(qū)域36可以含有或不含有反應(yīng)劑組合物。另外，測試帶30可包括位于襯底34和隔膜38之間的雙面粘合層40，用于將襯底34和隔膜38固定住。雙面粘合層40包括切開部分42，其對應(yīng)于基體36所覆蓋的區(qū)域，并形成了用于沉積采樣的生理性液體和用于信號產(chǎn)生系統(tǒng)的各元件的區(qū)域。
顯微操作針32與襯底34形成一體并沿與襯底34相同的平面從中延伸出來，并且具有可形成空間的結(jié)構(gòu)，其形式為開口44，此開口垂直于顯微操作針32的一個(gè)尺寸如寬度或厚度而延伸。與上述顯微操作針6的凹腔20一樣，在顯微操作針32刺入到皮膚中時(shí)，開口44形成了組織內(nèi)的敞開空間。這個(gè)敞開空間用作樣品液體采集容槽，其中在刺入時(shí)釋放出來的液體在傳送到光度/比色單元中之前注入到此空間中。
生物傳感器裝置30容納有樣品液體傳送或抽取路徑46，其具有在顯微操作針32的一部分內(nèi)延伸并終止于遠(yuǎn)端開口48處的遠(yuǎn)端46b。通道46的近端46a的至少一部分處于裝置30的生物傳感器部分內(nèi)，具體地說是處于基體區(qū)域36內(nèi)。路徑46的尺寸構(gòu)造成可對由開口44所形成的聚積區(qū)域內(nèi)的液體施加毛細(xì)作用力，并將生理樣品抽到或經(jīng)毛細(xì)作用吸到基體區(qū)域36中。子通道50從路徑46的近端部分46a中側(cè)向延伸到一部分或整個(gè)基體區(qū)域36內(nèi)，子通道促進(jìn)了采樣液體在基體區(qū)域36內(nèi)的填充。
圖3顯示了適合于與本發(fā)明一起使用的另一代表性的生物傳感器裝置60，其公開于未決美國專利申請No.09/923093中，所述申請通過引用結(jié)合于本文中。裝置60具有類似于圖1A和1B中的裝置2的電化學(xué)測試帶結(jié)構(gòu)，其具有帶有相關(guān)惰性襯底64的第一電極62、帶有相關(guān)惰性襯底68的第二電極66，以及位于兩者之間的間隔層70，它們共同形成了具有合適的氧化還原反應(yīng)劑系統(tǒng)的反應(yīng)區(qū)72。與如圖1和2的裝置所述的從其電極或襯底中延伸出一個(gè)顯微操作針不同，裝置60具有多個(gè)皮膚穿刺件74，它們從間隔層70中延伸出并與之基本上處于同一平面內(nèi)。皮膚穿刺件74可由與間隔層70相同的或不同的材料來制成。各皮膚穿刺件74均具有液體通道76，其在近端延伸到間隔層70中并到達(dá)反應(yīng)區(qū)72。各液體通道76沿著各皮膚穿刺件的第一側(cè)78和第二側(cè)80的一大段長度朝向外部環(huán)境打開，并終止于皮膚穿刺件74的遠(yuǎn)側(cè)尖端82的附近。通道76的尺寸設(shè)成可施加毛細(xì)作用力，以采集和傳送由皮膚穿刺件74所獲取的生理樣品。雖然各皮膚穿刺件顯示為具有一條液體路徑76，然而在各皮膚穿刺件74中可使用多個(gè)這種路徑。
圖4顯示了具有成角度結(jié)構(gòu)的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置90的另一合適的實(shí)施例。裝置90包括兩個(gè)穿刺/液體采樣顯微操作針92，各針均包括從遠(yuǎn)端開口94延伸到近端生物傳感器98的反應(yīng)區(qū)或基體區(qū)域100中的流動路徑96。成角度結(jié)構(gòu)通常為細(xì)長的結(jié)構(gòu)，其特征為存在有位于細(xì)長結(jié)構(gòu)的中心附近的一個(gè)彎曲部分。皮膚穿刺結(jié)構(gòu)的數(shù)量以及流動路徑的數(shù)量可以變化，一般在約1到5的范圍內(nèi)，通常在約1到4的范圍內(nèi)，更普遍地在約1到3的范圍內(nèi)，其中穿刺件的數(shù)量在許多實(shí)施例中通常為1到2個(gè)。彎曲部分的角度一般在約135°到150°的范圍內(nèi)，更普遍地在約140°到145°的范圍內(nèi)。從彎曲部分到細(xì)長的成角度結(jié)構(gòu)的最尖端的長度一般在約2.3到3.2微米的范圍內(nèi)，更普遍地在約2.6到3.0微米的范圍內(nèi)。
液體流動路徑96具有毛細(xì)尺寸，其可使所獲取的生理性液體從遠(yuǎn)端開口94沿著流動路徑的長度而毛細(xì)流動到生物傳感器98中。由于流動路徑為具有毛細(xì)尺寸的路徑，因此流動路徑在沿其長度的任一點(diǎn)處的直徑通常在約80到150微米的范圍內(nèi)。流動路徑可以是管狀的或具有一些其它的結(jié)構(gòu)，例如截面形狀為正方形、矩形、橢圓形、星形等的結(jié)構(gòu)，其中流動路徑的結(jié)構(gòu)并不是關(guān)鍵性的，只要它可提供所需要的毛細(xì)流動即可。
生物傳感器98一般由包括有轉(zhuǎn)換裝置的傳感器腔室構(gòu)成，所述轉(zhuǎn)換裝置可響應(yīng)于腔室內(nèi)的生理性液體中的分析物、典型地為分析物濃度的存在而產(chǎn)生信號。位于裝置90的近端處的腔室一般具有在約100到300微升的范圍內(nèi)的容積。轉(zhuǎn)換裝置可以是能響應(yīng)于腔室內(nèi)液體中的分析物存在而產(chǎn)生信號的任何方便的轉(zhuǎn)換裝置。盡管在廣義上說轉(zhuǎn)換裝置可產(chǎn)生表示了分析物存在的信號，但在許多優(yōu)選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)換裝置是可產(chǎn)生與生理性液體中的分析物量成比例的信號的裝置。
可存在于題述傳感器中的所關(guān)心的一種類型的轉(zhuǎn)換裝置為光度轉(zhuǎn)換裝置。所關(guān)心的光度轉(zhuǎn)換裝置一般包括信號產(chǎn)生系統(tǒng)的一種或多種反應(yīng)劑，所述信號產(chǎn)生系統(tǒng)可產(chǎn)生與腔室內(nèi)的分析物量成比例的可檢測到的產(chǎn)物。隨后對可檢測到的產(chǎn)物進(jìn)行光度檢測，以進(jìn)行分析物存在的檢測，其一般為對腔室內(nèi)的液體中的分析物濃度的測量。在這種生物傳感器裝置中采用的令人感興趣的光度轉(zhuǎn)換裝置包括但不限于在美國專利No.4935346、No.5049487、No.5509394、No.5179005、No.5304468、No.5426032、No.5563042、No.5843692和No.5968760中所述的裝置，這些專利通過引用結(jié)合于本文中。
另一種可存在于題述傳感器中的所關(guān)心的轉(zhuǎn)換裝置為電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置。所關(guān)心的電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置一般包括電化學(xué)電池，其包括兩個(gè)電極和信號產(chǎn)生系統(tǒng)的一種或多種反應(yīng)劑，其中這些部件協(xié)同工作以產(chǎn)生與腔室內(nèi)的分析物量成比例的電流。所產(chǎn)生的電流可用于檢測分析物的存在，通常為測量存在于腔室內(nèi)的液體中的分析物的濃度。可用于生物傳感器裝置中的所關(guān)心的電化學(xué)轉(zhuǎn)換裝置包括但不限于在美國專利No.5834224、No.5942102和No.5972199以及美國專利申請No.09/333793、No.09/497269和No.09/497304中所述的裝置，這些公開文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于本文中。
圖5A和5B顯示了適于與本發(fā)明一起使用的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置110的另一代表性實(shí)施例，這種裝置公開于上述引用的代理人檔案號為No.058的未決美國專利申請中，此申請通過引用結(jié)合于本文中。裝置110包括平面框架112、安裝在框架112上并由其攜帶的刀片部分114和傳感器部分116。刀片部分114包括中間楔形件或抬起件118，其上安裝了大致橫向于平面框架120而延伸的刀片或刺入件120。件118用于使刀片或刺入件120相對于框架112的朝向皮膚的表面或面122抬起。抬起件118具有成角度的前表面或斜面部分124，其允許裝置110相對于使用者的皮膚進(jìn)行平滑的平移運(yùn)動。還設(shè)置了平臺區(qū)域126，刀片120就安裝于其上，平臺區(qū)域126的狹窄結(jié)構(gòu)用于減小與使用者皮膚之間的摩擦力，同時(shí)提高了下壓位于此結(jié)構(gòu)上的組織的能力。刀片120具有三角形形狀，其具有較大的基座和大致垂直的側(cè)面部分，然而，刀片120可具有其幾何形狀足夠堅(jiān)固以避免折斷的任何形狀。傳感器部分116與刀片部分114間隔開，以允許傳感器部分116與使用者皮膚的切開區(qū)域基本上平齊地接合。傳感器部分116提供了用于接收所獲取的生理性液體、即間質(zhì)液或血液的傳感器墊塊或區(qū)域128。傳感器墊塊128可具有如上所述的電化學(xué)結(jié)構(gòu)或光度結(jié)構(gòu)。
盡管已經(jīng)顯示并介紹了適于與本發(fā)明系統(tǒng)一起使用的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置的特定結(jié)構(gòu)，然而應(yīng)當(dāng)理解，任何類型的生物傳感器如電化學(xué)、光度或比色的傳感器均可與一種或多種合適的皮膚穿刺件或顯微操作針一起使用。另外，盡管已經(jīng)顯示并介紹了皮膚穿刺件和顯微操作針的特定形狀，然而可采用任何適當(dāng)形狀的皮膚穿刺件與生物傳感器裝置一起使用，只要此形狀允許能以對病人來說最小的疼痛而刺入皮膚。例如，皮膚穿刺件可具有基本上平坦的或平面的結(jié)構(gòu)，或者是基本上為圓柱形、楔形、三角形如大致扁平三角形的結(jié)構(gòu)，刀片形，或者具有任何其它適當(dāng)?shù)男螤?。皮膚穿刺件或皮膚穿刺件的至少刺入皮膚中的那部分的截面形狀可以是任何適當(dāng)?shù)男螤睿ǖ幌抻诖笾碌木匦?、長方形、正方形、橢圓形、圓形、菱形、三角形、星形等。另外，皮膚穿刺件可為錐形的，或者以其它方式在其末端形成一個(gè)點(diǎn)或頂點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)可采取在尖端為斜角的形式，或者是金字塔或三角形的形狀等。皮膚穿刺件的尺寸可根據(jù)各種因素而變化，例如待獲取的生理樣品的類型、所需的刺入深度和待檢驗(yàn)的特定病人的皮膚層厚度。一般來說，皮膚穿刺件構(gòu)造成可提供皮膚穿刺和液體抽取的功能，因此其應(yīng)設(shè)計(jì)成足夠堅(jiān)固以承受插入到皮膚中和從皮膚中抽出。
在各實(shí)施例中，生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置構(gòu)造成當(dāng)與下文將詳細(xì)介紹的本發(fā)明的盒座裝置和系統(tǒng)一起使用時(shí)，其可提供與生理性液體獲取部位和目標(biāo)皮膚層之間的可重復(fù)的接合。本發(fā)明的系統(tǒng)參考圖6A，6B，6C和6D，圖中顯示了具有緊湊、便于攜帶的結(jié)構(gòu)形狀的本發(fā)明的生理樣品采集和測量系統(tǒng)200。此結(jié)構(gòu)包括具有由鉸鏈裝置208鉸接在一起的頂部204和底部206的人體工效學(xué)設(shè)計(jì)的外殼202，鉸鏈裝置208允許在人工促動可壓下的按鍵226等時(shí)可使頂部204和底部206打開和關(guān)閉。圖6D顯示了處于打開狀態(tài)的這種外殼202，而圖6A，6B和6C顯示了處于關(guān)閉狀態(tài)的外殼202。外殼頂部204和外殼底部206一起形成了內(nèi)部容腔，本發(fā)明的盒座裝置210可操作地裝入其中并在使用后取出。如下面參考圖7A和7B更詳細(xì)地介紹的那樣，盒座210容納或提供了一個(gè)或更多、通常為多個(gè)生物傳感器/液體獲取裝置220。
當(dāng)正確地裝入外殼的內(nèi)部容腔中時(shí)，盒座裝置210的底面放置在外殼底部206的底壁212的內(nèi)側(cè)附近。底壁212最好具有外部表面結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是光滑的，并可根據(jù)需要形成為與使用者皮膚的所選擇區(qū)域平齊。在底壁212內(nèi)設(shè)有開口214，如圖6C所示，其大小和位置使得一個(gè)生物傳感器/液體獲取裝置220可通過開口214而對準(zhǔn)且暴露出來，而剩余的生物傳感器/液體獲取裝置220被隱藏并保護(hù)在底壁210中。開口214與接觸裝置(未示出)如電導(dǎo)線或類似裝置相連，用于在裝置220處于開口214中時(shí)在裝置220與容納于外殼202中的測量儀或測量裝置(未示出)之間進(jìn)行電信號的通信。這種電信號包括從測量儀到裝置220的輸入信號，其用于啟動采樣液體與裝置220內(nèi)的反應(yīng)劑之間的化學(xué)反應(yīng)，以便測定通過裝置220從使用者皮膚中獲取和采樣的液體的化學(xué)特性，例如分析物(如葡萄糖)的濃度。
這種測量裝置具有與裝置220上所采用的生物傳感器類型、例如電化學(xué)、光度或比色傳感器相容的必要結(jié)構(gòu)和部件。在基于電化學(xué)的測量系統(tǒng)中，所進(jìn)行的電化學(xué)測量可根據(jù)化驗(yàn)測量的類型和所采用的測量儀而變化，例如根據(jù)化驗(yàn)是電量測量、電流測量或電位測量而變化。一般來說，電化學(xué)測量將測量電荷(電量測量)、電流(電流測量)或電位(電位測量)，并通常在樣品被引入反應(yīng)區(qū)中一段給定時(shí)間之后進(jìn)行測量。用于進(jìn)行上述電化學(xué)測量的方法在美國專利No.4224125、No.4545382和No.5266179以及國際專利出版物WO 97/18645和WO 99/49307中有進(jìn)一步的介紹，這些公開文獻(xiàn)通過引用結(jié)合于本文中。在光度/比色化驗(yàn)中，采用光學(xué)型測量儀來進(jìn)行化驗(yàn)。這種化驗(yàn)和方法以及用于進(jìn)行這些化驗(yàn)和方法的儀器在美國專利No.4734360、No.4900666、No.4935346、No.5059394、No.5304468、No.5306623、No.5418142、No.5426032、No.5515170、No.5526120、No.5563042、No.5620863、No.5753429、No.5773452、No.5780304、No.5789255、No.5843691、No.5846486、No.5968836和No.5972294中有進(jìn)一步的介紹；這些專利通過引用結(jié)合于本文中。
系統(tǒng)200還包括用于可操作地使盒座210在外殼202中運(yùn)動的裝置，從而可使盒座210運(yùn)動以便在開口214處或相對于開口214來順序地定位各生物傳感器/液體獲取裝置220。這種盒座的運(yùn)動包括相對于開口214沿著一個(gè)方向如順時(shí)針方向推動盒座210和沿相反方向如逆時(shí)針方向使盒座210反向運(yùn)動，以便使裝置220與開口214對準(zhǔn)并使裝置220從開口214中露出或隱藏起來。這種盒座運(yùn)動裝置可以是電動機(jī)驅(qū)動的系統(tǒng)等，或通過設(shè)在外殼202外部的環(huán)或杠桿機(jī)構(gòu)來由使用者人工地驅(qū)動。在電動機(jī)驅(qū)動的系統(tǒng)中，盒座210可設(shè)有驅(qū)動輪232，使得當(dāng)盒座裝置210可操作地裝入并位于外殼202內(nèi)時(shí)，驅(qū)動輪232與驅(qū)動軸234相接合，以便沿向前或相反的方向轉(zhuǎn)動盒座210。驅(qū)動軸234由也位于容腔230內(nèi)驅(qū)動電動機(jī)來驅(qū)動。
系統(tǒng)200還包括與盒座210在開口214處相連的生物傳感器運(yùn)動裝置(未示出)，以便對位于開口214處的各裝置220上施加作用力。這種生物傳感器運(yùn)動裝置可使裝置220從所有裝置220均位于其上的盒座底面上向下運(yùn)動，并通過開口214而使裝置220與所選擇的皮膚區(qū)域可操作地接觸。這種可操作的接觸包括通過設(shè)于各裝置220上的皮膚穿刺件來穿刺、切開或刺入皮膚表面。可采用能在裝置220施加此向下作用力的任何方便的裝置，其中代表性的裝置包括將在下文中詳細(xì)介紹的彈簧裝置或類似的機(jī)械裝置，等等。
系統(tǒng)200還包括控制器，其具有用于控制測量裝置、數(shù)據(jù)處理裝置、自動的盒座運(yùn)動裝置的操作的微處理器，以及用于顯示測量數(shù)據(jù)和其它相關(guān)數(shù)據(jù)的顯示器218，例如在所有裝置220已經(jīng)被用過時(shí)通知使用者。微處理器還可與存儲裝置相連，以便短期或長期地存儲測量數(shù)據(jù)。系統(tǒng)200還可包括通信模塊，其用于例如通過無線數(shù)據(jù)通信裝置如遙測裝置并例如通過紅外(IR)傳輸或射頻(RF)傳輸來與遙控裝置或其它裝置進(jìn)行雙向通信，以便進(jìn)行化驗(yàn)方案程序和信息的通信，并用于即時(shí)或日后進(jìn)行測量數(shù)據(jù)的檢索，等等。系統(tǒng)200還在外殼202上設(shè)置了用戶控制鍵224，允許用戶輸入數(shù)據(jù)或參數(shù)或選擇顯示于顯示器的菜單上的數(shù)據(jù)或參數(shù)，或者啟動盒座的運(yùn)動及化驗(yàn)方案，其中代表性的數(shù)據(jù)信號被發(fā)送給系統(tǒng)控制器。系統(tǒng)200還可控制視覺或聽覺報(bào)警器，其可在應(yīng)進(jìn)行化驗(yàn)、需要更換盒座以及分析物測量處于安全范圍之外等的時(shí)候提醒用戶。還設(shè)置了電源和電池以便為盒座的電動機(jī)、微處理器以及所有由微處理器控制的部件提供電能。
上面剛剛介紹的系統(tǒng)部件可容納于保護(hù)性的密封容腔230中，其中必要的數(shù)據(jù)或信號線例如可從外殼頂部204中的容腔230經(jīng)過鉸鏈208到達(dá)外殼底部206?；蛘?，這種數(shù)據(jù)或信號線可設(shè)在外殼頂部204內(nèi)，使得當(dāng)外殼處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)它們可與外殼底部206內(nèi)的相應(yīng)數(shù)據(jù)或信號線相接觸。
現(xiàn)在參考圖7A，圖中顯示了適合于與至少圖1，2和3所示的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置一起使用的本發(fā)明盒座裝置300的一個(gè)實(shí)施例的圖示。盒座裝置300具有盒座主體或框架302，以及設(shè)在其上的多個(gè)集成的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置304(這里也稱為生物傳感器裝置)，裝置304最好順序地設(shè)置并相互間均勻地隔開。本發(fā)明的盒座可裝載任何適當(dāng)數(shù)量的集成生物傳感器裝置304，其中盒座的數(shù)量一般在約6到10的范圍內(nèi)。
在圖7A的環(huán)狀或盤狀結(jié)構(gòu)中，盒座主體302由同心的框架環(huán)、即外框架環(huán)302a和內(nèi)框架環(huán)302b形成。環(huán)302a和302b通過在環(huán)302a和302b之間延伸的多個(gè)扭桿306而相對地固定在一起?？蚣?04由任何剛性的材料制成，例如注射模制塑料如聚碳酸酯材料，而扭桿306最好由其性能和/或尺寸使得可繞其縱軸為可撓曲或扭彎的材料制成，例如厚度在約50到75微米的范圍內(nèi)、寬度在約0.5到1毫米的范圍內(nèi)的不銹鋼桿。各集成生物傳感器裝置304可操作地與扭桿306相連，最好在裝置304與扭桿306之間為一一對應(yīng)的關(guān)系。各扭桿306允許對應(yīng)的相連裝置至少部分地圍繞由扭桿所形成的縱軸而相對于框架304轉(zhuǎn)動。因此，此旋轉(zhuǎn)軸垂直于盒座300旋轉(zhuǎn)或運(yùn)行的路徑。盒座300的直徑一般在約3到4厘米的范圍內(nèi)，其中在盤的中心與生物傳感器裝置之間的距離通常在約7到9毫米的范圍內(nèi)。
如上所述，盒座裝置300還可包括驅(qū)動輪308，其可與容納在裝有盒座裝置300的系統(tǒng)200內(nèi)的驅(qū)動軸相連?；蛘?，驅(qū)動輪308也可被分開地容納于系統(tǒng)外殼中，并構(gòu)造成可接受盒座框架302并與之相接合。驅(qū)動輪308包括輪轂310和固定在內(nèi)框架環(huán)302b上的多個(gè)框架桿312。驅(qū)動輪308的旋轉(zhuǎn)使得盒座主體302產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)平移，并因此使裝置304圍繞輪轂310產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)平移。
圖7B顯示了可操作地位于具有開口316的題述系統(tǒng)的外殼底部314內(nèi)的盒座裝置300的切開部分。開口316的寬度足以使生物傳感器裝置304通過，其一般在約3到8毫米的范圍內(nèi)，通常在約4到6毫米的范圍內(nèi)。生物傳感器運(yùn)動裝置的部件320a和320b可操作地固定在系統(tǒng)外殼內(nèi)，并分別位于開口316的前側(cè)318a和另一側(cè)318b的附近。部件320a具有楔形的結(jié)構(gòu)，部件320b具有彈性加載的夾緊結(jié)構(gòu)。如圖8A-F中最佳地所示，生物傳感器運(yùn)動部件320a具有頂平面322和向下的傾斜前表面324，而生物傳感器運(yùn)動部件320b具有彈性加載或偏壓靠在底部夾緊件328上的頂部夾緊件326。部件320a位于外殼底部314之上和盒座裝置300之下，而部件320b定位成使得盒座裝置300和生物傳感器裝置304的旋轉(zhuǎn)平面在夾緊件326和328之間通過。
現(xiàn)在參考圖8A-F來介紹在化驗(yàn)應(yīng)用的過程中生物傳感器304a所進(jìn)行的運(yùn)動。盒座裝置300在未運(yùn)動時(shí)最好設(shè)置成使得開口316中沒有生物傳感器裝置304，從而防止了對生物傳感器裝置的污染以及對使用者的意外傷害。此外，各裝置304通過由扭桿306施加在裝置304上的張力而相對于外殼底部314保持在基本上平面的位置。沿著箭頭330的方向、即圖7B中的逆時(shí)針方向來推動或旋轉(zhuǎn)盒座裝置將使生物傳感器裝置304a沿相同方向推進(jìn)或旋轉(zhuǎn)，從而接近部件320b。當(dāng)裝置304a被推進(jìn)時(shí)，它就楔在頂部夾緊件326與底部夾緊件328之間(見圖8A)。當(dāng)夾緊件相互偏壓在一起時(shí)，生物傳感器裝置304a在處于夾緊件326與328之間時(shí)與部件320b形成摩擦接觸。當(dāng)生物傳感器裝置304a沿箭頭332的方向被足夠的推動以使其背端或近端334處于夾緊件326和328之間時(shí)，部件320b在生物傳感器裝置304a上施加輕微的向上作用力或壓力，從而使裝置304a圍繞扭桿306旋轉(zhuǎn)，并且裝置304a的前端或尖端336朝向開口316向下偏轉(zhuǎn)(見圖8B)。當(dāng)裝置304a沿箭頭338的方向進(jìn)一步向前推進(jìn)時(shí)，偏轉(zhuǎn)的前端336可與楔形件320a的傾斜前表面324相接觸(見圖8C)，從而沿著向下和向前的方向被進(jìn)一步地作用或偏轉(zhuǎn)。在此時(shí)，這種偏轉(zhuǎn)和向前的運(yùn)動足以使裝置304a的皮膚穿刺件340刺入使用者的目標(biāo)皮膚表面(未示出)中。在這種刺入過程中，生理性液體如間質(zhì)液或血液被獲取并吸入到裝置304a的生物傳感器部分中，以便由系統(tǒng)的測量部件進(jìn)行檢測。在經(jīng)過了用于獲取和采集生理性液體樣品的足夠長的時(shí)間之后，盒座裝置300沿相反的方向342如順時(shí)針方向(見圖8D)運(yùn)動，直到裝置304a與運(yùn)動部件320a和320b脫開并被扭桿306促動而回到其相對于盒座環(huán)302a和302b的初始平面位置(見圖8E)。最后，盒座300再次沿向前方向346推進(jìn)，直到用過的裝置304a完全通過圖7B的開口316為止(見圖8F)，在此時(shí)盒座300被鎖定就位，從而防止意外的運(yùn)動和對使用者可能造成的傷害。當(dāng)使用者啟動化驗(yàn)方案時(shí)，用各個(gè)裝置304來重復(fù)此過程。當(dāng)所有裝置304都被用過時(shí)，即已經(jīng)用于進(jìn)行化驗(yàn)方案時(shí)，可從系統(tǒng)外殼中取出用過的盒座并將其正確地丟棄。然后將替代的盒座裝入系統(tǒng)中。
現(xiàn)在參考圖9A-9G，圖中顯示了特別適合于與圖4所示的生物傳感器/皮膚穿刺/液體獲取裝置一起使用的生物傳感器運(yùn)動裝置400的另一實(shí)施例。生物傳感器運(yùn)動裝置400包括位于題述系統(tǒng)的外殼中的間隔開的部件402a和402b。部件402a和402b間隔開，從而跨在外殼底壁內(nèi)的開口401上，如上所述，并提供表面和邊緣以引導(dǎo)生物傳感器裝置404通過開口401，以便與使用者的目標(biāo)皮膚表面區(qū)域可操作地接觸。這種表面和邊緣與生物傳感器裝置404的表面斜度和邊緣角度相匹配。更具體地說，部件402a具有成角度的表面410，其與成角度的生物傳感器裝置404的背面412相匹配。成角度的表面410一般與部件402a的底面414形成角α，其在約40°到55°的范圍內(nèi)，更普遍地在約45°到50°的范圍內(nèi)。此外，部件402b具有與成角度的生物傳感器裝置404的底面408相接合的頂面406，并具有與成角度的生物傳感器裝置404的前表面418相匹配的成角度的背面416。成角度的背面416一般與部件402b的底面420形成角β，其在約30°到50°的范圍內(nèi)，更普遍地在約25°到35°的范圍內(nèi)。
現(xiàn)在參考圖9A-9G來介紹在進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中生物傳感器404的運(yùn)動。與圖7A和7B所述的實(shí)施例一樣，生物傳感器裝置404可通過扭桿(未示出)或通過與輪轂/輪輻(見圖10A-10C)的樞軸轉(zhuǎn)動連接而可操作地連接在盒座(未示出)上，使得生物傳感器裝置404可保持在初始偏壓位置，其中裝置404的底面408與部件402b的頂面406平齊。在圖9A中，成角度的生物傳感器404沿著根據(jù)箭頭422的第一方向移動，越過部件402b的頂面406。圖9B顯示了當(dāng)成角度的生物傳感器404沿著箭頭424的方向運(yùn)動并越過部件402a與402b之間的間隙時(shí)，它向下落入到兩個(gè)部件之間的開口中，并沿部件402a的傾斜表面410運(yùn)動。在此時(shí)，成角度的生物傳感器404的行進(jìn)方向是相反的，如圖9C所示，此方向?yàn)榧^426所示的向前方向。由于盒座所施加的向下作用力，成角度的生物傳感器404繼續(xù)沿傾斜表面410向下移動，使得成角度的生物傳感器404的底面408與通過開口401而暴露出來的目標(biāo)皮膚表面平齊。成角度的傳感器10沿箭頭428方向的繼續(xù)向前運(yùn)動(見圖9D)使得成角度的生物傳感器404的前表面418與部件402b的反向傾斜的表面416相接觸。此接觸促使生物傳感器404進(jìn)一步向下運(yùn)動并進(jìn)入到目標(biāo)皮膚表面中，使得生物傳感器404的皮膚穿刺結(jié)構(gòu)430刺入到目標(biāo)皮膚表面的所選皮膚層，例如真皮、表皮、皮下組織等，從而獲取所關(guān)心的生理性液體如間質(zhì)液或血液，其可填充生物傳感器404的毛細(xì)流動路徑。
在采樣和液體填充了生物傳感器404的毛細(xì)流動路徑之后，生物傳感器404再次沿著如圖9E所示的箭頭432的第一方向運(yùn)動。生物傳感器404沿著相反的第一方向的繼續(xù)運(yùn)動使得生物傳感器404從皮膚表面/采樣部位中取出，并使生物傳感器404向上而離開部件402a和402b之間的開口，如圖9F所示和箭頭434所示。一旦成角度的傳感器離開開口，如圖9G所示，就可對生物傳感器腔室內(nèi)的液體進(jìn)行化驗(yàn)(當(dāng)然，在需要時(shí)也可在傳感器仍處于原位時(shí)對液體進(jìn)行化驗(yàn)，這取決于所采用的優(yōu)選采樣/測量方案)。當(dāng)使用者啟動化驗(yàn)方案時(shí)，用各生物傳感器404重復(fù)這一過程。當(dāng)所有的裝置404都已被使用、即均已用于執(zhí)行化驗(yàn)方案時(shí)，可從系統(tǒng)外殼中取出用過的盒座并將其正確地丟棄。然后將替代的盒座裝入系統(tǒng)中。
下面將根據(jù)如圖10A到10C所示的代表性旋轉(zhuǎn)盒座裝置來進(jìn)一步顯示參考圖4到9所介紹的實(shí)施例的盒座運(yùn)動裝置。在圖10A中，旋轉(zhuǎn)或盤狀盒座440包括八個(gè)成角度的生物傳感器442，并位于其中具有開口446的外殼(未示出)的底面444的上方。在使用中，盒座440沿著如圖10A所示的第一順時(shí)針方向448旋轉(zhuǎn)，從而相對于根據(jù)圖9A和9B的生物傳感器運(yùn)動裝置來可操作地定位生物傳感器442。然后將盒座的旋轉(zhuǎn)方向反向，成為如圖10B所示的逆時(shí)針方向450，其使生物傳感器442a進(jìn)入底面444內(nèi)的開口446中，其中刺入到目標(biāo)皮膚表面區(qū)域內(nèi)，獲取生理性液體，并將其傳送到生物傳感器442a的腔室中。然后，盒座440的旋轉(zhuǎn)方向再次反向，成為如圖10C所示的順時(shí)針方向452，其將生物傳感器442a從皮膚中抽出，然后對所獲取的液體中的分析物進(jìn)行測量。
通過本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解的微小修改，參考上述圖5所介紹的生物傳感器結(jié)構(gòu)可與圖7和8或圖9和10的盒座實(shí)施例及其各自的盒座和生物傳感器運(yùn)動裝置類似地使用。這樣，題述系統(tǒng)的盒座及相應(yīng)結(jié)構(gòu)可以許多不同的方式來構(gòu)造，只要盒座裝置可沿用于執(zhí)行化驗(yàn)方案的向前方向和相反方向來操縱，并且生物傳感器可被系統(tǒng)的生物傳感器運(yùn)動裝置可操作地操縱，使得設(shè)在盒座上的生物傳感器可刺入皮膚表面并獲取其中的生理性液體。
此裝置和系統(tǒng)可采用多種不同的結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，裝置是單一的整體式裝置，其中測量裝置、處理裝置、顯示裝置等都設(shè)在同一結(jié)構(gòu)上。在另一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)部件可與其它部件分開。例如，測量裝置可與顯示裝置分開，其中采用遙測通信或分析數(shù)據(jù)傳輸裝置如射頻或RF裝置來提供在裝置的兩個(gè)或多個(gè)分開部件之間的數(shù)據(jù)通信。
一個(gè)代表性的題述系統(tǒng)的實(shí)施例是如圖11A所示的“表帶”實(shí)施例，其中裝置500構(gòu)造成可以與手表類似的方式佩戴在肢體部分502如前臂上。在此實(shí)施例中，裝置的所有部件可設(shè)在一個(gè)整體單元中，其中此單元通過可調(diào)節(jié)的帶504或其它保持裝置而與使用者的皮膚保持接觸。
在希望題述系統(tǒng)可與使用者的不易被看見的部分、例如通常被衣服蓋住或以其它方式而不易被看見的無用(waste)部分或其它部分相接觸時(shí)，可采用如圖11B所示的兩件式系統(tǒng)。在這種實(shí)施例中，盒座裝置和測量裝置、即生物傳感器和測量儀設(shè)在一個(gè)部件如“表帶”部件506內(nèi)，而顯示和控制裝置設(shè)在系統(tǒng)的第二部件如手持的遙控單元508內(nèi)。這兩個(gè)部件通過數(shù)據(jù)通信裝置而相互通信，其中數(shù)據(jù)通信裝置通常為無線數(shù)據(jù)通信裝置，例如RF遙測裝置。
在本發(fā)明的其它一些實(shí)施例中，題述系統(tǒng)不需要用于連接的帶或條帶，而是可通過生物相容的粘合劑而連接在適當(dāng)?shù)钠つw區(qū)域上。本發(fā)明的方法題述系統(tǒng)和裝置可用于測定生理性液體的特性、更典型地為測量生理性液體中的分析物濃度的方法。在實(shí)施題述方法時(shí)，相對于使用者的目標(biāo)皮膚表面區(qū)域而設(shè)置并定位具有集成生物傳感器和皮膚穿刺件、如上述各種實(shí)施例所述的裝置。集成生物傳感器裝置可從最初的或收回位置運(yùn)動或平移到展開的或接觸皮膚的第二位置，在此位置處刺入目標(biāo)表面中并獲取生理性液體，并將其傳送到裝置的生物傳感器部分?？墒寡b置的平移或運(yùn)動反向，以將裝置從皮膚中取出和收回。
當(dāng)與上述的題述盒座裝置一起使用時(shí)，提供了與盒座裝置可操作地接合的多個(gè)這種集成的生物傳感器裝置。盒座裝置設(shè)置并定位成與使用者的目標(biāo)皮膚表面區(qū)域共面。采用運(yùn)動裝置來使盒座沿著第一方向運(yùn)動或平移，其可使生物傳感器裝置從最初的或收回位置運(yùn)動或平移到展開的或接觸皮膚的第二位置，在此位置處刺入目標(biāo)表面中并獲取生理性液體，并將其傳送到裝置的生物傳感器部分。隨后促動運(yùn)動裝置，使盒座裝置沿著第二的或反向的方向運(yùn)動或平移，其可使生物傳感器從此展開的第二位置運(yùn)動或平移回到收回位置。生物傳感器裝置從收回位置到接觸皮膚位置這種運(yùn)動以及相反的運(yùn)動可通過使生物傳感器裝置從大致平面的位置偏轉(zhuǎn)到用于接觸并刺入皮膚的成角度的或偏轉(zhuǎn)位置來進(jìn)一步地完成。
當(dāng)與上述的題述系統(tǒng)一起使用時(shí)，盒座裝置設(shè)在或裝入到在朝向皮膚的壁中具有孔的外殼結(jié)構(gòu)中。朝向皮膚的壁的外表面最好定位成與使用者的目標(biāo)皮膚表面區(qū)域平齊。盒座裝置位于外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)，使得其與朝向皮膚的表面共面，并且多個(gè)生物傳感器裝置的平移處于直接在開口之上的路徑內(nèi)。在進(jìn)行如上所述的盒座的運(yùn)動或平移時(shí)，特定生物傳感器裝置的運(yùn)動或偏轉(zhuǎn)包括使使至少皮膚穿刺件通過此開口以接觸并刺入皮膚表面。
題述方法還包括如上所述的測量儀或測量裝置，其與生物傳感器裝置可操作地接觸，以對在獲取生理性液體后傳送到生物傳感器裝置中的采樣生理性液體的所選特性進(jìn)行測量。在用采樣生理性液體填充了生物傳感器裝置的反應(yīng)區(qū)或基體區(qū)域后，通過題述系統(tǒng)的測量儀部件來將信號施加在生物傳感器上，并且測量所關(guān)心的化學(xué)特性例如分析物濃度，通過設(shè)在系統(tǒng)外殼上的顯示器來顯示所得到的測量數(shù)據(jù)，并將此數(shù)據(jù)存儲在存儲裝置中以供即時(shí)或日后檢索。
題述方法、裝置和系統(tǒng)可用于各種不同的應(yīng)用場合中，其中需要測定生理性液體中的分析物和/或?qū)Ψ治鑫餄舛冗M(jìn)行測量。題述系統(tǒng)、裝置和方法尤其可用于在一段給定時(shí)期內(nèi)進(jìn)行分析物濃度的監(jiān)測應(yīng)用，例如未決美國專利申請No.09/865826中所述，此申請通過引用結(jié)合于本文中，其中可自動地進(jìn)行生理性液體的采樣/測量，并根據(jù)預(yù)定的程序來持續(xù)地執(zhí)行。
在這些監(jiān)測應(yīng)用中，本發(fā)明可用于(a)連續(xù)地監(jiān)測濃度與病況相關(guān)的分析物，例如血糖紊亂中的低血糖或高血糖癥，如糖尿病；(b)連續(xù)地監(jiān)測濃度與所關(guān)心的非疾病生理狀態(tài)的分析物，例如酒精中毒、非法藥物的使用；(c)連續(xù)地監(jiān)測藥物治療應(yīng)用中的治療藥劑的濃度，等等。
當(dāng)分析物是葡萄糖時(shí)，本發(fā)明可用于多種與葡萄糖相關(guān)的病況的治療和控制的不同應(yīng)用中，例如糖尿病和相關(guān)病況等。在這些實(shí)施例中，題述方法和裝置可用于提供“連續(xù)”的葡萄糖監(jiān)測，它是指可根據(jù)預(yù)定的程序來間斷地且自動地測量病人體內(nèi)的葡萄糖水平到。還可采用題述方法來檢測和預(yù)測低血糖和高血糖病況的發(fā)生。在這些應(yīng)用中，通過比較儲存在系統(tǒng)存儲裝置中的測量結(jié)果的圖形與對照圖形或基準(zhǔn)圖形，可以采用連續(xù)監(jiān)測的分析物濃度測量的圖形來確定病人是否患有高血糖或低血糖癥。此外，操作者可觀察測量圖形并將其與合適的對照或基準(zhǔn)圖形進(jìn)行比較，以預(yù)測低血糖和高血糖病況的發(fā)生。題述方法可以是設(shè)計(jì)成防止低血糖和高血糖病況發(fā)生的更全面的治療方案的一部分，這是例如通過用題述方法和裝置來預(yù)測這類病況的發(fā)生并以可防止發(fā)生所預(yù)測病況的方式來干擾血糖的新陳代謝來實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明可用于希望進(jìn)行分析物監(jiān)測的各種不同類型的使用體。所關(guān)心的使用體包括但不限于哺乳動物。所關(guān)心的哺乳動物包括重要的牲畜如馬、牛、羊等，寵物如狗、貓等，以及人類。在許多實(shí)施例中，在其上實(shí)施題述方法的哺乳動物是人類。成套器具本發(fā)明還提供了用于實(shí)施題述方法的成套器具。在一個(gè)實(shí)施例中，成套器具包括用于實(shí)施題述發(fā)明的系統(tǒng)。系統(tǒng)可以是一個(gè)集成裝置，或者由兩個(gè)或多個(gè)分開的部件例如遙控和顯示部件以及測量部件組成。成套器具可包括如上所述地可與題述系統(tǒng)一起使用的一個(gè)一次性的盒座裝置，或者兩個(gè)或更多個(gè)一次性的盒座裝置。最后，成套器具通常包括用于使用題述系統(tǒng)和用于將盒座裝入題述系統(tǒng)中并從中取出的使用說明。這些使用說明可設(shè)在一個(gè)或多個(gè)包裝、標(biāo)簽插入物、成套器具中的容器等上面。
雖然出于理解清晰的目的而通過附圖和示例對上述發(fā)明進(jìn)行了一定程度的詳細(xì)介紹，然而對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言很明顯，根據(jù)本發(fā)明的講授，在不脫離所附權(quán)利要求的精神或范圍的前提下，可以對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行一定的變動和修改。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括多個(gè)裝置，其中各所述裝置包括(i)至少一個(gè)皮膚穿刺件，其構(gòu)造成可獲取皮膚表面下的生理性液體；(ii)用于測量所獲取的生理性液體的特性的生物傳感器，其中所述皮膚穿刺件與所述生物傳感器形成一體；(iii)生理性液體傳送路徑，其從所述至少一個(gè)皮膚穿刺件延伸到所述生物傳感器；和用于使各所述多個(gè)裝置運(yùn)動的裝置，所述運(yùn)動的方式可使所述至少一個(gè)皮膚穿刺件成角度地刺入到皮膚表面中，然后從所述皮膚表面中取出所述至少一個(gè)皮膚穿刺件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，各所述裝置包括平面的結(jié)構(gòu)，其中所述至少一個(gè)皮膚穿刺件從中延伸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)皮膚穿刺件基本上在與所述平面結(jié)構(gòu)相同的平面內(nèi)延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述平面裝置形成了具有測試帶結(jié)構(gòu)的生物傳感器，并且所述至少一個(gè)皮膚穿刺件從所述測試帶中延伸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個(gè)皮膚穿刺件沿著基本上橫向于所述平面裝置的方向延伸。
6.一種系統(tǒng)，包括外殼結(jié)構(gòu)，其具有朝向皮膚的部分和位于所述朝向皮膚的部分內(nèi)的開口；容納于所述外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)并包括多個(gè)裝置的盒座，各所述裝置包括用于測量生理性液體的特性的傳感器裝置、皮膚穿刺件，以及從所述皮膚穿刺件與所述傳感器裝置中延伸出的生理性液體傳送路徑；用于使所述盒座在所述外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)運(yùn)動從而使各所述多個(gè)裝置相對于所述開口定位的裝置；和位于所述外殼結(jié)構(gòu)內(nèi)的測量儀，其用于將信號施加到所述傳感器裝置上，以便測量生理性液體的特性并從所述傳感器裝置中接收信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用于使所述盒座運(yùn)動的裝置使各所述裝置相對于所述開口向前運(yùn)動，并隨后沿相反的方向運(yùn)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包括用于控制所述盒座的運(yùn)動及所述運(yùn)動的時(shí)間的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼結(jié)構(gòu)構(gòu)造成可佩戴在肢體部位上。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述外殼結(jié)構(gòu)構(gòu)造成可圍繞著腰部而佩戴。
全文摘要
提供了用于測定生理性液體中的分析物濃度的系統(tǒng)、裝置和方法。題述系統(tǒng)具有多個(gè)設(shè)置在一次性盒座上的生物傳感器裝置。各生物傳感器裝置包括生物傳感器和皮膚穿刺裝置。在實(shí)施題述方法時(shí)，裝置的運(yùn)動裝置用于使各生物傳感器裝置沿第一方向運(yùn)動，使得皮膚穿刺裝置刺入到皮膚層中，然后使生物傳感器沿第二方向運(yùn)動，使得皮膚刺入裝置從皮膚層取出，這種運(yùn)動方式可獲取生理性液體并由分析物傳感器裝置進(jìn)行分析物的濃度測定。題述系統(tǒng)、裝置及其使用方法可用于測定多種不同的生理性液體的分析物濃度，并尤其適合用于檢測生理性液體中的葡萄糖濃度。
文檔編號A61B5/15GK1456887SQ03130919
公開日2003年11月19日 申請日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
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