專利名稱：非侵入性生物醫(yī)學檢測和監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本公開文件涉及非侵入性的且連續(xù)的生物醫(yī)學檢測和/或非侵入性連續(xù)監(jiān)測方法及設備，其通過不可逆地電穿孔受試者的皮膚以便非侵入性地且連續(xù)地提取通過皮膚的間質(zhì)液。
背景技術：
在診斷準確軀體癥狀和建立適當治療中，早期的疾病檢測和疾病監(jiān)測是關鍵的因素。血漿常常被用作診斷、測量和證實疾病狀態(tài)的材料。因此，它是尋找新穎生物標記的重要體液，生物標記不僅用作診斷工具，而且用以闡明表示被改變的自我平衡情況的疾病和機理中涉及的新的分子途徑。目前，僅僅通過侵入性技術來收集血漿。然而，血漿是用于可由侵入性源獲得的全身性生物標記的最重要的可用資源，其他的生物基質(zhì)已經(jīng)被探究以篩選期望在更局部的水平下操作的生物標記。此類可替代的生物基質(zhì)的一些實例為腫瘤組織、腦脊髓液和抽吸水皰液。抽吸水皰液的侵入性提取主要來源于間質(zhì)液，這是期望發(fā)現(xiàn)許多重要生物標記的場所。間質(zhì)液(或組織液)是浸泡和環(huán)繞多細胞動物細胞的溶液。它是細胞外液的主要成分，細胞外液還包括血漿和跨細胞液。與用以分析局部介質(zhì)的真正侵入性皮膚活組織檢查相似，可經(jīng)由允許較少侵入性提取的工具來獲得抽吸水皰液。侵入性抽吸水皰液可用作檢測小分子的體液，諸如葡萄糖和乳酸鹽、藥、炎癥的研究介質(zhì)等等。因為抽吸水皰液包夾在水泡內(nèi)部，不可以將其連同一傳感器或復數(shù)個傳感器一起使用以連續(xù)檢測和/或連續(xù)監(jiān)測靶分子，因為它不可以與任何集成傳感器直接接觸。另一方面，皮膚覆蓋著人體的全部外表面。歸因于其尺寸和易接近性，皮膚對于多種應用是一有吸引力的目標。最值得注意的是，就方便性、非侵入性和藥物降解的降低而言，透皮給藥途徑與其他的給藥方法相比具有潛在的優(yōu)勢。透皮給藥的主要障礙是皮膚的最外層，角質(zhì)層。角質(zhì)層由幾個扁平的、死亡的、角質(zhì)化細胞的稠密填充層組成，角質(zhì)化細胞主要由神經(jīng)酰胺、膽固醇和游離脂肪酸構成的脂雙分子層所圍繞。角質(zhì)層的總厚度從ΙΟμπι到 40 μ m不等，平均厚度為20 μ m。這種強烈的疏水性環(huán)境抑制親水性顆粒/液體通過，阻滯內(nèi)部水分蒸發(fā)和外部分子的穿透。因此，皮膚的保護功能提供了強大的障礙，且限制了可透皮給藥的藥物的數(shù)量。目前，檢驗一個人自身的葡萄糖濃度是非常普遍的，且包括從指尖取一滴血，經(jīng)由葡萄糖傳感器來分析該滴血。這種方法是不連續(xù)的，因此1型和2型的糖尿病患者可能經(jīng)常一天多次地經(jīng)歷低血糖或高血糖或兩者都有的狀態(tài)。此外，甚至在短期期間但是經(jīng)常重復的低血糖或高血糖狀態(tài)，對糖尿病患者的健康狀態(tài)具有災難性的影響。從長遠來看，即使可由上述方法來控制葡萄糖的濃度，這些重復的狀態(tài)可導致腎和/或肝功能退化，且可能導致諸如心血管并發(fā)癥的其他惡化。因此，非常需要可以連續(xù)地監(jiān)測體內(nèi)葡萄糖濃度，以便將該濃度維持在其正常閾值內(nèi)的新設備。目前，關于這一點在市場上有一些突破。事實上，所有可用的技術都是侵入性的， 因為要將傳感器放置在皮膚下，且這些技術并不是非常精確的，因為其需要常規(guī)校準且不能持續(xù)超過一周。這是由雅培(Abbott)商業(yè)化的Navigator 的例子。市場上存在的 Navigator @產(chǎn)品并不是僅有的侵入性設備，但是所有的已知產(chǎn)品缺乏精確性，需要校準且不能長期持續(xù)。根據(jù)非侵入性技術的定義，首要的必要條件之一為傳感器應放置在體外。幾個專利已推薦可通過測量間質(zhì)液中的葡萄糖水平來監(jiān)測血液中的葡萄糖水平。 為了獲得間質(zhì)液樣本，必須克服角質(zhì)層的障礙作用。美國專利4，775，361公開了一種方法， 其使用足以去除角質(zhì)層而不會顯著損害下面的表皮的波長、脈沖長度、脈沖能量、脈沖數(shù)和脈沖重復頻率的脈沖激光來去除受試者皮膚區(qū)域的角質(zhì)層。這種方法將導致傳感器與間質(zhì)液接觸。然而，由于間質(zhì)液以負壓出現(xiàn)在體內(nèi)或是其運動受到限制的事實，其精確性是不可靠的，因此，這種方法應該與那些基于對手指穿孔以獲得一滴血的方法差不多。美國專利5，423，803公開了一種除去人皮膚中表面的表皮皮膚細胞(即角質(zhì)層) 的方法。將在至少一個光波長處具有較高吸收的一污染物局部地應用于皮膚表面。一些污染物被迫滲入表面的表皮細胞之間的間隔。用上述波長的短激光脈沖照射已處理的皮膚部分，這些脈沖中的至少一個具有足夠的能量以致使一些顆粒爆破，扯掉表面的表皮細胞。這些污染物包括1微米的石墨顆粒，且使用的激光為Nd:YAG激光。另外，這種方法將導致傳感器與間質(zhì)液接觸。然而，由于間質(zhì)液以負壓出現(xiàn)在體內(nèi)或是其運動受到限制的事實，其精確性是不可靠的，因此，這種方法應該與那些基于對手指穿孔以獲得一滴血的方法差不多。WO 94/09713公開了一種對皮膚穿孔的方法，包括以下步驟(a)用足夠的能量密度將一橢圓形狀的激光束聚焦在皮膚的表面處，以產(chǎn)生至少與角質(zhì)層一樣深且至多與毛細管層一樣深的孔；以及(b)產(chǎn)生至少一個孔，各個孔具有在0. 05mm至0. 5mm之間的寬度以及等于或小于2. 5mm的長度。另外，這種方法將導致傳感器與間質(zhì)液接觸。然而，由于間質(zhì)液以負壓出現(xiàn)在體內(nèi)或是其運動受到限制的事實，其精確性是不可靠的，因此，這種方法應該比得上那些基于對手指穿孔以獲得一滴血的方法。與這種方法相關的另一個問題是所獲得的孔的深度是不可控制的，因此導致傳感器與間質(zhì)液和全血接觸。已經(jīng)生產(chǎn)了用于測量葡萄糖水平的最低限度侵入性方法和裝置。例如，美國專利 5，730，714描述了一種使用離子電滲療法的方法和設備，在該案例中，離子電滲療法在進行測量時采用恒低壓和恒電流，對于受試者而言其可能是不舒服的或至少是不方便的。歐洲專利0889703描述了一種利用輻射檢測分析物的方法和設備。所描述的兩種方法都并不精確，因為它們在接近應進行分析的電極處的間質(zhì)液中產(chǎn)生了離子運動。即使該電極測定了濃度，其并不代表與整體間質(zhì)液中的相同。不同的方法與透皮給藥相聯(lián)合。這些方法包括離子電滲療法和電穿孔法。因而， 暫時地突破皮膚的障礙作用的一種可能是使用電穿孔，從而產(chǎn)生橫跨角質(zhì)層的脂基結構的水通道。因此，必須在皮膚的相同部分上重復電穿孔，因為水通道是可逆的且孔會在極短的時間消失。此外，就直徑而言，孔是非常小的，故獲得具有其所有成分的間質(zhì)液是幾乎不可能的，且若不缺乏，則甚至在強抽吸的幫助下所獲得的數(shù)量仍是非常小的。離子電滲療法使用簡單的動電電流，依靠藥物穿過經(jīng)受電場影響的皮膚的主動運輸，且人們知道，離子電滲療法通常比注射傳送少100倍的藥物量，但是比口服提供更高的局部濃度。在離子電滲療法中，組分滲透的潛在途徑受到限制，使得大多數(shù)藥物經(jīng)由附屬(appendageal)孔透過皮膚，諸如毛囊和汗腺。這些途徑僅僅占皮膚表面的大約0. 1 %， 使得當大面積組織需要處理時經(jīng)由離子電滲療法的藥物傳遞效率低下。此外，經(jīng)由附屬物 (appendage)的穿透是緩慢的。此外，經(jīng)由離子電滲療法的經(jīng)皮給藥的原理也依靠物類從較濃側到較不濃側或在皮膚上的擴散。就間質(zhì)液提取來說，由于相比于以正壓存在的血液，間質(zhì)液以負壓存在于體內(nèi)，因而不存在主要限制間質(zhì)液流動的擴散，除非使用強烈的抽吸，而且孔比較大且為永久性的。相反，經(jīng)由電穿孔可用的經(jīng)皮途徑的數(shù)目大于離子電滲療法的超過500倍。為了改善藥物吸收和使角質(zhì)層的保護品質(zhì)失效，離子電滲療法設備廠商有時推薦經(jīng)由微晶換膚術來除去表皮。雖然這似乎增強了滲透性，但電穿孔并不需要這個步驟。電穿孔，亦稱為電通透，是用以描述由于應用某些短而強烈的電場橫跨細胞膜、細胞或組織導致的細胞膜的透化作用的術語。電穿孔使用高壓電微擾，且引起脂質(zhì)層重定向，以形成親水性的孔或微管道。高壓脈動已顯示增強了尺寸從諸如Na+和CI的小離子，例如到諸如鈣黃綠素、磺酰羅丹明、美托洛爾的中型分子，到諸如肝素、寡聚核苷酸的大分子，或到微米量級的乳膠微球不等的化合物到達或橫跨皮膚的運輸。另外，經(jīng)由電穿孔的經(jīng)皮給藥的原理也依靠物類從更濃側到較不濃側的擴散。就間質(zhì)液提取來說，不存在主要限制間質(zhì)液流動的擴散，除非使用強烈的抽吸，而且孔比較大且為永久性的。DermaWave 無針美塑系統(tǒng)(No-Needle Mesotherapy System )使用短的、強烈的電脈沖，其改變皮膚上層的電勢且在膜中形成水孔。這些孔或微管道，很多，其僅在一個條件下提供將化合物均勻地傳遞至組織的機會，即，化合物從更濃區(qū)域(皮膚之上)擴散到較不濃區(qū)域(皮膚下面)，而不需要改變、變化或除去角質(zhì)層。電穿孔以類多米諾骨牌方式進行，橫跨組織或皮膚的上層，最強烈的影響直接在藥物應用附件之下。一些設備廠商利用分離的附件傳送電脈沖和局部給藥。這種技術有一些問題，因為有效的電穿孔需要以一致的方式將電能傳遞至組織，同時傳遞藥物。當脈沖關閉且擴張時間可能經(jīng)由增加脈沖波形的持續(xù)時間而增加時，微管道在幾毫秒之后回到處理前尺寸。然而，為了達成最大的運輸潛力，處理策略需要涂藥器與待處理的組織區(qū)域相對連續(xù)地接觸。WO 00/78207中公開皮膚的反向/可逆的電穿孔可用以接近間質(zhì)液樣本。當使用高壓電脈沖進行時，電穿孔因而是一種使角質(zhì)層可逆分裂的非常通用的方法。脈沖場強足以產(chǎn)生超過0.5伏特的跨膜電位的短脈沖(微秒至毫秒)引起膜電介質(zhì)的電容性故障，導致瞬時滲透率增加，直到膜在該脈沖之后某時恢復。電學上，皮膚可以被模擬為與存在于角質(zhì)層中的大多數(shù)電阻相并聯(lián)的電阻器和電容器。因而，若皮膚暴露于電脈沖，則大部分脈沖電壓將碰到角質(zhì)層，使得其成為電穿孔的位點。在皮膚上施加脈沖電壓的理論模型提示當且僅當在已處理的皮膚之上施加負壓，電穿孔產(chǎn)生于脂質(zhì)層和角質(zhì)細胞膜中，以使得離子、 親脂液體或大體上具有其大多數(shù)組分的間質(zhì)液可以直接地流過角質(zhì)層中的開孔。因此，由于間質(zhì)液在體內(nèi)具有負壓的事實，在沒有強抽吸的幫助下，不可能將間質(zhì)液驅出體外。取決于施加脈沖的振幅，這些電穿孔可能太小且太罕見而檢測不到，取決于電穿孔的過程，其直徑僅為幾納米且僅持續(xù)幾毫秒至幾分鐘。如WO 00/78207中所描述的，由反向電穿孔所獲得的皮膚上的開孔持續(xù)幾秒至幾分鐘，且這些開孔具有約為數(shù)納米的較小直徑。此外，為了分析間質(zhì)液中的一個分析物或復數(shù)個分析物，反向或可逆的電穿孔單獨并不能導致間質(zhì)液的提取。因此，增強作用或增強作用的結合用以進一步幫助間質(zhì)液的提取。WO 00/78207中的該技術中描述了此種增強作用，其中電極浸入不同的溶液中，以便增強不同的分析物從間質(zhì)液到環(huán)繞電極的溶液中的擴散。很明顯，比起其所解決的困難，該技術只是對分析一個分析物或復數(shù)個分析物增加了更多的困難。使用可逆電穿孔的另一個實例是WO 01/62144中所描述的方法，其中通過使用反向或可逆電穿孔連同使用抽吸進行間質(zhì)液的提取。如WO 01/62144中所清楚地描述的， 這些開孔并不持續(xù)數(shù)天，而最多幾分鐘。在WO 01/62144中，脂質(zhì)體因而用以增強皮膚的透化作用。此外，甚至借助于脂質(zhì)體以增加開孔的持續(xù)時間，這些開孔具有約數(shù)納米的較小的直徑，且所提取的間質(zhì)液中的分析物的濃度并不能反映體內(nèi)間質(zhì)液中的濃度，正如WO 01/62144中所清楚地描述的。因而，期望具備一種可以連續(xù)地監(jiān)測體內(nèi)葡萄糖濃度的設備，以一種可以持續(xù)達校準之間的長時間段的非侵入性方式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本公開，現(xiàn)提供一種用于非侵入性且連續(xù)地從受試者提取間質(zhì)液的方法，包括以下步驟不可逆地電穿孔皮膚；在經(jīng)不可逆地電穿孔的皮膚區(qū)域或附近處施加一負壓以提取間質(zhì)液；從皮膚收集已提取的間質(zhì)液。根據(jù)本公開，現(xiàn)還提供一種用于非侵入性且連續(xù)地從受試者的皮膚提取間質(zhì)液的設備，包括用于通過在至少一個第一移動或固定電極與一第二固定電極之間產(chǎn)生一非脈沖電壓和一脈沖電壓來不可逆地電穿孔皮膚的工具；在皮膚上面提供一負壓的一真空泵； 用于收集從皮膚提取的間質(zhì)液的一收集室。在一具體實施例中，該方法還包括分析從皮膚提取的間質(zhì)液中的一分析物或復數(shù)個分析物的濃度的步驟。在另一具體實施例中，在至少一第一移動或固定電極與一第二固定電極之間產(chǎn)生一非脈沖電壓和一脈沖電壓，用于不可逆地電穿孔皮膚。在一進一步的具體實施例中，分析物為葡萄糖。在一進一步的具體實施例中，負壓為大約-0. 3psi至大約-14. 7psi。在一具體實施例中，該方法還包括傳送提取自皮膚的間質(zhì)液中的分析物濃度的分析報告的步驟。在另一具體實施例中，收集間質(zhì)液和分析所提取的間質(zhì)液中的分析物的濃度的步驟由一止回閥來調(diào)節(jié)，例如但不限于，一單向閥。在另一具體實施例中，負壓為脈沖或連續(xù)式的。進一步地，施加于不可逆電穿孔的皮膚區(qū)域或附近位置的負壓可由一壓力傳感器來監(jiān)控。在另一具體實施例中，受試者為動物或人。在一進一步的具體實施例中，收集室包括用于收集從皮膚提取的間質(zhì)液的一提取室。在另一具體實施例中，至少一個第一和第二電極包含在收集室中。在另一具體實施例中，提取室為與用于不可逆電穿孔的第一和第二電極相分離的部分。在一具體實施例中，該設備進一步包括用于分析提取自皮膚的間質(zhì)液中的一分析物或復數(shù)個分析物的一生物傳感器或復數(shù)個傳感器。生物傳感器或復數(shù)個傳感器可以包括一電化學傳感器或一光學傳感器；一有線或無線的通訊設備；一傳感電極、一參比電極和一反電極；和/或一傳感電極以及充當一參比和一反電極的一伴隨電極。在一進一步地具體實施例中，生物傳感器或復數(shù)個傳感器連續(xù)地分析從皮膚提取的間質(zhì)液中的葡萄糖的濃度。在一具體實施例中，該設備進一步包括用于將該設備固定在受試者的皮膚上的附著裝置，諸如一手鐲、一皮帶或其組合。在一具體實施例中，該設備進一步包括用于監(jiān)控施加于皮膚上的壓力的一壓力傳感器。在另一具體實施例中，該設備進一步包括用于監(jiān)控所提取的間質(zhì)液的溫度的一溫度傳感器。在一具體實施例中，一閥安置在生物傳感器與收集室之間，其在提取的間質(zhì)液與由生物傳感器分析的間質(zhì)液之間創(chuàng)造不連續(xù)性。在一具體實施例中，泵為一蠕動泵或一隔膜泵或一活塞泵。在另一具體實施例中，生物傳感器包括與聚(1-乙烯基咪唑)介質(zhì)連同一分散的電子導體配合的雙(2，2-二吡啶基)二氯鋨(II)。在一具體實施例中，該設備進一步包括通過一泵導管連接至提取室的一取樣室， 該取樣室從皮膚收集已提取的間質(zhì)液供其分析用。在另一具體實施例中，取樣室由連接至取樣室的一隔膜連續(xù)地密封。在另一具體實施例中，該設備進一步包括連接至壓力傳感器的一微控制器，以便監(jiān)測和控制皮膚上面以及提取室內(nèi)部的壓力。
附圖簡要說明下文結合附圖以最佳說明方式介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例，申請人注重實施例中的應用原理，并且在附加權利要求書中特別且清楚地指出和闡明。圖IA為本公開案的連接至皮膚的設備的橫截面視圖；圖IB為圖IA中所見的環(huán)繞區(qū)域1B-1B的放大圖，展示了在所分析的液體與包括在該設備中的取樣室中新提取的液體之間創(chuàng)造不連續(xù)性的止回閥；圖IC為圖IA中所見的環(huán)繞區(qū)域1C-1C的放大圖，展示包括在該設備中的的連接至皮膚的該設備的提取室；圖2A為本公開案的連接至皮膚的該設備的一替代實施例的橫截面視圖2B為圖2A中所見的環(huán)繞區(qū)域2B-2B的放大圖，展示連接至該替代設備的止回閥的輸出提取通道；圖2C為圖2A中所見的環(huán)繞區(qū)域2C-2C的放大圖，展示連接至皮膚時的該替代實施例的提取室；圖2D為圖2A中所見的環(huán)繞區(qū)域2D-2D的放大圖，展示該替代設備中所包括的生物傳感器和測量室；圖3A為該設備的仰視圖，展示電極配置的一實例；圖;3B為圖3A中所示的該設備的電極配置的沿線!3B-3B的橫截面視圖；及圖4為本公開案的連接至皮膚和一微控制器的該設備的橫截面視圖。 實施方式本發(fā)明提供了一種以非侵入性方式從人體連續(xù)且長時間地獲得足夠量間質(zhì)液的設備。本文所公開的方法和設備在于結合不可逆地電穿孔人的皮膚和抽吸間質(zhì)液穿過通透和微開孔的皮膚。就本文所描述的不可逆電穿孔來說，我們指的是通過應用抽吸而產(chǎn)生永久性孔的方法。此外，就本文所描述的足夠量間質(zhì)液來說，我們指的是用于連續(xù)監(jiān)測的最優(yōu)化和所需要量的間質(zhì)液，即使可以通過增加孔數(shù)量和提高負壓來增加該量，以及可通過降低腔室內(nèi)的負壓和減少孔數(shù)量來交替地減少該量。不可逆的電穿孔，或某些電脈沖永久地穿透細胞膜的能力，主要用于脫落微生物和體外細胞，且僅作為可逆組織電穿孔應用的上限電參數(shù)來研究?？赡骐姶┛椎母鞣N應用需要細胞在程序中存活下來，因此，隨后細胞死亡的不可逆電穿孔的現(xiàn)象明顯不是所期望的。因此，不可逆電穿孔被認為是一種非期望的副作用，且僅被研究以界定誘發(fā)可逆電穿孔的上限電參數(shù)(Rubinsky，2007，癌癥研究和治療中的技術，6 :255-259)。本公開描述了一種用于非侵入性和連續(xù)地提取間質(zhì)液穿過皮膚的方法。在下文中將了解的該方法提供了一種獲得開孔的精確方式，這些開孔持續(xù)數(shù)天或只要進行間質(zhì)液中的一分析物或復數(shù)個分析物的監(jiān)測就存在。根據(jù)本公開案的這些開孔大約數(shù)微米，其不同于在現(xiàn)行技術中所描述的大約數(shù)納米。此外，本實施方式中所描述的該方法的效力已通過將其應用在五個人類志愿者上而得到了證實，其中一人為2型糖尿病患者。如本公開案中所描述的電穿孔為不可逆電穿孔，其導致皮膚或角質(zhì)層的不可逆開孔。這些開孔持續(xù)數(shù)天， 因此，在皮膚的相同區(qū)域有和沒有其他電穿孔的情況下，可以進行已提取的間質(zhì)液中的一個或復數(shù)個分析物的精確和準確的監(jiān)測。本公開提供如下文所解釋的非脈沖DC電壓的施加，在施加不可逆電穿孔所必需的脈沖電壓的同時，非脈沖DC電壓以固定電流在電極之間和脈沖之間施加。

圖1中反應了本文包含的設備的一實施例，其展示方法的典型應用，且經(jīng)設計為用于對已提取的經(jīng)皮液體的偶爾或連續(xù)取樣。該取樣方法可以為手動或自動的。該設備包括一絕緣體30，其使用粘合的或任何其他適當?shù)拿芊猱a(chǎn)品或保持方法18穿過角質(zhì)層觀保持與皮膚12接觸。體30與角質(zhì)層觀的接觸主要包括構成主要提取室10的一個開孔。提取室10提供用于至少一個激勵電極14和一泵導管32的通道。提取室10可完全由聚合材料、聚合材料或任何其他電傳導或絕緣材料的組合制得。在使用浴室或淋浴和/或液體可以環(huán)繞提取室10的任何場合的時候，該設備可由一材料覆蓋以便其用于游泳池中。提取室10可以包括一密封孔，以便可離該設備遠距離地分析所收集的新鮮提取的液體。此外，為了增加如本文所描述的提取室10的緊固性，諸如手鐲或皮帶的非過敏性材料可用于穩(wěn)定化該設備與皮膚12之間的接觸。在將提取室10應用于皮膚12上之前，可用醫(yī)學中使用的任何已知化學品或簡單地使用肥皂和/或水溫和地清潔皮膚12，以洗凈此皮膚12。優(yōu)選地，使用在清潔之后蒸發(fā)的任何化學品，以使得它們不會在皮膚12的表面留下任何殘留物。此外，化學品或肥皂不應誘發(fā)皮膚12的任何過敏反應，也不應改變皮膚12的結構。一旦皮膚12已被溫和地洗凈， 在諸如粘合劑18或皮帶或手鐲的非過敏性材料的幫助下，將提取室10附接在已洗凈的皮膚12的頂部。皮膚12的優(yōu)選部分為覆蓋人手臂的皮膚的任何部分，但是本文所描述的設備和方法可以使用大多數(shù)的體皮膚。泵導管32與取樣室34相接觸，此處所選擇的取樣設備應能收集所提取的經(jīng)皮液體的樣本。可以(例如)通過供取樣室34連續(xù)密封用的一隔膜36來進行收集。取樣室 34、泵導管32和提取室10(例如)通過一止回閥或一單向閥M與一泵沈相隔離，這樣就在已分析的液體與待分析的新鮮提取的液體之間創(chuàng)造不連續(xù)性。止回閥M可以為在已分析液體與新鮮提取的液體之間產(chǎn)生或促進獲得不連續(xù)性的任何工具。通過施加可控的負壓連續(xù)地進行提取，該負壓施加在(例如)由提取室10、提取或泵導管32和取樣室34組成的導管系統(tǒng)中。該可控的負壓在泵沈作用下來維持，且使用可定位在止回閥M之前或之后的壓力傳感器20或壓力開關來連續(xù)地監(jiān)測和控制該負壓的水平。通過以開/閉方式或連續(xù)調(diào)制的方式激活泵沈來獲得該負壓。可使用壓力傳感器20或一壓力開關來控制該負壓的實際值。泵沈和壓力傳感器20可處于一微控制器(圖 4)的控制下，該微控制器將通過讀取壓力傳感器20或壓力開關的實際狀態(tài)來連續(xù)地或不連續(xù)地監(jiān)測該設備的實際壓力，且因此將以連續(xù)的、不連續(xù)的或調(diào)制的方式激活或無效泵 26的操作，以便獲得所要的負壓。還可以并入一溫度傳感器，以提高設備的效率和在需要時校正生物傳感器22或復數(shù)個生物傳感器的讀數(shù)。在介于皮膚12與泵沈之間的腔室10內(nèi)產(chǎn)生真空，以便改善粘附力、經(jīng)皮液體的連續(xù)提取、已提取液體的循環(huán)，以及因此的已提取液體中一個分析物或復數(shù)個分析物的連續(xù)監(jiān)測。優(yōu)選地，真空泵沈能夠提供一真空，該真空將提供足夠的抽吸，以延伸間質(zhì)液的樣本將被從中提取的區(qū)域中的皮膚的部分。因為由真空泵26提供的抽吸延伸了皮膚的適當部分，由真空泵沈提供的抽吸還使得所延伸的部分變得完全充滿間質(zhì)液。適合于本文所界定的該設備的真空泵26可以為一蠕動泵、隔膜泵、活塞泵、轉動葉片泵或將執(zhí)行先前所闡明的所需要的功能的任何其他泵。通常，真空泵沈優(yōu)選使用一自包含的永磁式DC電動機。 適合于本發(fā)明的真空泵是本領域的普通技術人員所熟知的且是市場上可買到的。真空泵26 優(yōu)選能夠提供降至大約-14. 7psi的差壓，且更優(yōu)選在大約-0. 3psi至大約-10. Opsi下操作。由真空泵沈提供的真空可以為連續(xù)或脈沖的。優(yōu)選連續(xù)的真空，因為其與脈沖真空所相關的相比需要更少的元件。優(yōu)選地，所施加的真空不會引起對皮膚的不可逆損害。優(yōu)選地，所施加的真空不會對皮膚產(chǎn)生持續(xù)達幾天的挫傷和褪色。還優(yōu)選地，所施加的真空水平和真空施加的持續(xù)時間不會如此過度，以至于其引起真皮與表皮的分離，其導致形成充滿液體的水皰。通過在兩個電極(14，16)或形成電極網(wǎng)的復數(shù)個電極之間施加脈沖電壓來進行皮膚的不可逆電穿孔。作為本文此技術的一實例，該過程的激勵部分經(jīng)由使用至少兩個電極14和16來進行，一個電極16可以為固定的且與角質(zhì)層觀連續(xù)接觸。其中一個激勵電極14可以與或不與角質(zhì)層觀保持接觸。電極14可以通過一機械運動前往或離開角質(zhì)層 28移動，該機械運動可穿過密封隔膜36進行。本文的不可逆電穿孔的目標結果是角質(zhì)層觀的非侵入性有效電通透，在應用抽吸時具有永久性開孔，而沒有任何疼痛感覺，且其可允許連續(xù)的經(jīng)皮液體提取長達所需要的時間之久。此處，經(jīng)皮液體為間質(zhì)液。連續(xù)的液體提取在此處意欲指穿過皮膚12，包括角質(zhì)層觀中的開孔，進入提取室10的間質(zhì)液連續(xù)流。如本文所描述的，通過變化和驅動不同的參數(shù)來完成不可逆電穿孔，包括非脈沖下限DC電壓(VF/V)、在電極之間流經(jīng)皮膚12的電流的強度(I/mA)、施加的脈沖電壓的振幅 (VA/V)、脈沖周期(ms)、工作循環(huán)(％)和持續(xù)時間(S)。非脈沖下限DC電壓可以定義為脈沖之前和脈沖之間的脈沖電壓的最小值?？梢栽诿}沖前幾秒或在開始不可逆電穿孔時立即以相同的電流強度施加該電壓。表1顯示與所有上述不同參數(shù)有關的典型值。此處，^為在脈沖之前和脈沖之間施加在電極(14，16)之間的非脈沖電壓，且其值可以在0至施加的脈沖電壓值之間變化，I為或恒定或可變的電流強度，Va為所施加脈沖電壓值，其具有可以包括在幾伏特至數(shù)百伏特之間的值，且最小值為Vf，且其余的參數(shù)具有通常的含義。
與皮膚的不可逆電通透有關的優(yōu)選參數(shù)。
權利要求
1.一種用于非侵入性且連續(xù)地從受試者提取間質(zhì)液的方法，包括以下步驟不可逆地電穿孔皮膚；在經(jīng)不可逆電穿孔的皮膚區(qū)域或附近處施加一負壓以提取間質(zhì)液；及從皮膚收集提取的間質(zhì)液。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括分析從皮膚提取的間質(zhì)液中的一分析物或復數(shù)個分析物的濃度的步驟。
3.如權利要求1所述的方法，其中，在至少一個第一移動或固定電極與一第二固定電極之間產(chǎn)生一非脈沖電壓和一脈沖電壓，用于不可逆地電穿孔皮膚。
4.如權利要求2所述的方法，其中，分析物為葡萄糖。
5.如權利要求1所述的方法，其中，負壓為大約-0.3psi至大約-14. 7psi。
6.如權利要求2所述的方法，進一步包括步驟傳送提取自皮膚的間質(zhì)液中的分析物的濃度的分析報告。
7.如權利要求2所述的方法，其中，收集間質(zhì)液和分析提取的間質(zhì)液中的分析物的濃度的步驟由一止回閥來調(diào)節(jié)。
8.如權利要求1所述的方法，其中，負壓為脈沖或連續(xù)的。
9.如權利要求1所述的方法，其中，施加于經(jīng)不可逆電穿孔的皮膚區(qū)域或附近位置的負壓由一壓力傳感器來監(jiān)控。
10.如權利要求1所述的方法，其中，受試者為動物或人。
11.如權利要求7所述的方法，其中，止回閥為一單向閥。
12.一種用于非侵入性且連續(xù)地從受試者的皮膚提取間質(zhì)液的設備，包括用于通過在至少一個第一移動或固定電極與一第二固定電極之間產(chǎn)生一非脈沖電壓和一脈沖電壓來不可逆地電穿孔皮膚的工具；在皮膚上面提供一負壓的一真空泵；及用于收集從皮膚提取的間質(zhì)液的一收集室。
13.如權利要求12所述的設備，其中，收集室包括用于收集從皮膚提取的間質(zhì)液的一提取室。
14.如權利要求12所述的設備，其中，至少一個第一電極和第二電極包含在收集室中。
15.如權利要求13所述設備，其中，提取室為與用于不可逆電穿孔的第一和第二電極相分離的部分。
16.如權利要求12所述的設備，進一步包括用于分析提取自皮膚的間質(zhì)液中的一分析物或復數(shù)個分析物的一生物傳感器或復數(shù)個傳感器。
17.如權利要求16所述的設備，其中，生物傳感器或該等復數(shù)個傳感器包括一電化學傳感器或一光學傳感器。
18.如權利要求16所述的設備，其中，生物傳感器或復數(shù)個傳感器進一步包括一有線或無線通訊設備。
19.如權利要求16所述的設備，其中，生物傳感器或復數(shù)個傳感器包括一傳感電極、一參比電極和一反電極。
20.如權利要求16所述的設備，其中，生物傳感器或復數(shù)個傳感器包括一傳感電極，以及充當一參考和一反電極的一伴隨電極。
21.如權利要求16所述的設備，其中，生物傳感器或復數(shù)個傳感器連續(xù)地分析從皮膚提取的間質(zhì)液中的葡萄糖濃度。
22.如權利要求12所述的設備，其中，該設備進一步包括用于將該設備固定在受試者的皮膚上的一附著裝置。
23.如權利要求22所述的設備，其中，附著裝置為一手鐲、皮帶或其組合。
24.如權利要求12所述的設備，其中，該設備進一步包括用于監(jiān)控施加于皮膚上的壓力的一壓力傳感器。
25.如權利要求12所述的設備，其中，該設備進一步包括用于監(jiān)控所提取的間質(zhì)液的溫度的一溫度傳感器。
26.如權利要求16所述的設備，其中，一閥安置在生物傳感器與收集室之間，以在所提取的間質(zhì)液與由生物傳感器分析的間質(zhì)液之間產(chǎn)生不連續(xù)性。
27.如權利要求12所述的設備，其中，泵為一蠕動泵、一隔膜泵或一活塞泵。
28.如權利要求12所述的設備，其中，由泵產(chǎn)生的負壓為大約_0.3psi至大約-14. 7psi。
29.如權利要求12所述的設備，其中，由泵產(chǎn)生的真空為脈沖或連續(xù)的。
30.如權利要求16所述的設備，其中，生物傳感器包括與聚(1-乙烯基咪唑)介質(zhì)連同一分散的電子導體配合的雙0，2_ 二吡啶基)二氯鋨(II)。
31.如權利要求12所述的設備，其中，該設備進一步包括由一泵導管連接至提取室的一取樣室，所述取樣室收集提取自皮膚的間質(zhì)液以供分析。
32.如權利要求31所述的設備，其中，取樣室由連接至該取樣室的一隔膜連續(xù)地密封。
33.如權利要求M所述的設備，其中，該設備進一步包括連接至壓力傳感器的一微控制器，以便監(jiān)測和控制皮膚上面以及提取室內(nèi)部的壓力。
全文摘要
本公開涉及一種非侵入性且連續(xù)的生物醫(yī)學檢測以及非侵入性且連續(xù)的監(jiān)測方法和設備，用于提取和分析非侵入性且連續(xù)地從受試者皮膚提取的間質(zhì)液，包括使用一非脈沖電壓結合一脈沖電壓非侵入性地電穿孔皮膚以及施加負壓的步驟。
文檔編號A61N1/30GK102405016SQ201080018353
公開日2012年4月4日 申請日期2010年2月19日 優(yōu)先權日2009年2月20日
發(fā)明者亞拉艾丁·伊薩里克, 安德魯·迪索, 阿貝德爾提夫·伊薩里克 申請人:英瓦弗利Hms有限公司