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用于非侵入性监测物质的多路复用经皮提取和检测装置及其使用方法制造方法及图纸

技术编号:20496040 阅读:30 留言:0更新日期:2019-03-03 00:48
公开了用于非侵入性监测物质(例如葡萄糖)的多路复用经皮提取和检测装置及系统,以及使用这些装置在对象中进行物质监测的方法。

Multiplexing Percutaneous Extraction and Detection Device for Noninvasive Monitoring Substances and Its Application Method

Multiplexed percutaneous extraction and detection devices and systems for non-invasive monitoring substances (e.g. glucose) are disclosed, and methods for monitoring substances in objects using these devices are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于非侵入性监测物质的多路复用经皮提取和检测装置及其使用方法
本专利技术涉及用于非侵入性监测物质(例如葡萄糖)的多路复用(multiplexed)经皮提取和检测装置和系统,以及使用这些装置在对象中进行物质监测的方法。
技术介绍
GlucoWatch仍然是美国食品和药物管理局(Food&DrugAdministration,FDA)批准用于糖尿病对象中的唯一的非侵入性葡萄糖监测装置。该技术使用离子导入疗法(iontophoresis)(即,在皮肤表面上定位的两个电极之间施加小的直流电)来诱导电渗透提取非常小体积的组织间液(interstitialfluid)(其中葡萄糖以与血液中基本相同的浓度存在)(参见美国专利号:5279543、5362307、5730714、5911223、6542765、6714815、7693573和7555337)。将这种不超过几微升的极小体积的流体收集到水性接收凝胶中并进行稀释(Leboulanger等,Reverseiontophoresisfornon-invasivetransdermalmonitoring.PhysiologicalMeasurement,25(3):p.R35,2004;Tierney,等,ElectroanalysisofGlucoseinTranscutaneouslyExtractedSamples.Electroanalysis,12(9):666-671,2000),并且然后通过葡萄糖氧化酶介导的反应经电化学检测葡萄糖。进行提取的区域为约3cm2,并且在收集凝胶中进行测量的葡萄糖的水平为微摩尔量级(美国公开号:2002/019604)。因此,GlucoWatch操作非常接近其检测限,特别是当糖尿病对象是低血糖时(AccuracyoftheGlucoWatchG2BiographerandtheContinuousGlucoseMonitoringSystemDuringHypoglycemia:ExperienceoftheDiabetesResearchinChildrenNetwork.DiabetesCare,27(3):722-726,2004)。此外,由于稀释因子在对象之间,甚至在单个个体的不同皮肤部位内变化,因此必须在每个采样期之前通过常规的“手指穿刺(finger-stick)”测量来校准装置。由于这些原因和其他原因,GlucoWatch并未获得商业上的成功并且已不再使用。因此,提供避免一些这些缺点的有效的非侵入性葡萄糖监测装置仍然是本领域中尚未解决的问题。
技术实现思路
概括地说,本专利技术涉及用于经反向离子导入疗法(reverseiontophoresis)经皮提取和检测物质(例如葡萄糖)的装置、系统和方法,其能够非侵入性监测其在对象中的水平。本专利技术的装置、系统和方法优选地允许半连续或连续地监测其在对象中的水平。所述装置、系统和方法经皮肤中的优先途径通过经皮提取物质来操作,通常通过皮肤附属物例如皮肤毛孔、毛囊和汗腺。本专利技术与经皮提取和检测监测物质的现有技术方法的不同在于其能够经多路复用传感器像素(pixel)阵列单独访问优先途径并采样,每个传感器像素执行物质(例如,葡萄糖)提取和检测的双重作用。这可以与现有技术的采样方法相比较,现有技术的采样方法采用相对大的皮肤区域并具有组合经不同提取机制以及越过多个皮肤结构的经皮提取的物质样品之不可避免的结果。本专利技术利用阵列中的单个传感器像素询问(interrogate)单个优先途径的能力具有以下优点:其能够实现临床相关的经皮监测,通常不需要手指穿刺(或等同的方法)校准。本专利技术通过使用小型离子导入采样装置实现了这些目的,所述小型化离子导入采样装置设计有的传感器像素阵列的尺寸使得一个或更多个传感器像素对经优先途径提取的分析物进行采样。尽管本专利技术的装置、系统和方法对于葡萄糖的非侵入性监测特别有用,但是本专利技术还可以用于检测其他可经皮提取的物质(分析物),例如诊断标志物、药物、滥用物质和毒素。可经皮提取的分析物的具体实例包括葡萄糖;氧化应激标志物,例如谷胱甘肽、活性氧和氮物质或过氧亚硝酸盐;金属离子例如Na+和K+;儿科患者中肾疾病的标志物,例如尿素或碘海醇;皮肤健康的标志物,包括与皮肤屏障功能和皮肤水合作用密切相关的所谓的“天然保湿因子”(NMF)的成分;药物包括例如用于连续监测的治疗药物,锂,化学治疗剂例如氟尿嘧啶和甲氨蝶呤,用于哮喘治疗的茶碱,抗抑郁药例如盐酸阿米替林;激素例如胰岛素、前列腺素或类固醇,以及其他分析物,例如乳酸、酒精、蔗糖,半乳糖、尿酸、α淀粉酶、胆碱和L-赖氨酸、乙酰胆碱、毛果芸香碱(例如,用于囊性纤维化诊断)。优选的物质清单包括葡萄糖、锂、乳酸、铵、尿素、尿酸、钾、乙醇、丙戊酸盐、谷胱甘肽、苯丙氨酸、氨基酸、皮肤天然保湿因子(NMF)的成分、碘海醇、治疗性监测代表抗抑郁和抗癌药物的多种化合物、前列腺素、类固醇和其他药物类别,以及对于本领域技术人员来说明显的药物。在美国专利号5,279,543中提供了可以使用本专利技术的非侵入性采样技术监测的物质的广泛列表,该专利通过引用整体明确地并入,特别参见表4。在一个特别的应用中,本专利技术的所述装置、系统和方法可用于监测氧化应激的标志物,例如用于非侵入性监测和间接检测由环境应激物例如紫外线辐射(UV)和污染引起的高度破坏性的活性氧和氮物质。可以提取分子例如谷胱甘肽或过氧亚硝酸盐的稳定衍生物并进行电化学检测。谷胱甘肽在生理条件下以两种形式存在:作为还原形式的GSH和作为氧化形式的GSSG。当活性氧物质以可能导致细胞损伤的浓度产生时,GSH被氧化成GSSG。因此,组织中GSH/GSSG的比与氧化应激高度相关。过氧亚硝酸盐是通过超氧化物与一氧化氮的反应在体内产生的,并且在氧化应激期间有助于细胞损伤。非侵入性地检测和监测这些分子的能力将是检测和开发针对氧化和/或亚硝化应激的保护策略的重大进步。因此,在第一方面,本专利技术提供了用于在对象中非侵入性监测一种或更多种物质的多路复用经皮提取和检测装置,所述装置包含传感器像素阵列,每个传感器像素包含:(a)包含电极组的基底,其用于向对象的皮肤施加电流以通过电迁移和/或通过电渗透从组织间液中经皮提取一种或更多种物质;(b)与传感器像素关联的储存器(reservoir),所述储存器包含用于接收来自传感器像素的经皮提取物质的一定体积的凝胶;(c)检测电极组,其用于电化学检测存在于与传感器像素关联的储存器中的一种或更多种经皮提取物质的浓度;其中,传感器像素阵列配置成使得至少一个传感器像素能够经对象皮肤上的优先途径提取一种或更多种物质。在另一方面,本专利技术提供了本专利技术的多路复用经皮提取和检测装置用于在对象中非侵入性监测一种或更多种物质的用途。在另一方面,本专利技术提供了用于在对象中非侵入性监测一种或更多种物质的多路复用经皮提取和检测系统,所述系统包含:(i)包含传感器像素阵列的装置,每个传感器像素包含:(a)包含电极组的基底,其用于向对象的皮肤施加电流以通过电迁移和/或通过电渗透从组织间液中经皮提取一种或更多种物质;(b)与传感器像素关联的储存器,所述储存器包含用于接收来自传感器像素的经皮提取物质的一定体积的凝本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.用于在对象中非侵入性监测一种或更多种物质的多路复用经皮提取和检测装置,所述装置包含传感器像素阵列,每个传感器像素包含:(a)包含电极组的基底,其用于向所述对象的皮肤施加电流以通过电迁移和/或通过电渗透从组织间液中经皮提取一种或更多种物质;(b)与所述传感器像素关联的储存器,所述储存器包含用于接收来自所述传感器像素的经皮提取物质的一定体积的凝胶;(c)检测电极组,其用于电化学检测存在于与所述传感器像素关联的储存器中的一种或更多种经皮提取物质的浓度;其中,所述传感器像素阵列配置成使得至少一个所述传感器像素能够经所述对象皮肤上的优先途径提取所述一种或更多种物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.26 GB 1607265.4;2017.03.01 GB 1703300.21.用于在对象中非侵入性监测一种或更多种物质的多路复用经皮提取和检测装置,所述装置包含传感器像素阵列,每个传感器像素包含:(a)包含电极组的基底,其用于向所述对象的皮肤施加电流以通过电迁移和/或通过电渗透从组织间液中经皮提取一种或更多种物质;(b)与所述传感器像素关联的储存器,所述储存器包含用于接收来自所述传感器像素的经皮提取物质的一定体积的凝胶;(c)检测电极组,其用于电化学检测存在于与所述传感器像素关联的储存器中的一种或更多种经皮提取物质的浓度;其中,所述传感器像素阵列配置成使得至少一个所述传感器像素能够经所述对象皮肤上的优先途径提取所述一种或更多种物质。2.用于在对象中非侵入性监测一种或更多种物质的多路复用经皮提取和检测系统,所述系统包含:(i)包含传感器像素阵列的装置,每个传感器像素包含:(a)包含电极组的基底,其用于向所述对象的皮肤施加电流以通过电迁移和/或通过电渗透从组织间液中经皮提取一种或更多种物质;(b)与所述传感器像素关联的储存器,所述储存器包含用于接收来自所述传感器像素的经皮提取物质的一定体积的凝胶;和(c)检测电极组,其用于电化学检测存在于与所述传感器像素关联的储存器中的一种或更多种经皮提取物质的浓度;其中,所述传感器像素阵列配置成使得至少一个传感器像素能够经所述对象皮肤上的优先途径提取所述一种或更多种物质;以及(ii)数据处理系统,其能够将经优先途径通过所述装置获得的经皮提取物质的样品与经其他途径提取的物质的样品区分开,以使得经所述优先途径经皮提取物质的样品用于评估所述对象中所述一种或更多种物质的浓度。3.用于在对象中非侵入性监测一种或更多种物质的方法,其中所述方法采用多路复用经皮提取和检测装置,所述装置包含传感器像素阵列,每个传感器像素包含:(a)包含电极组的基底,其用于向所述对象的皮肤施加电流以通过电迁移和/或通过电渗透从组织间液中经皮提取一种或更多种物质;(b)与传感器像素关联的储存器,所述储存器包含用于接收来自所述传感器像素的经皮提取物质的一定体积的凝胶;(c)检测电极组,其用于电化学检测存在于与所述传感器像素关联的储存器中的一种或更多种经皮提取物质的浓度;其中,所述传感器像素阵列配置成使得至少一个所述传感器像素能够经所述对象皮肤上的优先途径提取所述一种或更多种物质;(d)数据处理系统,其能够将经优先途径获得的经皮提取物质的样品与经其他途径提取的物质的样品区分开,以使得经所述优先途径经皮提取物质的样品用于评估所述对象中所述一种或更多种物质的浓度;所述方法包括:(i)使所述传感器像素阵列与所述对象的皮肤接触;(ii)使用提取电极向所述对象的皮肤施加电流以在所述阵列中的传感器像素处通过电迁移和/或通过电渗透从组织间液中经皮提取一种或更多种物质;(iii)将流体样品吸收到所述阵列中所述传感器像素的凝胶储存器中;(iv)电化学检测吸收到所述凝胶储存器中的所述一种或更多种物质;(v)分析存在于单个凝胶储存器中的所述一种或更多种物质的浓度以确定哪个传感器像素经所述对象皮肤中的优先途径提取了所述一种或更多种物质的样品;(vi)使用来自经优...

【专利技术属性】
技术研发人员:理查德·盖伊阿德利娜·伊利耶卢卡·利帕尼弗洛里安特·东梅内伯特兰·吉尔伯特·罗格·雅克·杜邦
申请(专利权)人:巴斯大学
类型:发明
国别省市:英国,GB

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