用于分析材料的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术具体涉及用于分析材料(101)的装置(10)，该装置(10)包括激发传输装置(100)，用于产生具有至少一个激发波长的至少一个电磁激发束(SA)，激发束具体为激发光束，还包括用于检测响应信号(SR)的检测装置(106)；以及用于基于所检测的响应信号(SR)分析材料的装置(107)。(107)。(107)。

【技术实现步骤摘要】
Epidermis by Mid
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Infrared Pulsed Photoacoustic Spectroscopy)，分析化学,85:1013
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1020,2013；
[0011]‑
(4)Pleitez,M.Lieblein,T.Bauer,A.Hertzberg,O.von Lilienfeld
‑
Toal,H.W.用于人体表皮体内中红外光谱的无窗超声波光声单元：通过由皮肤接触所引起的空气压力、温度和湿度的变化的低干扰，为间质液中的葡萄糖检无创监测提供了可能(Windowless ultrasound photoacoustic cell for in vivo mid
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IR spectroscopy of human epidermis:Low interference by changes of air pressure,temperature,and humidity caused by skin contact opens the possibility for a non
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invasive monitoring of glucose in the interstitial fluid)，科学仪器的评述(Review of Scientific Instruments)，84,2013；
[0012]‑
(5)M.A.Pleitez Rafael,O.Hertzberg,A.Bauer,M.Seeger,T.Lieblein,H.von Lilienfeld
‑
Toal和W.通过全内反射增强的光热偏转实现人体表皮中的无创葡萄糖监测(Photo
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thermal deflectometry enhanced by total internal reflection enables non
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invasive glucose monitoring in human epidermis)，分析(The Analyst),2014年11月。
[0013]本专利技术的目的是具体说明一种装置，使用该装置，可以特别简单且成本有效地分析材料，具体地分析动物或人体组织或组织的成分或组成部分。该目的尤其通过具有如权利要求1中限定的特征的装置来实现。该装置的实施方式在从属权利要求中具体说明。
[0014]对德国专利DE 10 2014 108 424 B3进行引用，具体引用该专利的内容，且本申请延伸了该专利的内容；通过本文中进行的这种明确引用，德国专利DE 10 2014 108 424 B3的全部内容因此还被认为是本申请的公开的部分(对于该公开的所有细节“通过引用并入”)。具体地，这种引用涉及授权的专利权利要求中给出的所有特征。另外，该引用具体涉及其中提及的激发光束的细节，例如，涉及其中引用的脉冲频率和波长(波长范围)的数值，并且还涉及与间质液中葡萄糖含量的测量有关的细节。
[0015]除了在提交时直接和明确提及的权利要求和示例性实施方式的主题之外，本PCT产权申请还涉及其它方面，这些方面列于本说明书的末尾。这些方面可以与提交时所引用的权利要求的特征单独地或成组地进行组合。这些方面，无论是单独的还是彼此结合的或与权利要求的主题结合的，都代表独立的专利技术。申请人保留日后使这些专利技术成为权利要求的主题的权利。这可以在该申请的情况中进行，或在后续分案申请、继续申请(在美国)、部分继续申请(在美国)或要求该申请的优先权的后续申请的情况中进行。
[0016]然而，在下文中，将首先讨论在提交时提及的权利要求的主题。
[0017]提供了用于分析材料的装置，该装置具有：用于产生至少一个电磁激发束(具体地，具有至少一个激发波长的激发光束)的激发传输装置；用于检测响应信号的检测装置；以及用于基于所检测的响应信号分析材料的装置。
[0018]该装置的主要优点在于其可用于以非常简单和可靠的方式来分析材料的事实。
[0019]在本知识产权申请中，还使用ISF(间质液)中葡萄糖的示例对体液中给定物质的浓度的测量进行了说明。然而，本申请的各项主题并不限于此。
[0020]可测量其它(身体的和非身体的)物质，例如，DE 10 2014 108 424 B3和要求其优先权的PCT申请中所描述的那些物质。
[0021]具体地，该方法和装置还可用于确定药物水平(“药物监控”)。在该知识产权保护权利的上下文中，应理解为包括测量人体或动物体的血液中或其它包含流体的空间中的药物的浓度，例如，测量血清或血浆、唾液、或淋巴中的药物浓度，以及具体地，还包括间质液中的无创和体内测量。
[0022]具体地，药物水平确定还可用于以窄的治疗范围改进药物的定量。特别是在药品可能容易过量或剂量不足的情况下，药品的浓度可能容易受到其它药品的影响，或药品在一定浓度以上具有毒性效应，所以药物监控是一种有用的技术。要满足的适当基准的示例是达到或保持指定的有效水平，并确定必要的个体药物剂量。
[0023]使用该保护权利中示出的方法和/或装置，可迅速地或甚至实时地确定文档医学上重要的水平，例如，扑热息痛、苯妥英、丙戊酸、拉莫三嗪、苯巴比妥、氟卡尼、洋地黄毒苷、地高辛、他克莫司、依维莫司、胺碘酮、氨基糖苷类、茶碱、万古霉素、锂、卡马西平、西罗莫司、氨甲喋呤和其它材料的水平，其中，在每种情况下，不同的光谱“指纹”，即特征极值(具体地，绝对和相对吸收的极大值和极小值)，均促进了相应物质的检测和识别。
[0024]在每种情况下，权利要求中呈现的装置还可与用于所提及的物质中的一种或多种的剂量管理的定量装置相关联，以允许形成控制回路。
[0025]应注意的是，特别是关于ISF中的葡萄糖的测量，以及具体地，如果使用多个相对密集的波长执行中红外范围内的吸收极大值和极小值的检测，则特征极值的评估中的唯一真实临床有用的结果已在该中红外范围内获取。这用来补偿不精确度(由激光器的温度灵敏度、评估电子设备中的噪声等引起)，使得总是实现十分精确的测量结果。关于待发射的波长的数量，参考专利的权利要求。如果存在物质的三个特征相邻极值，即(相对或绝对的极小值和/或极大值)，则例如如果发射了两个外极值之间的间隔中的至少十个波长，优选地至少二十个波长，这可能是有利的。
[0026]此处，术语光理解为意指可见范围内、近红外和远红外范围内以及UV(紫外)范围内的电磁波或电磁辐射。
[0027]在该装置的示例性实施方式中，提供的是：
[0028]激发传输装置是辐射源，在一个实施方式中为单色辐射源，具体为极化的辐射源或光源，更具体为激光源，
[0029]‑
该装置具有光学介质，光学介质与材料直接接触，具体地与材料的表面的第一区域直接接触，
[0030]‑
其中，激发传输装置优选地布置成使得发射的激发束穿入该光学介质并在光学介质的表面上的预定点处再次退出光学介质，以及
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于分析材料(101)的装置(10)，具有：
‑
激发传输装置(100)，用于产生至少一个电磁激发束(SA)，所述至少一个电磁激发束具体为具有至少一个激发波长的激发光束；
‑
检测装置(106、139)，用于检测响应信号(SR)；以及
‑
用于基于所检测的响应信号(SR)分析所述材料的装置(107、147)。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
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所述激发传输装置为辐射源，在一个实施方式中为单色辐射源，具体为极化的辐射源，更具体地为激光光源；
‑
所述装置(10)包括光学介质(108)，所述光学介质(108)与所述材料(101)直接接触，具体地，所述光学介质(108)与所述材料的表面的第一区域(102)直接接触；
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其中，所述激发传输装置(100)优选地布置成使得所发射的激发束(SA)穿入所述光学介质(108)，并在所述光学介质的表面(12)上的预定点处再次退出所述光学介质(108)，以及
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所述装置包括用于发射测量束(112)的系统(105)，所述测量束(112)具体为测量光束，所述系统(105)布置成使得所发射的测量束(112)穿入所述光学介质(108)，以及其中，优选地，在操作中，所述测量束(112)和所述激发束(SA)在所述光学介质(108)与所述材料(101)的表面的界面(GF)处重叠，其中，在所述界面(GF)处所述测量束(112)发生反射，以及
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所述检测装置(106)是用于接收所反射的测量束(112)和/或用于直接或间接地检测所反射的测量束(112)的偏转的装置，其中，所反射的测量束(112)形成所述响应信号(SR)。3.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置(10)包括光学介质(108)，所述光学介质(108)与所述材料(101)直接接触，具体地，所述光学介质(108)与所述材料的表面的第一区域(102)直接接触，以及所述检测装置(106)检测所述光学介质的参数变化以检测响应信号(SR)，具体地在邻近于所述第一区域的区域中，检测由所述响应信号引起的所述光学介质的参数变化，具体为所述光学介质的变形和/或密度变化。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述检测装置包括压电元件，所述压电元件连接至所述光学介质或集成在所述光学介质中，作为用于检测变形和/或密度变化的检测器。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述检测装置包括作为用于检测所述响应信号的检测器的温度传感器。6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，
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所述装置包括用于对所述激发光束(SA)进行强度调制的装置(104)，以及
‑
所述检测装置(106)适用于根据所述激发光的所述波长和/或所述激发光的强度调制来检测时间依赖的响应信号(SR)。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置(100)将所述至少一个电磁激发束(SA)辐射至材料容积(103)中，所述材料容积(103)定位在所述材料(101)的表面的第一区域(102)下面。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置(100)包括两个或更多个传输元件(100a)，所述传输元件(100a)具
体为一维、二维或多维传输元件阵列形式的传输元件。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述两个或更多个传输元件(100a)各自均生成其特有的电磁激发束，并将所述电磁激发束辐射至所述第一区域(102)之下的容积中。10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述两个或更多个传输元件(100a)的所述电磁激发束的波长是不同的。11.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置包括两个或更多个激光器和/或两个或更多个发光二极管，所述两个或更多个激光器具体为一维、二维或多维激光器阵列的形式，所述两个或更多个发光二极管具体为一维、二维或多维二极管阵列的形式。12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置直接地或间接地通过调节装置(109)机械固定地连接至光学介质(108)，所述光学介质(108)与所述材料(101)直接接触，具体地，所述光学介质(108)与所述材料(101)的表面的所述第一区域(102)直接接触。13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，用于强度调制的装置(104)包括电调制装置或由电调制装置形成，所述电调制装置电连接至所述激发传输装置(100)，并电控制所述激发传输装置(100)。14.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于强度调制的装置(104)包括至少一个受控制的镜子(133、134)，所述至少一个受控制的镜子(133、134)布置在所述光束路径中。15.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于强度调制的装置(104)包括至少一个层或由所述至少一个层形成，所述至少一个层布置在所述束路径(138)中，且其透明度是能够控制的。16.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置有用于发射测量束(112)的装置(105)，所述测量束(112)具体为测量光束，所述测量束(112)发射至光学介质(108)与所述材料的表面的所述第一区域(102)相接触的区域中。17.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述检测装置和所述用于发射测量束的装置彼此相互对准，使得所述测量束在所述光学介质(108)的所述界面(GF)处发生至少一次反射之后，所述检测装置检测所述测量束作为所述时间依赖的响应信号，其中，所述光学介质(108)的所述界面(GF)与所述材料相接触，具体地，所述光学介质(108)的所述界面(GF)与所述材料(101)的表面的所述第一区域(102)相接触。18.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述检测装置和/或所述激发传输装置和/或所述用于发射测量束的装置直接机械固定地连接至所述光学介质，和/或通过光纤线缆(120)联接至所述光学介质。19.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学介质直接支承成像光学器件(128、129)，和/或成像光学器件(128、129)集成在所述光学介质中。
20.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学介质的表面具有朝向彼此倾斜的多个部分面(110、111)，所述测量束(112)在所述多个部分面(110、111)处发生多次反射，具体地，所述测量光束在所述多个部分面(110、111)处发生多次反射。21.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述光学介质(108)上或所述光学介质(108)中设置有一个或多个反射表面(113、114)，以用于反射所述测量束(112)，具体地反射所述测量光束。22.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置(100)和/或所述检测装置(106)和/或所述用于发射测量束的装置(105)直接附接至彼此或附接至公共支承部(121)。23.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述支承部(121)由印刷电路板、金属板或塑料板或壳体(122)或所述装置的壳体部分形成。24.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置具有集成的半导体部件，所述集成的半导体部件包括一个或多个激光器元件和至少一个微光学部件以及优选地包括附加调制元件。25.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述调制元件包括至少一个元件，具体为镜子，所述至少一个元件能够相对于其余的所述半导体装置移动，且其位置是能够控制的。26.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述调制元件包括具有可控辐射磁导率的层。27.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述调制元件包括用于调制所述一个或多个激光器元件的电子控制电路。28.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置(100)配置成在900/cm与1650/cm之间的中红外波数范围内辐射大部分传输功率，具体地超过80％的功率。29.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述激发传输装置(100)配置成单独地、同时地或顺序地发射20个与100个之间的波长，具体地发射20个与70个之间的波长，更具体地发射20个与50个之间的波长，进一步具体地发射30个与50个之间的波长。30.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，在测量中，大部分激发波长，具体地超过50％的所述激发波长，更具体地超过80％的所述激发波长，位于所述葡萄糖分子的基本振荡区域中的吸收极大值处。31.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置，具体地为所述激发传输装置，配置成使用1Hz与10kHz之间的频率调制所述激发，具体地使用10赫兹与1000赫兹之间的频率调制所述激发，更具体地使用20赫兹与500赫兹之间的频率调制所述激发。32.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置配置成优选地在激发脉冲持续10ms与l000 ms之间的持续时间之后，更优选
地在激发脉冲持续50ms与500ms之间的持续时间之后，进一步优选地在激发脉冲持续50ms与150ms之间的持续时间之后，检测所述响应信号的瞬时波形，以及对所述瞬时波形进行傅里叶变换。33.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置配置成使得所述测量重复2次至10次，以及对平均的信号波形或图案进行积分变换，具体地以适当的基函数进行傅里叶变换或小波变换，或以适当的基函数对单独积分变换进行平均化，所述单独积分变换具体地为傅里叶变换或小波变换。34.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，提供用于设置所述激发束进入待检验的材料中的不同入射角的装置。35.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置配置成使得在所述激发束的不同入射角下连续地重复进行所述测量，并且所述结果彼此相结合，具体地所述结果彼此相减，以消除所述上层皮肤的影响。36.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置校准为生物的体温，具体地校准为37摄氏度，具体地通过以下事实校准：所述装置的至少部分与患者的身体直接地或间接地、恒定地或暂时地相接触。37.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置配置成确定体液中的药物的水平，具体地用于检测扑热息痛、苯妥英、丙戊酸、拉莫三嗪、苯巴比妥、氟卡尼、洋地黄毒苷、地高辛、他克莫司、依维莫司、胺碘酮、氨基糖苷类、茶碱、万古霉素、锂、卡马西平、西罗莫司和/或氨甲喋呤。38.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置配置成使得在材料存在三个特征相邻极值的情况下，在两个外极值之间的间隔中发射至少10个波长，优选地发射至少20个波长。39.用于分析材料(101)的方法，其中，在所述方法中，
‑
利用激发传输装置(100)，通过至少部分地同时或连续操作激光光源的多个激光发射器，产生具有至少一个激发波长的至少一个电磁激发束(SA)；
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利用检测装置(106)检测响应信号(SR)；以及
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基于所检测的响应信号(SR)，分析所述材料。40.根据权利要求39所述的方法，其特征在于，使用所述激发传输装置的不同调制频率，连续地确定响应信号，具体为瞬时响应信号波形或图案，以及使不同调制频率下的多个响应信号波形或图案彼此结合，以及具体地，从所结合的响应信号波形或图案中获得表面下的深度范围的具体信息。41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，对于不同波长的所述激发束，确定不同的调制频率下的响应信号波形或图案，具体地，从所述响应信号波形或图案获得所述表面下的每个深度范围的具体信息。42.根据权利要求41所述的方法，其特征在于，当同时使用泵束的多个调制频率时，通过分析过程，优选地通...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚力山大，
申请(专利权)人：迪亚蒙泰克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：