ПОРТАТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ И КОНТРОЛЯ АНАЛИТОВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ Российский патент 2012 года по МПК G01N33/48 A61B5/1486 A61B5/1495 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области устройств для почти непрерывного анализа внеклеточной биологической жидкости, длящегося множества часов, и в частности к области портативного оборудования, снабженного электрохимическими биодатчиками для измерения глюкозы и других аналитов (веществ, определяемых при анализе).

Предшествующий уровень техники

В области медицины хорошо известна потребность в приборах, пригодных для мониторинга концентрации определенных молекул в крови пациентов. В равной мере хорошо известно, что на основании измерения количества упомянутых молекул во внеклеточных жидкостях можно идентифицировать, с превосходной степенью приближения, соответствующие концентрации веществ в крови. Это стимулировало разработку оборудования и устройств для измерения концентрации аналитов, например глюкозы, во внеклеточных жидкостях. Недавно упомянутое оборудование было выполнено в портативном виде, чтобы еще более облегчить его использование, позволяя использовать упомянутое оборудование также и вне условий больницы.

Патент США US 5791344 относится к портативному устройству для анализа биологических жидкостей, которое использует электрохимический биодатчик. Этот измерительный прибор питается от электрической сети и батареи, используемой только в случае экстренных обстоятельств, а не для эксплуатационного энергоснабжения; данное ограничение препятствует использованию этого прибора на пациентах, которые свободно передвигаются и находятся в состоянии "обычной жизни". В дополнение к этому ограничению, элемент "измерительная ячейка", описанный в патенте США US 5791344, который содержит электрохимический измерительный преобразователь, требует использования батареи, расположенной внутри датчика, что имеет очевидные недостатки в том, что касается технического обслуживания и долговечности. Кроме того, электрохимический измерительный преобразователь, описанный в патенте США US 6171238, должен быть "смочен" на стадии производства и поддерживаться в упомянутом состоянии в течение периода хранения, что делает эту стадию чувствительной и трудной для поддержания ее эффективности.

Другие устройства, относящиеся к предшествующему уровню техники, такие как устройство, описанное в немецком патенте DE 4405149 или в европейском патенте EP 1153571 данного заявителя, используют технологию, посредством которой образец внеклеточной жидкости, содержащий глюкозу, отбирается путем введения микроволокна для диализа, но влекут использование ячейки с ферментативной реакцией в измерительном приборе, и поэтому должны приводить образец, подлежащий измерению, к постоянной заранее заданной температуре посредством нагревателя, с очевидными осложнениями в том, что касается контроля и управления измерением. Наконец другие устройства, как устройство, описанное в патенте US 6171238, позволяют использовать электрохимические измерительные преобразователи, которыми проще управлять, содержащие неподвижную часть, размещенную в приборе, и подвижную и заменяемую часть, предпочтительно одноразового типа, представленную, например, селективной фильтровальной мембраной. Недостаток устройств этого типа заключается в том, что датчик типа датчика Кларка предназначен для измерений на единичных образцах биологических жидкостей, и как таковой не является специализированным, но позволяет приспособить прибор для выполнения многих типов измерений. Следовательно, упомянутый прибор не позволяет выполнять множественные измерения и также не обеспечивает долговечность, составляющую множество часов, требующуюся от специализированного измерительного оборудования для непрерывных измерений на индивидуальных пациентах.

В общем, все устройства, описанные в вышеперечисленных документах, специализирующиеся на выполнении непрерывных измерений на индивидуальных пациентах, включают в себя использование электрохимических датчиков, снабженных тремя или более электродами, функционирующих при значительном напряжении поляризации, которое может достигать значений, превышающих несколько сотен милливольт. Устройство, описанное в настоящей патентной заявке способно функционировать с датчиками, снабженными хотя бы только двумя электродами и имеющими очень низкие напряжения поляризации, малые настолько, что составляют лишь несколько милливольт.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение относится к портативному устройству, снабженному биодатчиком для измерения и контроля биологических жидкостей, таких как глюкоза и другие аналиты.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 - блок-схема портативного устройства для измерения и контроля аналитов в биологических жидкостях согласно настоящему изобретение.

Подробное раскрытие изобретения

Настоящее изобретение состоит из устройства для непрерывного измерения и контроля аналитов, присутствующих в биологических жидкостях, которое преодолевает недостатки устройств, относящихся к предшествующему уровню техники, внося многочисленные усовершенствования: возможность использования электролитических ячеек с двумя, тремя или более электродами, с напряжением поляризации в интервале между несколькими милливольтами и 100 милливольтами; возможность измерения температуры жидкости на выходе из упомянутой электролитической ячейки в режиме высокого разрешения для диагностических целей, следовательно, оно может также использоваться для выполнения очень точной термокомпенсации электрохимического измерения; возможность выполнения оптимизированной коррекции как систематических, так и случайных ошибок выполненного измерения; возможность калибрования датчиков, используемых с более высокой точностью и эффективностью и, наконец, возможность выполнения измерения с напряжениями поляризации на электродах, намного более низкими, чем в оборудовании, относящемуся к предшествующему уровню техники, с проистекающими из этого преимуществами в виде сниженного износа используемых электродов и сниженной восприимчивости к электрохимическим помехам на измерительной стадии.

Фиг.1 подробно показывает структуру оборудования согласно настоящему изобретению. Имеется три отдельных модуля:

- одноразовая измерительная ячейка (20);

- измерительный блок (21);

- блок (22) дистанционного управления;

- электрические соединения (36, 37) и капиллярные трубки (25, 26), предназначенные для передачи электрических и гидравлических сигналов, которые соединяют одноразовую измерительную ячейку (20) с измерительным блоком (21).

Упомянутая измерительная ячейка (20), в свою очередь, содержит:

- подкожный зонд (28);

- ферментативную ячейку (29), соединенную с подкожным зондом (28) посредством соответствующего гидравлического соединения (42);

- тепловой датчик (30), соединенный с первой капиллярной трубкой (26) на выходе из ферментативной ячейки (29);

- элемент, содержащий образец (32) глюкозы для функциональной проверки системы перед введением подкожного зонда;

- отделитель (33) воздушных пузырьков.

Предпочтительно, чтобы измерительный блок (21), в свою очередь, содержал:

- первый резервуар (23), соединенный с гидравлическим блоком (24), содержащим насосное средство, пригодное для подачи раствора, содержавшегося в первом резервуаре (23), в подкожную область пациента по пути, содержащему: вторую капиллярную трубку (25), входящую в измерительную ячейку (20); элемент, содержащий образец (32) глюкозы; отделитель (33) воздушных пузырьков и, наконец, входную трубку подкожного зонда (28);

- манометр (35), соединенный со второй капиллярной трубкой (25) посредством соответствующего гидравлического соединения (40) и пригодный для измерения давления на входе в измерительную ячейку (20);

- второй резервуар (27), пригодный для приема образца интерстициальной жидкости из первой капиллярной трубки (26) после того, как измерение было выполнено;

- управляющий модуль (31) с микропроцессором, пригодный для управления последовательностью операций измерения и записи, выполняемых устройством - объектом настоящего изобретения и для управления двухсторонней передачей команд, результатов измерения и программ посредством радиосвязи вовне и в частности блоку (22) дистанционного управления, предназначенного для настройки, регулирования и мониторинга измерения. Микропроцессорный управляющий модуль (31) будет соединен с тепловым датчиком (30) и с ферментативной ячейкой (29) посредством соответствующих электрических соединений (36), (37), которые соединяют одноразовую измерительную ячейку (20) с измерительным блоком (21). Микропроцессорный управляющий модуль (31) далее будет соединен посредством соответствующего электрического соединения (41) с манометром (35), пригодным для мониторинга давления на входе в измерительную ячейку (20);

- батарея (34) источника питания.

Насосное средство содержит насос, например, механического типа - шприцевый или перистальтический - или диафрагменный или пьезоэлектрический насос. Предпочтительно, чтобы отделитель (33) воздушных пузырьков был снабжен соответствующим средством для фильтрования и отделения любых микроскопических воздушных пузырьков, которые могли бы препятствовать подаче раствора, содержащегося в первом резервуаре (23), в подкожную область пациента. В предпочтительном варианте реализации настоящего изобретения ферментативная ячейка (29) содержит, при ее подробном рассмотрении:

- ферментативный биодатчик (38), относящегося к типу с двумя или тремя электродами;

- реакционную камеру (39) со входом и выходом, внутри которой размещен ферментативный биодатчик (38).

Как было сказано ранее, устройство - объект настоящего изобретения может содержать ферментативные биодатчики с тремя или двумя электродами, предлагая, таким образом, чрезвычайно высокую гибкость использования.

Функционирование устройства согласно настоящему изобретению может быть описано следующим образом.

Измерительная ячейка (20) соединена с измерительным и записывающим блоком (21) посредством электрических соединений (36), (37), которые соединяют электрические клеммы датчиков (29) и (30) с измерительной схемой, находящейся в модуле (31), и трубки (25) подачи раствора, а также посредством сточной трубки (26) - с резервуаром (23) и с приемным резервуаром, соответственно. Перед наложением измерительной ячейки (20) на пациента выполняется функциональный тест ферментативного датчика, который может быть активирован посредством блока (22) дистанционного управления после введения батареи (34) источника питания в измерительный и записывающий блок (21). Эта процедура проверки датчика состоит в прокачивании, при надлежащем расходе, перфузионного раствора через элемент (32), содержащий образец глюкозы известной концентрации, и в считывании последующего отклика ферментативного датчика, получающего токовый сигнал в течение периода в несколько минут. Надлежащий алгоритм вычисления определяет, попадает ли отклик в пределы заданных критериев входного контроля. Если отклик находится вне вышеупомянутых критериев, то одноразовая измерительная ячейка заменяется, и функциональный тест повторяется. Если проверка датчика дает положительный результат, то измерительная ячейка (20) накладывается на кожу пациента после введения зонда (28) под кожу посредством соответствующей направляющей иглы, и измерительный и записывающий блок (21) прикрепляется к пациенту посредством соответствующего ремня. В этот момент инициируется мониторинг посредством соответствующей команды от блока (22) дистанционного управления, который запускает насос, измерение и запись данных на множество часов. Посредством блока (22) дистанционного управления, снабженного соответствующим устройством отображения, можно в любое время соединяться посредством радиосвязи с записывающим устройством и отображать результаты измерения в реальном масштабе времени как в численной, так и в графической форме. В частности, может быть отображен весь график, записанный вплоть до данного момента ферментативным датчиком и температурным датчиком. Непрерывное измерение температуры используется для того, чтобы компенсировать ток ферментативного датчика и максимизировать точность измерения. Это измерение достаточно точно для того, чтобы в дополнение к измерению глюкозы или другого аналита, обнаруженного ферментативным датчиком, непрерывно представлять фактическую температуру тела пациента с очевидным диагностическим значением. Измерительная ячейка (20) снабжена устройством (33) для отделения любых воздушных пузырьков, присутствующих в гидравлическом контуре, которые могли бы воздействовать на измерение ферментативного датчика.

Устройство (33) для отделения воздушных пузырьков выполнено в виде камеры с двумя мембранами, одна из которых позволяет при рабочем давлении прохождение жидкости по гидравлической линии, но с отделением от нее пузырьков, тогда как другая позволяет выпускать воздух, накопившийся в камере, но не перфузионную жидкость.

Изобретение относится к области аналитической химии и может быть использовано для измерения аналитов (веществ, определяемых при анализе) в биологических жидкостях. Портативное устройство для измерения и контроля аналитов в биологических жидкостях содержит: одну одноразовую измерительную ячейку (20) для наложения на кожу пациента, измерительный блок (21), соединенный с измерительной ячейкой (20), блок (22) дистанционного управления, соединенный с измерительной ячейкой (20) и с измерительным блоком (21). Измерительная ячейка (20) и измерительный блок (21) выполнены в виде отдельных модулей и соединены друг с другом посредством электрических соединений (36, 37) и капиллярных трубок (25, 26). Измерительная ячейка (20) содержит: подкожный зонд (28), ферментативную ячейку (29), соединенную с подкожным зондом (28) посредством гидравлического соединения (42), тепловой датчик (30), соединенный с первой капиллярной трубкой (26) на выходе из ферментативной ячейки (29), элемент, содержащий образец (32) глюкозы для функциональной проверки системы перед введением подкожного зонда, и отделитель воздушных пузырьков (33). Изобретение обеспечивает повышение точности измерения при пониженном напряжении поляризации на электродах. 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Портативное устройство для измерения и контроля аналитов (веществ, определяемых при анализе) в биологических жидкостях, содержащее
одну одноразовую измерительную ячейку (20), предназначенную для наложения на кожу пациента и содержащую подкожный зонд (28), ферментативную ячейку (29), соединенную с подкожным зондом (28) посредством соответствующего гидравлического соединения (42), тепловой датчик (30), соединенный с первой капиллярной трубкой (26) на выходе из ферментативной ячейки (29),
электрические соединения (36, 37) и капиллярные трубки (25, 26), предназначенные для передачи электрических и гидравлических сигналов, элемент, содержащий образец (32) глюкозы для функциональной проверки системы перед введением подкожного зонда; отделитель воздушных пузырьков (33),
один измерительный блок (21), соединенный с измерительной ячейкой (20),
один блок (22) дистанционного управления, соединенный с измерительной ячейкой (20) и с измерительным блоком (21) и предназначенный для настройки, регулирования и мониторинга измерения,
отличающееся тем, что
измерительная ячейка (20) и измерительный блок (21) выполнены в виде отдельных модулей и соединены друг с другом посредством электрических соединений (36, 37) и капиллярных трубок (25, 26), предназначенных для передачи электрических и гидравлических сигналов.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительный блок (21) содержит первый резервуар (23), соединенный с гидравлическим блоком (24); манометр (35), соединенный со второй капиллярной трубкой (25) и предназначенный для измерения давления, подаваемого в измерительную ячейку (20); второй резервуар (27), предназначенный для приема образца интерстициальной жидкости из первой капиллярной трубки (26) после того, как измерение было выполнено; управляющий модуль (31) с микропроцессором, предназначенный для управления последовательностью операций измерения и записи и двухсторонней передачей команд, результатов измерения и программ посредством радиосвязи вовне и в частности блоку (22) дистанционного управления; батарею (34) источника питания.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит гидравлический блок (24) снабженный насосным средством, предназначенным для подачи раствора, содержащегося в первом резервуаре (23), в подкожную область пациента через измерительную ячейку (20).

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что содержит микропроцессорный управляющий модуль (31), соединенный с тепловым датчиком (30) и с ферментативной ячейкой (29) посредством соответствующих электрических соединений (36, 37), и с манометром (35) посредством соответствующего электрического соединения (41).

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что насосное средство содержит насос, например, механического типа - шприцевый или перистальтический - или диафрагменный или пьезоэлектрический насос.

6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что ферментативная ячейка (29) содержит реакционную камеру (39), снабженную входом и выходом и, в свою очередь, содержащую внутри себя ферментативный биодатчик (38).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что ферментативный биодатчик (38) относится к типу биодатчиков с тремя или двумя электродами.

8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что зонд (28) содержит соответствующую направляющую иглу.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что измерительный блок (21) снабжен соответствующим средством для закрепления на теле пациента.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок (22) дистанционного управления содержит соответствующее устройство отображения, предназначенное для отображения результатов измерений, выполняемого в реальном масштабе времени как в численной, так и в графической форме.

11. Устройство по п.2, отличающееся тем, что устройство (33) отделения воздушных пузырьков выполнено в виде камеры с двумя мембранами, одна из которых позволяет при рабочем давлении прохождение жидкости по гидравлической линии, но с отделением от нее пузырьков, тогда как другая позволяет выпускать воздух, накопившийся в камере, но не перфузионную жидкость.