組合的刺血針和電化學分析物化驗設備的製作方法
2023-07-05 06:05:01 1
專利名稱：組合的刺血針和電化學分析物化驗設備的製作方法
技術領域：
本申請涉及一種電化學設備，用於檢測血液或間隙液體中的分析物質，特別是葡萄糖。
背景技術：
葡萄糖監控對糖尿病患者是日常生活的需要，此種監控的精度簡直可以說是生死攸關。為了使經常監控葡萄糖水平的需要成為正常生活的一部分，現在可以利用許多葡萄糖測量儀表，它們使患者能以小量血液化驗葡萄糖水平。這些儀表中的許多用電化學法檢測血樣中的葡萄糖，利用作為丟棄式的一次性使用的電極系統的一部分提供的一種酶如葡萄糖氧化酶來檢測血液葡萄糖的氧化。這種類型的裝置的例子公開在歐洲專利No.0 127 958與美國專利No.5 141 868、No.5286 362、No.5 288 636和No.5 437 999中，它們參考合併於此。
為了使用這些儀表，使用人刺破一個手指或身體其它部分，以產生小量血樣或間隙液體試樣，然後將它們轉移到一次性電極系統上。這可能產生問題，因為一天需要進行幾次測量。慣常抽引小量血樣的最大缺點是使用目前可用的刺血針或刺指裝置時遭受的痛苦。取樣的最好部位是指尖皮膚的富毛細血管床，該處易於從小的刺破產生一滴血液。指尖也富有痛覺感受器，當刺破口太深或太接近一個新近的刺破處時，或不夠深而需要第二次刺入時，痛苦會增加。如果刺血針緩慢穿刺或緩慢抽回，痛苦也會增加。其次，使用人可能被迫刺破得比需要的更大，以便得到一滴能轉移到測量條上的血液。由於這一點，已提出不同的刺血裝置設計，這些設計便於使用該裝置和限制手續伴隨的痛苦。刺血裝置的例子描述於美國專利No.4 924 879、No.5 201324、No.5 318 584、No.5 879 311和No.5 879 367中，它們參考合併於此。
國際專利出版物No.WO 95/10223描述了一種採集間隙液體的裝置。該裝置可以包括一個薄膜，在薄膜上採集和乾燥試樣。該薄膜然後轉移到一個外部裝置以供分析。
這些用電化學法監控糖尿病患者的葡萄糖的已知裝置每一個都包括一個兩步過程，其中首先刺破皮膚獲得試樣，然後將該試樣轉移到一個傳感器進行分析。這存在幾個缺點。首先，使用人必須將血液轉移到檢測設備中，這需要熟練的測量技巧將手指上的血滴對準傳感器或儀表的試樣接受孔。其次，由於這種轉移，從病人抽取的血液或液體的量可能對傳感器不合適，或者太少而不能提供精確的測量，或者太多而增加手續伴隨的痛苦。
美國專利No.4 637 403公開一種自包含的裝置，用於刺血和利用比色法化驗血液葡萄糖。美國專利No.5 054 499公開一種比色裝置，其中一個刺血針在刺破皮膚之前先刺破一個吸收部件，後者包括用於比色法檢測葡萄糖的試劑。美國專利No.5 682 233和No.5 823973公開一種取樣裝置，其尺寸能使其與一個進行試樣光學分析的化驗設備相匹配。美國專利No.5 746 217公開一種刺血針，其中利用一個毛細管捕集試樣，在毛細管中用紅外光譜法進行分析。美國專利No.5 879 310公開一種裝置，其中一個刺血針刺破皮膚，而形成體液試樣的試樣被轉移在一個光學系統內進行分析。
美國專利No.4 953 552公開一種用電化學法檢測葡萄糖的裝置，其中產生電化學信號的試劑直接塗在刺血針上，因此與試樣接觸而不需要再一次打擾使用人。在該裝置中，沒有彈簧作用驅動刺血針，刺血針由使用人簡單地壓入。這使得刺破操作難於控制。其次，在該公開的裝置中替換刺血針和試劑不方便，難於進行傳感器的批量生產。
因此，在採集和分析液體試樣的方式中留有改進的餘地。
發明內容
本發明提供一種改進的設備，用於檢測和定量分析血液或間隙液體中可用電化學法檢測的分析物質，如葡萄糖。該設備包括一個儀表裝置、一個刺血針和一個電化學傳感器。在這些部件中，該儀表最好可以重複使用，而刺血針和電化學傳感器最好預定一次性使用。
該儀表裝置包括一個外殼、安置在該外殼內而用於接合一刺血針和移動被接合的刺血針的機構、一個安置在該外殼內而用於接合一該分析物質專用的電化學傳感器並傳送一個指示分析物質量的信號的連接器以及一個與該連接器在操作上聯接而用於向使用人顯示該分析物質量的顯示器。該電化學傳感器適合於檢測一種特定的分析物質。此外，該電化學傳感器包括一個攝取血樣或間隙液體試樣的試樣攝取或接受部件。在本發明的一個實施例中，當一個刺血針被接合在該設備中時，接合和移動刺血針的機構將刺血針從初始位置移動到一個刺破使用人皮膚的刺破位置，並任選地返回一個縮回位置，後者可以與初始位置相同或不同。該電化學傳感器安置成當刺血針刺破使用人皮膚時試樣攝取或接受部件從刺破的皮膚處攝取一個試樣。在另一個實施例中，刺血針是一個空心套管，通過它將血液或間隙液體從刺破部位輸送到電化學傳感器的吸收部分。因此，在任何一個實施例中，本發明都提供一種一步操作的設備，其中，試樣的獲得和分析是作為將設備壓靠使用人皮膚的一步操作的結果而產生的，不需要移動外殼。本發明還提供一種包括一個在其中達到試樣獲得和分析兩者的一步手續的方法。
本發明的另一方面涉及用於本發明所述的儀表中的一次性使用的傳感器組件。此種一次性使用的傳感器組件可以只包括在一個適合於固定在儀表上的支承件中的傳感器，或是包括傳感器和刺血針兩者。在後一種情況下，該一次性使用的傳感器組件可以包括一個傳感器和一個或多個刺血針，或者它也可以包括多對刺血針/傳感器。
具體地，本發明提出一種用於檢測和定量分析血液或間隙液體中用電化學法可檢測的分析物質的設備，包括多個電化學傳感器；一個儀表裝置，包括一個外殼、安置在該外殼內而用於接合一個刺血部件和移動被接合的刺血部件的機構、一個安置在該外殼內而用於接合作為分析物質專用的一個化學傳感器並從被接合傳感器傳送一個指示分析物質量的信號的連接器，以及一個與該連接器在操作上聯接而用於向使用人顯示該分析物質量的顯示器，其中所述刺血部件是在該外殼內被接合；
所述電化學傳感器包括一個用於攝取血液或間隙液體試樣的試樣吸收受部件，其中該接合和移動刺血部件的機構在一個周期中移動該刺血部件，從一個初始位置移動到一個刺破使用人皮膚的刺破位置，其中該電化學傳感器安置成該試樣吸收部件從刺破的皮膚攝取一個試樣而不移動該設備；所述刺血部件是一種具有一近端和一遠端的刺血針的空心套管，並且所述近端與所述電化學傳感器並列，以容許由所述電化學傳感器吸收的液體經過所述空心套管；及所述多個電化學傳感器是設置在一個盤上。
該外殼是一個具有頂面和底面的扁平盤，還包括使外殼底面壓靠使用人皮膚的機構，其中，電化學傳感器安置成鄰接該底面，而刺血部件移動而刺破鄰接該底面的皮膚。
當該底面壓靠使用人皮膚時，使用人可以看到顯示器。
還包括一個在操作上連接在該多個刺血部件上的計時器，用於在預定的時間間隔內自動攝取和評價一個試樣。
該時間間隔是根據設備所要測定的分析物質量來調整的。
還包括一個試樣警報器，用於向使用人指示已經採集到足夠的試樣。
還包括一個化驗警報器，用於向使用人指示已經到採集試樣的時間了。
還包括一個結果警報器，用於指示測得的分析物質水平高於或低於預先確定的閾值。
該結果警報器傳送一個信號到遙控接收器。
圖1表示本發明所述設備的外形圖；圖2A-2C表示本發明所述裝置的截面圖；圖3A-3C表示按照本發明的一個實施例的傳感器和刺血針的配置的簡圖；圖3D和3E表示用於本發明的另一實施例中的傳感器；圖4表示一種用於分析物質的電化學法檢測的示範性傳感器組件；
圖5A-5C表示包括在本發明所述的傳感器組件中的傳感器32的特定實施例；圖5D表示本發明所述的傳感器組件的又一實施例；圖6A-6C表示本發明的一種替代實施例的簡圖；圖7表示用於圖6所示的本發明實施例中的一種傳感器組件的實施例的橫截面；圖8A-8G表示本發明的又一實施例；圖9A和9B表示一種具有多個電極部件的傳感器的製備；圖9C表示本發明所述的一種設備；圖10表示可以包括在本發明所述設備中的電子線路的簡圖。
具體實施例方式
本發明的設備是一種整體的刺血和分析裝置，它不需要將試樣從刺血部位轉移到分析條的分開操作。該設備包括一個儀表裝置、一個刺血部件(如一個刺血針或空心針)和一個電化學傳感器，該儀表裝置中安裝了分析試樣和顯示結果的電子線路。電化學傳感器包括一個攝取試樣用的「試樣攝取或接受部件」。如本說明書和權利要求書中使用的，術語「試樣攝取或接受部件」包含將液體試樣從取樣部位直接轉移到電化學傳感器的各種方法，包括(但不限於)攝取液體的吸收材料如吸水芯、海綿或吸收墊和轉移液體用的套管。液體的攝取可以是由吸收材料的結構或者分析盒或套管的尺寸產生的固有的毛細作用或表面張力的結果，或者它也可以是一種由於外加抽吸而激發的主動吸收。事實上，術語「試樣攝取或接受部件」應用理解為能將試樣從取樣部位轉移到傳感器電極的任何手段。例如，該試樣攝取或接受部件可以是傳感器本身的活性部分。試樣攝取或接受部件的尺寸或攝取體積容量會受待分析試樣體積的影響，後者通常為約100μl至10μl。
圖1表示本發明所述設備的一個實施例的外形圖，但是可以理解，該裝置的總體形狀是設計選擇的問題，因此此處提供的僅是例示。圖示的裝置便於用一隻手握住，同時可以清楚地看到顯示器。此外，當從其它部位如手掌、手臂或腹部取樣時也便於操作。
如圖所示，該裝置包括一個其尺寸易於拿在一隻手裡的外殼1。在外殼1的外表面上有一個使用人能看到的顯示器2。皮膚接觸環3安置在裝置的取樣端部4上，而用於啟動取樣/測定周期的按鈕5安置在相對的端部6上。彈射滑片7當其移向取樣端部4時彈射所用的刺針和電化學傳感器，同時也用於將裝置鎖住。有選擇功能的按鈕5用於設定刺血針的刺入深度。
圖2A-2C表示圖1裝置的截面圖，顯示接合和移動刺血針用的內部機構和將電信號從傳感器(圖2中未示出)傳送到顯示器2用的電子線路21。電觸頭22安置在外殼1的端部附近，用於與傳感器形成電接觸，並通過導電元件23連接到電子線路上。這三個圖例示該裝置的操作。
在圖2A中，裝置處於取樣前的停止位置。彈簧20上沒有張力。衝杆24連接在刺血針插座8和豎起鈕27上。彈簧連接在刺血針上並壓在刺血針上，使得能夠從豎起位置推出刺血針和從刺入位置拉回刺血針。孔28允許空氣從被一個閥26和壓靠皮膚接觸環3的皮膚所限定的空間中流出。該閥是一個單向閥，它允許空氣從該空間流出，而不允許流入。卡口29將豎起鈕27保持在位置中，直到手動釋放。為了豎起裝置，將豎起鈕27向上推到卡口29中，使刺血針組件和閥向上移動，壓縮彈簧，如圖2B中所示。然後對著皮膚按壓豎起的裝置並離開卡口29。這導致刺血針組件受向下驅動而刺破皮膚，如圖2C中所示。在該向下移動中，由於單向閥26，在衝杆24和皮膚之間的區域內壓力不會增大。但是，因為彈簧經過了其平衡位置，所以在皮膚被刺破後，刺血針組件有一個向後動作，而這一動作導致該區域中產生減壓。
本發明裝置的能夠進行真正的一步操作的重要特點在於，採用刺血針和傳感器的一種配置，使得能夠「原位」取樣而不必行動裝置。圖3A-3C表示一個此種配置的簡圖。圖3A表示裝置處於待用狀態。刺血針31安置在外殼1中，用移動刺血針的機構(未示出)接合。傳感器條32是傳感器組件33的一部分，後者包括皮膚接觸環3和一個將該組件聯接到外殼1上的套環34。皮膚接觸環3壓靠使用人的皮膚，這導致被皮膚接觸環環繞的面積中的組織向上突起。當啟動裝置時，刺血針裝置31向下移動，首先刺破傳感器32，然後刺破皮膚，如圖3B中所示。然後刺血針31退回，而從刺破的皮膚流出的血液或液體吸入傳感器(圖3C)。傳感器可以這樣設計，使得刺血針通過一個薄弱的斑點98刺破傳感器(見圖3D)。該薄弱的斑點是傳感器的一個整體部分，它可以是接受試樣的攝取機構。
按照本發明的另一實施例，刺血針裝置刺破皮膚時不用首先刺破傳感器組件。傳感器設計成安置在緊靠由該刺破動作獲得的試樣處，因為將試樣傳送給傳感器成為一步法試樣獲取和分析過程的一部分，而不需要移動外殼。在這樣一個實施例中，傳感器與刺血裝置相關地安置，因此與試樣位置有關，使得試樣攝取或接受部件非常接近或能夠接觸該刺血裝置刺破皮膚而形成的試樣，使得試樣傳送到傳感器成為可能。該試樣攝取或接受部件可以是傳感器的一個整體部分，如圖3D中所示，或者它也可以是傳感器的外面部分，如圖3E中所示的吸水芯97。傳感器相對於試樣的角度可以變化，可以是便於試樣高效傳送的任何角度。
在圖3A-3C所示的本發明實施例中，刺血針31和傳感器組件33是分開的。該實施例中使用的刺血針可以是與刺血針移動機構和外殼尺寸相適應的常規設計。在該技術中已知各種形式的刺血針和相關的刺血針移動機構，包括如美國專利No.4 924 879；No.5 196 025；No.5 304 193和No.5 318 583中提到的，它們參考合併於此。傳感器組件是一種適用於本發明的新穎部件，它本身構成本發明的一個方面。圖4更詳細地表示一個示範的用於分析物質電化學法檢測的傳感器組件的橫截面。如圖所示，傳感器32有一個試劑墊41，安置成與被皮膚接觸環3限定的孔42的一個邊緣大體對準。套環34有一個凸緣43，當傳感器組件連接在該儀表上時，儀表的外殼1壓靠該凸緣43。通過凸緣43中的一個孔，可以接觸到電觸頭44和45。可以設置一個絕緣墊，使得只有當存在液體試樣時才在試劑墊附近出現觸頭之間的導電性。當該儀表的外殼1插入傳感器組件時，通過電觸頭44和45形成電接觸。
在圖4的傳感器組件中，傳感器32鄰近皮膚接觸環3安置，並延伸跨過由皮膚接觸環限定的開放空間42的一端。傳感器包括試劑墊41和響應分析物質的存在而產生一個電化學信號的電極和一個用於吸收置於環的中心孔內的液體並將液體送入試劑的最近反應區的吸附部件，以及一個傳送從傳感器來的電化學信號用的電觸頭。該試劑被選定能提供一個響應分析物質的存在的電化學信號。在葡萄糖的情況下，合適的試劑包括一種能使葡萄糖氧化的酶(如葡萄糖氧化酶)和一種介質化合物，該介質化合物將電子從酶轉移到當葡萄糖存在時在可測電流中形成的電極。代表性的介質化合物包括鐵氰酸鹽、茂金屬化合物如二茂鐵、醌、吩嗪鹽、氧化還原指示劑DCPIP和咪唑替代的鋨化合物。工作電極已經用這類材料以許多方式配製。例如，導電碳、葡萄糖氧化酶和一種介質的多種混合物已配製成膏體或濃汁並加在墊底上。見EP 0 127 958和US 5 286 362，它們參考合併於此。
圖5A-5C表示傳感器32的一種特定實施例的組件，包括在本發明所述的傳感器組件中。觸頭53和導線55形成於不導電的襯底51上。在圖5A所示的實施例中，形成三組觸頭和三組導線，以便產生帶有試劑52的兩個工作電極和一個參比電極。觸頭和導線用導電的碳素墨汁合適地製成，雖然也可使用其它導電材料。電極可以印刷製成。在一片材料上合適地製成幾組傳感器，然後切開使用。
襯底51可以用一種強度足夠大的材料有利地製成，使得刺血針不能刺穿襯底材料。這可以在刺血針沒有對準時防止汙染產生。但是，在這種情況下，襯底51需要有一個孔54或一個薄弱的斑點，以便刺血針可以穿過該孔或斑點。用作襯底的合適材料包括聚酯條、高密度聚乙烯和ABS。
在電極製成後，在孔54和電極上包括試劑墊52上放置一層吸水芯56(圖5B)。該吸水芯起吸收元件的作用，將試樣抽吸到傳感器中並將其引導到電極上。合適的吸水芯材料包括尼龍網。但是，在某些情況下，不需要分開的吸水芯，例如當襯墊51中的孔54固有地提供一條通往電極的試劑墊52的毛細通道時。也可以使用聚合物薄膜層來代替吸水芯或與其聯用，來限定一條用於將試樣吸收到電極上的毛細通道。
在吸水芯(如果存在)和電極上印刷一層絕緣濃汁57。該絕緣濃汁將吸水芯保持在位置上，並限定通過它可以遷移試樣的路徑。例如，該絕緣濃汁包括一個具有與孔54對準的孔的開口和一個延伸在電極的試劑墊52上面的連接區域。觸頭53仍然暴露在絕緣濃汁印刷層57的邊緣外面，以便與儀表形成接觸。任選地，可以加上一個頂蓋，以保護反應物質。這樣一個頂蓋可以用聚合物薄膜如聚酯做成。
圖5A-5C的傳感器可以與如圖4中所示的皮膚接觸環和套環裝配。圖5D表示另一種構型。傳感器32支承在皮膚接觸環3上。套環534固定在皮膚接觸環3的邊緣上，其尺寸做成能接受儀表設備的遠端535。O形環536在套環534和儀表設備的遠端535之間形成密封。儀表設備遠端535上的觸頭522直接與傳感器的觸頭部分(如圖5A中的觸頭53)形成電接觸。
圖6A和6B表示本發明另一個實施例的簡圖。在這種情況下，刺血針61是一個安置在傳感器62鄰近處的空心套管。刺血針61和傳感器62可以製造成單個裝置，它裝入外殼1中以供使用。該外殼最好包括一個皮膚接觸環3，該環產生壓力將血液或間隙液體移出由刺血針61產生的刺孔。當裝置啟動時，刺血針和傳感器作為一個單元裝置向下驅動而刺破皮膚(圖6B)。試樣而後通過刺血針向上抽引到傳感器上。在刺破位置中的停留時間足夠長，以使足夠的試樣引入傳感器。或者是，刺血針的移動可以只沿一個方向，當採集到足夠的試樣時，整個裝置移開。如下面更詳細地討論的，後一選擇可以便於使用一種當採集到足夠試樣時向使用人發出聲音或其它信號的裝置。
圖6C表示本發明的一種包括圖6A和6B中所示類型的傳感器組件的設備。在該設備中，傳感器62有一個整體的刺血針61，並可以滑動地容納在一個第一外殼部分67中。第一外殼部分67的遠端3壓靠使用人的皮膚，造成彈簧66的壓縮和刺血針的露出，以刺破使用人的皮膚。當設備從皮膚移開時，彈簧66使第一外殼部分67向外移動，從而重新屏蔽刺血針的端部。傳感器62與觸頭22產生電接觸，後者通過連接器23又與電子線路21產生電接觸。一個真空衝杆24安置在第二外殼部分68中，以產生引入血液或液體的抽吸。
圖7表示用於圖6所示本發明實施例中的傳感器組件的一個實施例的橫截面。該組件包括一個套管部分71和一個底座部分72。這兩個部分可以做成一個連續的材料部件，或者它們可以做成分開的兩個部件，例如用膠粘劑結合在一起。一個空心刺血針73通過底座部分72，使得刺血針的空心內部74與傳感器75接觸。該傳感器可以延伸在一個比套管部分大的面積上，如圖所示，或者可以利用從套管內表面伸出的一個凸緣來將傳感器75保持就位。第二外殼部分68可以壓靠該凸緣，或者可以如圖7中所示的實施例中那樣壓靠在圍繞套管71的一個環狀表面79上。電接觸可以通過該環狀表面79中的一個孔進行，例如通過觸頭77、78。觸頭77、78也可以形成於套管部分的內壁上。傳感器75可以具有如圖5中所示的同一類型的結構。試劑也可以直接安置在刺血針上，或安置在刺血針空腔中。
圖8A-8G表示本發明的又一實施例。該裝置可以手動操作(沒有自動計時功能)，或者按儀表要求完成化驗程序。在後一種情況下，儀表外殼81包含多對刺血針/傳感器和一個在預定時間間隔中自動利用這多對刺血針/傳感器的計時機構。預定時間間隔的長度與刺血針/傳感器對的數目有關，也和化驗目標分析物質的所要頻度有關。例如，在一個有12對刺血針/傳感器的化驗血液葡萄糖用的裝置中，時間間隔在1至4小時內是合適的。這導致以合理的間隔替換刺血針/傳感器，例如一天兩次、一天一次或兩天一次。計時也可以更短，如每分鐘，或可以用邏輯電路選擇。這樣，例如，在葡萄糖水平快速變化的情形下(如由兩次接連的測量之間的差值確定的)，儀表中的邏輯電路可以做成減小後續測量之間的間隔，直到葡萄糖水平穩定的那個時間。儀表也可以做成在短的時間間隔內讀取若干初始讀數，以便根據結果的變化程度來確定一個合適的基本的化驗間隔。該基本的化驗間隔可以用於化驗周期中所有的後續測量，或如上所述，它可以隨葡萄糖水平的變化而縮短。
本發明實施例的其中該外殼包含多對刺血針/傳感器的一種合適的形式是圖8A和8B中所示的手錶型形式。該設備包括外殼81和帶子82。外殼有一底面83(示於圖8A)和一頂面841(示於圖8B)，通過底面83形成刺血針和使用人皮膚之間的接觸，而在頂面841上顯示化驗結果。該裝置可以像手錶一樣圍繞使用人手腕周帶子卡住，如圖8B中所示，或者圍繞前臂或上臂卡住。一旦就位，該裝置就啟動而可以自動進行多次化驗，不需使用人再操作，在顯示器上顯示出多次化驗的單個結果或其累加。或者是，該裝置或傳感器盤可以自動固定(例如使用與皮膚適應的膠粘劑)。這可以用於人體的任何表面上，不再需要帶子。
圖8C-8F表示本發明該實施例所述設備的部件分解圖。最接近設備底面83的是傳感器盤84。傳感器盤84包括一個襯底810。其上形成多個傳感器812。每個傳感器包括一個試劑墊814，與一對電極816、818接觸。傳感器盤84有一個中心孔，允許觸發機構(心軸/坡道)通過。傳感器作為整體用膠水、超聲焊接或用卡扣接頭結合在一起。
一個隔離環85安置在傳感器盤84上方並與其同軸(圖8A)。隔離環85圍繞每個傳感器812形成一個限定面積，使得接觸一個傳感器的液體不會與相鄰的傳感器相互作用。或者是，可以用絕緣印刷或毛細通道形成這種隔離。如圖所示，傳感器環85具有轂820、輪緣822和多個輻條824。隔離環85安置在傳感器盤84的上方，使得一個傳感器812安置在相鄰的每一對輻條824之間。論輪緣可以包括多個電觸頭，用於傳導從每個傳感器對的電極816、818來的指示分析物質量的信號。
一個凸輪環86安置在隔離環85上方並與其同軸(圖8E)。該凸輪環有一個坡道部分830，使得當在一個固定位置觀察時，凸輪環86的轉動導致凸輪環86厚度的增大。凸輪環86有一中心孔，通過該孔插入一個螺釘或類似的緊固件，以裝配完成的裝置。但是，該孔最好有一個帶小平面的或帶齒的邊緣，以便使凸輪環86能與驅動機構嚙合，從而轉動該凸輪環。
一個刺血針環87安置在凸輪環86上方並與其同軸。刺血針環87有一輪緣840和多個刺血針輻條842，每個輻條有一個自由中心端部。刺血針環87安置成使得每個刺血針輻條842與隔離環85的輻條824之間的空間對準。刺血針輻條842是用具有顯著記憶的可彎曲材料如彈簧鋼製成的。刺血針844在刺血針輻條842的中心端部附近連接在每個刺血針輻條842上，方向向下，使得刺血針844的針尖指向傳感器盤84。刺血針輻條842的長度使其與在刺血針輻條下面的凸輪環86相互作用。當裝置最初裝配時，一根刺血針輻條(任意地稱為第一刺血針輻條)基本上與坡道部分830的最高部分對準，因此從其中性位置或停止位置向上傾斜。當凸輪環86轉動一圈的一部分時，該第一刺血針輻條移開坡道端部並向下彈出，刺穿下面的傳感器盤84和使用人皮膚。同時，「第二」刺血針輻條移入坡道部分830的最高部分處的位置，而每根其它刺血針輻條移到一個傾斜增大的位置。因此，凸輪環86的每圈轉動的一部分就產生一個取樣和測量操作。
圖8G表示一個裝有圖8A-8F所示類型的傳感器系統組合件的裝配好的裝置的橫截面。隔離環85裝在外殼801的底部上的一個孔內。傳感器盤84安置在外殼的外面，其直徑大於隔離環85，使得它能與安置在外殼底部上的觸頭802形成電接觸。一個小型電動機如步進電動機與凸輪環86接合，使其與傳感器組合件相應地轉動，從而順序地啟動與傳感器聯接的刺血針。電動機803受電子線路804控制，後者也接受從觸頭802來的信號、處理該信號並傳送指令到顯示器805，以產生合適的顯示。一個小型真空泵806(例如隔膜泵或驅動泵)也安置在外殼801中，以產生一個抽吸力，將試樣引入傳感器。該泵可以連續運轉，或者該泵可以用電子線路控制而在跨越電動機驅動的時間內啟動，從而使凸輪環轉動。或者是，該真空泵可以在刺血前受驅動，帶有充分的壓力不足，用作起動刺血周期的信號。
傳感器盤84可以與圖5A-5C中所示的傳感器一樣地製造。例如，如圖9A和9B中所示，澱積在電極周邊的觸頭91被澱積在襯底92上，每三個一組地沿徑向從孔(或薄弱斑點)93向外伸出。每組電極中的一個是參比電極，另兩個是工作電極，後者包括適合於產生指示目標分析物質量的信號的試劑。其次，一個網帶94加在每個孔93和每組電極上。在網帶頂部上形成一個絕緣層95。一旦傳感器盤形成，它與其它部件組裝而形成完整的裝置。
圖9C提供此種裝置的又一視圖，它包括一個在下表面上的皮膚接觸環96。皮膚接觸環96圍繞一個孔97，刺血針98通過該孔刺破使用人的皮膚。該孔97隨心軸99的轉動而移動，使其接連地與每個電極組對準。在圖9C所示的實施例中，當傳感器組合件放在一起時，刺血針被心軸預先張緊。心軸99頂部中的槽990。允許對準的刺血針通過心軸落下，以刺破下面的皮膚。組合件的上盒901利用一個O形密封件903密封在底座部分902上。該上盒901和觸頭91之間通過觸頭904形成電接觸。這使分析電子線路能夠位於傳感器盤的遠處，在那裡它們不會有暴露於液體的危險，並可重新使用。由於上盒901與底座部分902密封接合，觸頭904也轉動而在一個時間與一組電極接觸。在一種「永久性」附著在皮膚上的裝置的情況下，有多少個傳感器就有多少個皮膚接觸環。只要心軸移動，每次在不同的取樣部位就用一個新鮮的刺血針和一個新鮮的傳感器進行化驗。
圖10表示一種可以包括在本發明裝置內的電子線路的簡圖。如圖所示，輸入信號從傳感器和從任何包括的皮膚觸頭或充分的試樣檢測器系統提供到信號處理系統中。這些信號通過模擬電路傳送到進行數據分析的處理器。該處理器提供一個信號到連接(通過有線或無線連接)在輸出顯示器上的顯示器驅動器。該處理器也可通過有線或無線連接提供一個信號到警報發生器中。該顯示器和警報發生器一起構成裝置的輸出部分。數據分析處理器也與存儲裝置(如EEPROM)連通，存儲裝置中可以儲存包括校正信息和早先結果的信息。也設置一個計時器，它由數據分析軟體啟動。該計時器提供功能輸出信號，以控制步進電動器(用於轉動傳感器盤或心軸)和真空發生器(如果有的話)。計時器來的值也可儲存在存儲器EEPROM中，以備數據分析處理器使用。
上面本發明各種實施例的描述表示各種特點的特定組合。但是，這些描述和組合應當看做僅僅是示範性的，並不排斥替代的實施方案。例如，雖然圖示的刺血針環87具有向著環的中心的刺血針自由端部，但可以理解，也可以使用替代的幾何構型，其中刺血針環具有星形構型，刺血針自由端部指向外邊。同樣，刺血針環可以預先張緊，在這種情況下，凸輪環起釋放作用而不是產生張力。另一種替代方案是使用一個單獨的驅動凸輪或小錘來啟動刺血針，當刺血針通過該驅動器的位置轉動時，一個對一個地輪流驅動。
本發明的裝置可以合併各種附加的特點，它們增強了該裝置的特徵，並使其更易於使用。例如，這些裝置可以包括一個聲響警報器或可用其它方式檢測的警報器，以警告使用人到了測量時間。在圖1所示的裝置的情況下，該警報器告訴使用人，他們需要插入一個新的刺血針和傳感器(如果還未準備好)並進行測量。在諸如圖8或9所示裝置的情況下，警報可以實際上先於取樣，使得使用人不會因刺血針而吃驚，並知道觀看顯示器以觀測結果。
該裝置特別是圖1中所示類型的裝置，也可以或附加地包括一個聲響警報器或可用其它方式檢測的警報器，告警使用人已經採集了足夠的試樣，並可以移去裝置。一種聲響警報可以採取咔嗒聲的形式，由裝置內一個卡頭的釋放而產生，或者可以是裝置內用電子方式產生的嘟嘟聲。指示獲得足夠試樣的一種方式是假定一個採集足夠試樣的預定時間。在這種情況下，一個在工作電極之一和參比電極之間或在一對分開的試樣監控電極之間的信號的首次出現起動一個計時器，而在某個預定時間(如2秒鐘)之後給出試樣足夠的指示。試樣足夠也可以利用一對具有空間位置而隔開的電極來確定，使得只有當存在足夠的試樣時電極之間才可能有一個電信號。在任何一種情況下，被收集的信號可以是任何類型的電子信號，包括根據導電性、電位差或電流(安培計的)的信號。
雖然圖1中所示的實施例包括一個皮膚接觸環作為幫助從刺破處擠壓血液或液體的工具，但該皮膚接觸環是任選的，可以用其它部件如由機械泵或電泵產生的吸力來完成同樣作用。可以使用一個可變的由使用人選擇的真空力來保證皮膚的充分腫脹。一個反饋機構告訴使用人皮膚已與傳感器接觸。兩個由皮膚搭橋的簡單觸頭可以做到這點。在一個使用人產生真空(例如在柱塞上抽引)的設備中，一旦設備已檢測到皮膚，使用人受到例如聲響或可視信號的警報表示不再需要產生真空。在一種自動設備中，泵機構可以根據該信號而關掉。
該裝置可以包括當對分析物質得到反常讀數時向使用人提供建議的能力。此種建議可以是試圖呼叫醫生的形式，或者在適當情況下可以指令使用人給予藥物。聲響信號可以起低血糖警報的作用，特別在多重化驗實施例中。此種裝置也可用於過夜監視，警告使用人或其它有關人員(如同伴、父母親或護士)葡萄糖水平的變化。
本發明的裝置提供許多比測量葡萄糖水平的現有裝置好的優點。兩個優點直接來自於取樣和分析功能結合在一個單獨的裝置中。第一，此種裝置只需要使用人完成很少的幾步操作。第二，使用人不需操縱一個小電極進入儀表的槽中。這使得可以利用更小的電極，它們(如美國專利申請書No.09/228 855中所述，它參考合併於此)製造費用較低而葡萄糖測量更精確。而且，對於其中存在多對刺血針/傳感器的實施例，取樣部位可以在一天內自動變換，從而減少了在同一位置重複刺血而造成的傷害。本發明也允許使用極小的試樣，它們否則可能難以轉移到一個傳感器條上。這不僅有利於測量時減輕痛苦，而且還能由於小試樣測量伴隨的優點而提供更精確的結果。此外，採取由本裝置最佳利用的小試樣，能減少或消除作為汙染試樣的廢物的處置流出物。
權利要求
1.一種用於檢測和定量分析血液或間隙液體中用電化學法可檢測的分析物質的設備，包括多個電化學傳感器；一個儀表裝置，包括一個外殼、安置在該外殼內而用於接合一個刺血部件和移動被接合的刺血部件的機構、一個安置在該外殼內而用於接合作為分析物質專用的一個化學傳感器並從被接合傳感器傳送一個指示分析物質量的信號的連接器，以及一個與該連接器在操作上聯接而用於向使用人顯示該分析物質量的顯示器，其中所述刺血部件是在該外殼內被接合；所述電化學傳感器包括一個用於攝取血液或間隙液體試樣的試樣吸收受部件，其中該接合和移動刺血部件的機構在一個周期中移動該刺血部件，從一個初始位置移動到一個刺破使用人皮膚的刺破位置，其中該電化學傳感器安置成該試樣吸收部件從刺破的皮膚攝取一個試樣而不移動該設備；所述刺血部件是一種具有一近端和一遠端的刺血針的空心套管，並且所述近端與所述電化學傳感器並列，以容許由所述電化學傳感器吸收的液體經過所述空心套管；及所述多個電化學傳感器是設置在一個盤上。
2.如權利要求1所述的設備，其特徵在於，該外殼是一個具有頂面和底面的扁平盤，還包括使外殼底面壓靠使用人皮膚的機構，其中，電化學傳感器安置成鄰接該底面，而刺血部件移動而刺破鄰接該底面的皮膚。
3.如權利要求2所述的設備，其特徵在於，當該底面壓靠使用人皮膚時，所述顯示器為使用人可以看到。
4.如權利要求2所述的設備，其特徵在於，還包括一個在操作上連接在該多個刺血部件上的計時器，用於在預定的時間間隔內自動攝取和評價一個試樣。
5.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，該時間間隔是根據設備所要測定的分析物質量來調整的。
6.如權利要求4所述的設備，其特徵在於，還包括一個試樣警報器，用於向使用人指示已經採集到足夠的試樣。
7.如權利要求6所述的設備，其特徵在於，還包括一個化驗警報器，用於向使用人指示已經到採集試樣的時間了。
8.如權利要求2所述的設備，其特徵在於，還包括一個結果警報器，用於指示測得的分析物質水平高於或低於預先確定的閾值。
9.如權利要求8所述的設備，其特徵在於，該結果警報器傳送一個信號到遙控接收器。
全文摘要
一種用於檢測和定量分析血液或間隙液體中可用電化學法檢測的分析物質如葡萄糖的設備，包括一個儀表裝置、一個刺血針和一個電化學傳感器。在這些部件中，該儀表最好是可以重新使用的，而該刺血針和電化學傳感器最好包括在組件內而預定一次性使用。該儀表裝置有一個外殼、一個連接器和一個顯示器，在該外殼中一個刺血針與一機構接合以移動該刺血針，該連接器安置在該外殼內而用於接合一該分析物質專用的電化學傳感器並傳送一個指示分析物質量的信號，該顯示器與該連接器在操作上聯接而向使用人顯示該分析物質量。該電化學傳感器適合於檢測一種特定的分析物質。
文檔編號G01N33/48GK1739450SQ200510084490
公開日2006年3月1日 申請日期2001年3月2日 優先權日2000年3月2日
發明者P·梅爾曼, J·F·麥克阿勒爾, M·施泰尼 申請人:糖尿病診斷公司