基於光學顯微針的光譜儀的製作方法

2023-05-19 03:21:11 1

專利名稱：：基於光學顯微針的光譜儀的製作方法
技術領域：
：本發明的領域是基於光學顯微針探測的光譜儀。
背景技術：
：存在對於諸如乳酸鹽、葡萄糖和尿素等的臨床分析物進行連續監控的需要。需要針對葡萄糖的傳感器[1]來對全世界3億名糖尿病患者進行治療。但是迄今，仍然沒有穩定的、高準確性的並且連續可植入的葡萄糖生物傳感器來對糖尿病或任何其它疾病進行監控或治療[1]。乳酸鹽活體測量對於病危護理[2]和代謝率確定[3]也非常重要。當前軍隊部署中不存在用於對生理液體和條件進行選擇性監控的非創傷性裝置。與諸如葡萄糖監控的民用廣泛應用不同，在戰場上，個體戰鬥員需要對由乳酸鹽水平預測的諸如脫水的危害大得多的條件進行早期檢測，否則將消耗或暴露於諸如瘧疾的傳染病。以高可靠程度遠程檢測軍人的醫學狀態的能力代表著能夠顯著減少時間，從而醫務人員能夠有更有效的反應方法。光學顯微針和近紅外或中紅外光譜傳感的公開組合是獨創的，並且是兩種技術的創新性進展。我們的光學顯微針設計是非創傷生物採樣技術的下一步，與微機電系統(MEMS)、大或中尺寸製作[4-6]兼容。近來的相關進展包括微型化的乳酸鹽傳感器，這包括用於導尿管的薄膜電極和用於現場分析的一次性的電流測量傳感器[7]。
發明內容本發明提供了光學顯微針，尤其適用於近紅外或中紅外活體內光譜傳感；並且特別通過皮膚貼中的近紅外或中紅外光學顯微針陣列提供了基於MEMS的光譜儀，以用於連續的乳酸鹽、葡萄糖或其它分析物監控。在一種實施方式中，本發明提供了最小創傷性的裝置以經由皮膚分析生理液體(例如，血液、唾液、尿、汗，以及在優選實施方式中為間質流體)，該裝置包括(a)光學顯微針和(b)光學連接器，其中，所述光學顯微針包括適用於穿透皮膚和對生理液體進行光學探測的尖端，並且所述光學顯微針和連接器光學連接，從而在操作中，來自光源的光被導向為通過連接器、然後通過所述光學顯微針的尖端並從所述光學顯微針的尖端出來，然後與所述生理液體交互，該生理液體通過吸收和反射修改所述光。一些經修改的信號反射回顯微針，然後通過所述連接器至檢測器(例如，光譜檢測器)，用於提供生理液體的信息的光學信號分析。在特定的實施方式中，尖端包括導光槽，該導光槽被調整以使得所述光被導出並進入不同位置的尖端。所述槽還充當生理液體的收集區域，在該槽處僅有少量組織幹擾光學測量。在另一種實施方式中，本發明提供了一種最小創傷的裝置來經由皮膚分析生理液體，該裝置包括(a)光學顯微針陣列和(b)光學連接器，其中，所述光學顯微針包括傳光顯微針和相對應的接光顯微針，並包括被調整朝向以穿透皮膚並且對生理液體進行光學探測的尖端，所述光學顯微針和所述連接器光學連接，從而在操作中，來自光源的光被導向為通過所述連接器、然後通過所述光學顯微針的尖端並從所述光學顯微針的尖端出來，然後在進入所述尖端之前與所述生理液體交互，並且被導向為通過所述接光顯微針，然後通過所述連接器至光譜儀檢測器，用於提供生理液體的信息的光學信號分析。在另選的實施方式中，光譜儀在所述尖端的源側而不是接收機側。在特定的實施方式中，尖端是消過毒的；尖端是經過消毒包裝的；陣列包括優選的2至10,000之間或者優選的100至10,000之間個顯微針，可選地按序排列在表面上並與該表面正交，所述尖端遠離所述表面；光反射器覆蓋或者包裹在所述顯微針尖端上，以將所述光導入或導出顯微針；所述裝置可以是MEMS製作或機器加工的晶片；所述裝置是透皮貼片；所述光是近紅外或中紅外光，波長在700nm至20,000nm範圍內；所述裝置適於連續的葡萄糖和乳酸鹽監控；所述裝置配置在監控系統中，該裝置還包括所述光源和所述檢測器，該裝置可選地被調整為對所述生理液體的分析物進行多元分析；所述顯微針的直徑為1至500iim，優選的為10至100iim，間隔為10至5000ym，優選地為100至500iim，長度為10至1000iim，優選地為100至500ym，以及這些特定實施方式的組合。在另一種實施方式中，本發明提供了一種利用所討論的最小創傷性裝置來經由皮膚分析生理液體的方法，該方法包括(a)利用所述顯微針尖端穿透皮膚表面；(b)從光源通過發光顯微針、通過皮膚表面下方的生理液體，通過所述接光顯微針向光譜儀檢測器傳輸光；以及(c)分析在所述檢測器處入射的光作為所述生理液體的信息。在另一種實施方式中，本發明提供了一種利用所討論的最小創傷性裝置來經由皮膚分析生理液體的方法，該方法包括(a)利用所述顯微針尖端穿透皮膚表面；(b)從光源通過光發送顯微針、通過皮膚表面下方的生理液體，向附近的為向光發送顯微針提供回射而被加工並金屬化或者被塗敷的顯微針發光，從而提供兩次通過所述生理液體；所述光進入初始的發光針併到達光譜儀檢測器；以及(c)分析在所述檢測器處入射的光作為所述生理液體的信息。在另一種實施方式中，本發明提供了一種利用所討論的最小創傷性裝置來經由皮膚分析生理液體的方法，該方法包括(a)利用由具有高折射率的紅外發射材料組成的顯微針穿透皮膚表面；(b)從光源發光，以削弱的全反射通過所述紅外透明的、高折射率的顯微針，並通過所述皮膚表面下方的生理液體，倏逝波(evanescentwave)延伸進入所述生理液體，與所述生理液體交互，以改變反射率，從而改變被導向回到所述檢測器的光的返回信號；以及(c)分析在所述檢測器處入射的光作為所述生理液體的信息。在特定的實施方式中，所討論的方法還包括通過選擇長度相同或不同的多個並行或串行的顯微針來調整所述光路的長度的步驟，以增強用於給定目標分析物或幹擾物的所述顯微針的信號/噪聲性能；具體地說，由於光的吸收正比於給定波長處並且用於具有特性消光係數的給定目標分析物的通路長度；因此，可以利用針對給定的測量來物理地或自動地選擇通路長度的能力來輔助針對目標以及幹擾物拒絕的最優性能；所以，使用多個通路長度和多個深度來提供更豐富的數據，以增強響應。在一些情況下，在組織中的散射導致所述吸收以與距離成正比的方式偏離嚴格的比爾定律(Beerslaw)。即使在這些情況下，所述吸收也將隨著通路長度單調增加。在其它實施方式中，儘管這裡單獨闡釋了各種具體實施方式，但是，所討論的裝置和方法包括這裡闡釋的各種具體實施方式的全部組合。圖1示出了非創傷性的MEMS實施方式，其中具有光學詢問器(雷射、檢測器、電子儀器組件)和無線通信顯示裝置。圖2A-圖2B示出單個針的實施方式圖2A是沒有取決於內部散射的槽口的單個針；圖2B是有槽口的單個針。圖3A-圖3B示出了另選的光學顯微針實施方式圖3A是顯微針對；圖3B是充當削弱的全反射裝置的顯微針。圖4示出了NIR光學顯微針對原理驗證裝置，我們利用該裝置展示了測量水中的葡萄糖。圖5示出利用NIR顯微針測量水中的葡萄糖。圖6示出了包括波導的MEMS光學詢問器，該波導將光從機載量子級聯雷射導向顯微針陣列貼片中的各個針，並再次返回機載檢測器。具體實施例方式在一種實施方式中，本發明提供了使用具有創新性的紅外光電裝置的光學顯微針的組合來利用一體的MEMS裝置來對葡萄糖、丙氨酸、乳酸鹽、抗壞血酸鹽、乙酸甘油酯、尿素、油脂和藥物或者它們的組合進行光學感測。所述顯微針穿透皮膚並探測生理液體，而所述光電裝置收集高信號噪聲比(SNR)的光譜數據。在一種實施方式中，所述MEMS晶片提供了顯微針，所述顯微針與所述表面正交，並且在尖端和表面層中覆蓋或包裹了光反射器，使得光從光源導向針尖。該光在進入相對的顯微針之前與所述生理液體交互，然後反射離開顯微針的下斜面並離開反射器至檢測器。背光反射器可選地澆鑄在支撐晶片基板內。在一種實施方式中，我們將光導向晶片的背面，並從該晶片背面導回。以各種適當的直徑(例如，l-SOOiim，優選地10-100iim)、間隔(例如，10-5000請，優選地100-500ym)和長度(例如，10-1000um,優選地100-500iim)來設計和製造立柱。另選地，從組織的散射可用來從光源立柱向接收機立柱反射光。立柱可選地包裹了犧牲層以提供立柱支撐。利用當前最新的立銑刀型加工來常規地切割斜面，以確保多對針上的斜面具有合適的朝向，以使得光能夠高效地出入。可由熟練技工來製造塑料注模並最終製造單個塑料晶片。在晶片的特定實施方式中，我們在晶片中使用波導結構來將光從光源引入各個單獨的針，並將光從顯微針陣列中的各個針引入檢測器。在特定的實施方式中，本發明是基於MEMS的光譜儀，利用透皮貼片(transdermalpatch)中的紅外光學顯微針陣列來進行連續的乳酸鹽和葡萄糖監控。圖1示出了非創傷性MEMS實施方式，該非創傷性的MEMS包括基於MEMS的光譜儀，其利用透皮貼片中的紅外光學顯微針陣列來進行連續的葡萄糖監控；一次性的低成本無痛或痛感最小、最小創傷的顯微針貼片，其具有可重用的讀出器或報警器，包括光纖光譜儀或可調諧的雷射和檢測器，並具有可選的無線發射器和腕錶或蜂窩電話讀出器和報警器。圖2示出了單針的實施方式，其允許針充當光源和檢測器管道。光傳輸通過針，與周圍的組織和生理液體進行交互。從液體反射的一些光通過同一個針被引導回檢測器。公開了單針裝置的幾種另選的實施方式，諸如圖2B所示的有槽口的版本。對於常規的光吸收測量，光直接通過被測量的樣本。這是在兩個光學顯微針光導被插入皮膚的情況下所通常使用的方法。然而，存在與單個光顯微針兼容的其它光學測量；例如(a)利用倏逝波(evanescentwave)來探測吸收率，(b)通過從波導漏出的光的側面或底面回射來探測折射率，或者(c)通過回射來探測吸收率和折射率這兩者。可以利用削弱的全反射(ATR)方法來在單個光導顯微針中測量生理液體中的吸收，在該方法中使用倏逝波的吸收。[8]對於ATR，光停留在針的內部，但是倏逝波探測針的外部。該方法有利地用在中紅外光的情況中，在該情況下，葡萄糖、乳酸鹽和其它分析物的吸收很強[9]，即使在倏逝波所探測的短距離上也允許測量具有很好的信號噪聲比。我們已經利用ATR方法計算出在使用中波紅外(MWIR)光的情況下倏逝波進入組織的穿透深度大約是2-5微米。在這種情況下，為了執行倏逝波測量，可以使用在底面具有高反射塗層的顯微針光導或波導，所述底面通過同一光導將光回射回去。使用分束器或波片偏振器組合來分離進入和回射的光束，使得回射的光束傳向光譜儀/檢測器組合。在使用傳統光源的情況下，傅立葉變換紅外(FTIR)光譜儀是用於中紅外波長區的優選的檢測器，這是由於改善了信號噪聲比。如本文所進一步說明的，還可以利用顯微針外部的光模式場的擴展來測量吸收率。還可以使用折射率測量利用單個光導或顯微針監控葡萄糖或其它分析物。在這種情況下，將光導顯微針配置為對於周圍環境的折射率敏感。可以通過選擇通道中的光的角度或針折射率來進行此處理，使得從針中洩漏出的光的量對於周圍的折射率敏感。這與倏逝波的情況不同，在倏逝波的情況下，光並不傳播而從通道中洩漏出來；倏逝光在光並不實際離開通道的情況下感測周圍環境。在這種情況下，從針到周圍介質的光的損失取決於介質的折射率。還可以在回射中監控折射率，在此情況下，通道的折射率和周圍環境的折射率的比率決定了回射的量。在任一情況下，使用回射來通過單個光導將光耦合回去。使用折射率來以兩種方式確定諸如葡萄糖的分析物的量。全部波長處的折射率隨著葡萄糖的濃度而變化[10]，並隨著諸如溫度和脫水的其它因素而變化。一種優選的方法利用折射率隨波長的變化來監控葡萄糖。根據克拉默斯_克勒尼希(Kramers-Kranig)關系所述，葡萄糖中紅外吸收在折射率的實部中產生對應的變化。折射率的實部的測量特徵趨向於比吸收特徵更寬。通過對光譜進行微分來獲得更尖銳的特徵。儘管由於微分而導致特徵的形狀發生變化，但是，在使用化學計量方法(例如，偏最小二乘(PLS)、主分量分析(PCA)或其它多線性回歸)來分析光譜時，該形狀變化不作為限制。單個光導針測量的另一種方法使用通過針的末端獲取的反射光譜。該測量探測吸收率(針對通過組織的光通路)和折射率(針對從針的末端反射的光的量以及在組織中傳播的光的量)這兩者的影響。[11]針對執行相對無痛插入所必需的光導的小直徑，該直徑優選在10-90微米的範圍內，並且優選為10-50微米。由於該直徑並沒有比光的波長大很多，在光導中將不會有非常多的空間模式。利用V數字來確定空間模式的個數，該V數字又涉及光纖數字孔徑、光纖芯半徑和光導的直徑。數字孔徑又由光纖芯的折射率和光導的覆層的折射率的比率來確定。由於在光導中沒有很多模式並且光導直徑相對較小，所以，單個針中的光的量相對較小。亮度理論限制了從非雷射源耦合到小直徑光導的光的量。可以利用更多光導來增加光的量。然而，光導的光軸間隔(pitch)被穿透組織的能力所限制。對於諸如輝光棒(glowbar)的傳統光源，亮度不是非常高。因此，在這樣的實施方式中，優選地在可以得到時採用諸如雷射或超發光二極體的更亮的光源。在本裝置的另一種實施方式中，可以使用諸如量子級聯雷射器的可調諧光源來作為光源。在這種情況下，通過對光源進行調諧而不是使用檢測器處的光譜儀來進行波長區分。圖6示出使用量子級聯雷射器、平面波導、到針陣列的部分反射器、微型MWIR檢測器和控制電子元件的裝置的實施方式。圖6示出了波導的幾種實施方式。如果使用諸如Lee等人[12]所說明的雷射器，則可以如圖6面板b所示，在波導結構上組合來自多個元件的光束，該波導結構以錐形引導將光源和檢測器連接到顯微針。如果將外腔雷射與單個波長可調諧輸出波束一起使用，則可以使用單個波導通道，諸如圖6中的面板c。如圖6面板d所示，用於來自光源的基準信號的波導通道可包括在波導結構中。通過電子柵或者利用輸出處的光柵，光源的波長對於檢測器是已知的，檢測器具有檢測器陣列，在該檢測器陣列中，各個元件捕獲單獨的波長柱，如圖6d所示。在單個實施方式中組合這些方法中的一些或者全部。不使用如圖6所示的平面波導(面板d)，顯微針貼片也可以通過紅外發射光纖電纜連接到光源和檢測器。根據正實現的檢測方案使用了多少顯微針以及是否需要不同的返回針可以實現比這些附圖中更多或更少的通路。圖3a示出了光學顯微針，該光學顯微針用作將光導作為芯並將組織作為覆層的單模式波導。在這種情況下，模式場直徑大於芯(光導)的直徑。因此，可以使用芯(光導)直徑外部的光場的量來測量組織的吸收及其組成。一般地說，希望控制通過光導的側面和末端的光的量。當不希望光對於光導側面的組織敏感時，可以使用與光纖上的覆層類似的覆層。該覆層的折射率比光導的芯(中心)的折射率更低，以便導光。當希望在側面與組織交互時，則不應當使用覆層。那麼，如果光導中的光的角度足夠小並且光導和組織之間的折射率之比足夠大，則光將包含在光導中，並且敏感度受限於由倏逝波探測的深度。可以使用光洩漏來感測折射率變化。圖3b示出了作為多模式削弱全反射裝置的光學顯微針實施方式。通過經由倏逝波與周圍的生理液體交互的針來發射紅外光。由該交互削弱了的光不與通過同一針引導回檢測器的反射光一起返回，減小了信號，從而允許傳感器測量吸收。用於光導的材料或用於中紅外的針包括但不限於高密度聚乙烯(HDPE)、硒化鋅(ZnSe)、鑽石、多晶紅外(PIR)光纖、藍寶石和硫屬化物玻璃。圖4示出了我們用來證明在動物模型中對葡萄糖的檢測的光學針原型裝置。該光學針利用標準實踐由PolyIR5材料(FresnelTechnologiesInc.，FortWorth,德克薩斯)加工而成，在斜面上進行鋁金屬化，以向檢測器反射光。右邊的光譜接口包含顯微針。來自近紅外傅利葉變換光譜儀(具有光纖-光接口的雙片幹涉計)經由光譜儀接口，該光譜儀接口將光導入針中，並且，該光譜儀接口插入在活體內動物模型中。針之間的距離是可調的，而在展示的實驗中是1.5mm。光譜儀的解析度是8cm1，增益是4,256個幹涉圖被平均。圖5示出了利用圖4所示的近紅外光學顯微針原型測量的淨分析物葡萄糖信號。利用淨分析物信號(NAS)理論、與背景矩陣的光譜變量正交的分析物光譜的分量，針對多元近紅外感測來調整所討論的裝置。為成功的活體內組織測量建立NAS，該NAS表示選擇性的特定於分析物的光譜籤名，並根據活體內光譜提供了絕對量。我們還為利用近紅外光譜的非創傷性經由皮膚監控展示了概念驗證的原型MEMS分析系統，該系統包括(1)由生物適合的、光學透明的、機械穩定的材料製成的顯微針光管，其被部分地金屬化，以引導光；(2)與顯微針和光學檢測器有接口的光譜儀；以及⑶多元處理算法(multivariateprocessingalgorithm)，以從組織/血液內的信號提取葡萄糖水平。圖6示出包含波導的MEMS晶片，該波導將光從量子級聯雷射器引導到顯微針陣列貼片中的各個針，並再次引導回檢測器。量子級聯雷射可調諧，以在期望的光譜頻段(例如，8至10ym)上給出完整的光譜，或者可以使用來自單個雷射的固定波長來協商適當的峰值位置，以利用嵌入在傳感器上的微處理器中的信號處理算法來區分不同的分析物。參考文獻[l]Guiseppi-Elie,A.,Brahim,S.，Slaughter,G.andWard,K.R.,2005,"Designofasubcutaneousimplantablebiochipformonitoringofglucoseandlactate，"IEEESensorsJournal,5(3),PP.345-55.[2]Lillis,B.，Grogan,C,Berney,H.andLane,B.，2000，"Developmentofanamperometricbiosensorforlactate,"presentedat1stAnnuallnternationalIEEE-EMBSSpecialTopicConferenceonMicrotechnologiesinMedicineandBiology,Proceedings[3]Meyerhoff,C,Bischof,F.，Mennel,F.J.,Sternberg,F.，Bican,J.andPfeiffer,E.F.,1993,"Onlinecontinuousmonitoringofbloodlactateinmenbyawearabledevicebaseduponanenzynaticamperometriclactatesensor,"BiosensorsandBioelectronics,8(9—10)，PP.409.[4]Vestel,MichaelJ.,Grummon,DavidS.,Gronsky,RonaldandPisano,AlbertP.,2003,"EffectofTemperatureontheDevitrificationKineticsofNiTiFilms,「ActaMaterialia,51(18)，PP.5309-5318.[5]Vestel,MichaelJ.andGrummon,DavidS.,2004,「PrecipitatesandLamellarMicrostructuresInNiTiFilms,"MaterialsScienceandEngineeringA,378PP.437-442.[6]Vestel,MichaelJ.,2002,「EffectofDevitrificationTemperatureontheMicrostructureofNiTiFilms,"Ph.D.thesis,UniversityofCaliforniaatBerkeley,Berkeley.[7]Rohm,Ingrid，Genrich,Meike，Collier,WendyandBilitewski,Ursula,1996,"Developmentofultraviolet-polymerizableenzymepastesbioprocessapplicationsofscreen-printedL-lactatesensors,"TheAnalyst,121(6),PP.877-881.[8]JDKrase-Jarres,GJanatsch,andUGless,ReagentlessdeterminationofglucoseandotherconstituentsinbloodbyATR-FT-IR-spectroscopy，ClinChem1989351854—1856.[9]C.Petibois,G.Cazorla，A.Cassaigne，andG.Deleris，"PlasmaproteincontentsdeterminedbyFourier-transforminfraredspectrometry,ClinicalChemistry47；4,730-738，(2001)[10]J.S.Maier,S.A.Walker,S.Fantini,M.A.Franceschini,andE.Gratton,"Possiblecorrelationbetweenbloodglucoseconcentrationandthereducedscatteringcoefficientoftissuesinthenearinfrared,"Opt.Lett.19,2062-(1994)[11]WalterM.Doyle,Apparatusandmethodfornormalincidencereflectancespectroscopy,USPatent5015100IssuedonMay14,1991[12]B.G丄ee，M.A.Belkin,R.Audet,J.MacArthur,L.Diehl,C.Pflugl,andF.Capasso,"Widelytunablesingle-modequantumcascadelasersourceformid-infraredspectroscopy",AppliedPhysicsLetters,91,231101,(2007).通過闡釋方式而不是限制方式提供了具體實施方式和示例的以上說明。本說明書中提到的所有公開和專利申請以及本文所提到的全部參考文獻都通過引用併入本文，就像每個單獨的公開或專利申請或參考文獻被具體地單獨指出以通過引用併入本文一樣。儘管為便於理解，通過闡釋的方式和示例詳細說明了本發明，但是，本領域普通技術人員根據本發明的教導可以在不脫離所附權利要求的精神或範圍的情況下進行一些改變和修改。權利要求1.一種用於經由皮膚分析生理液體的最小創傷性的裝置，所述裝置包括光學顯微針和光學連接器，其中，所述光學顯微針包括適於穿透皮膚並對生理液體進行光學探測的尖端，所述光學顯微針和所述光學連接器處於光路中，從而在操作中，來自光源的光通過連接器、然後通過所述光學顯微針的尖端並從所述光學顯微針的尖端出來，然後在一些光被所述組織和生理液體散射並重新進入所述光學顯微針的所述尖端之前與所述生理液體交互，然後經過所述光學顯微針，然後通過所述連接器至檢測器，所述檢測器用於提供生理液體的信息的光學信號分析。2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述尖端包括導光槽，所述導光槽被調整以使得所述光被弓I導離開並在不同位置進入所述尖端。3.根據權利要求1所述的裝置，所述裝置利用所述光源側或檢測器側的光譜儀、可調諧光源或多波長光源陣列來提供多波長測量。4.一種經由皮膚分析生理液體的最小創傷性的裝置，所述裝置包括光學顯微針陣列和光學連接器，其中，所述光學顯微針包括傳光顯微針和相對應的接光顯微針，並包括被調整朝向以穿透皮膚並且對生理液體進行光學探測的尖端，所述光學顯微針和所述光學連接器在光路中，從而在操作中，來自光源的光經過所述連接器、然後通過所述傳光顯微針的尖端並從所述傳光顯微針的尖端出來，然後在進入所述尖端之前與所述生理液體交互，並且經過所述接光顯微針，然後通過所述連接器至光譜儀檢測器，所述光譜儀檢測器用於提供生理液體的信息的光學信號分析。5.根據權利要求4所述的裝置，所述裝置利用所述光源側或檢測器側的光譜儀、可調諧光源或多波長光源陣列來提供多波長測量。6.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述尖端是消過毒的。7.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述尖端是經過消毒地包裝的。8.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述陣列包括2至10,000之間個顯微針。9.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述陣列包括2至10,000之間個顯微針，其排列在表面上並與該表面正交，所述尖端遠離所述表面。10.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述陣列是一對顯微針。11.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述光反射器覆蓋或者包裹在所述顯微針尖端上，以將所述光導入或導出所述顯微針。12.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述顯微針包括從由高密度聚乙烯HDPE、硒化鋅、鑽石、多晶紅外PIR光纖、藍寶石和硫屬化物玻璃組成的群組中選出的材料。13.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述顯微針包括鑽石材料。14.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述裝置是微機電系統製作晶片。15.根據權利要求4所述的裝置，所述裝置還包括一次性的平面和/或微機電系統波導結構，將所述光耦合引導到所述顯微針、光源和檢測器，並從所述顯微針、光源和檢測器耦合引導光。16.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述裝置是透皮貼片。17.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述光是近紅外或中紅外光。18.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述光是中紅外光。19.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述光是中紅外光，並且，所述顯微針包括從由高密度聚乙烯HDPE、硒化鋅、鑽石、多晶紅外PIR光纖、藍寶石和硫屬化物玻璃組成的群組中選出的材料。20.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述光是中紅外光，並且，所述顯微針包括鑽石材料。21.根據權利要求4所述的裝置，其適用於連續的葡萄糖、丙氨酸、抗壞血酸鹽、乳酸鹽、乙酸甘油酯、尿素和藥物監控或者它們的任意組合。22.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述監控系統還包括所述光源和所述檢測器。23.根據權利要求22所述的裝置，其中，所述光源是波長可調諧的。24.根據權利要求22所述的裝置，其中，所述光源是可調諧的雷射裝置而不是必須在所述檢測器階段掃描的寬帶源。25.根據權利要求22所述的裝置，其中，所述光源包括量子級聯雷射器。26.根據權利要求22所述的裝置，所述裝置還包括量子級聯雷射器、平面波導、針陣列的部分反射器、微型中波紅外檢測器和控制電子元件。27.根據權利要求22所述的裝置，其中，寬帶源或可調諧源與波長區分檢測器或其它單元，例如，所述光源側或檢測器側上的FTIR或具有光柵的檢測器陣列，一起使用。28.根據權利要求4所述的裝置，所述裝置配置在監控系統中，所述裝置還包括所述光源和所述檢測器，所述裝置被調整為對包括但不限於葡萄糖和乳酸鹽的所述生理液體的分析物進行多元分析。29.根據權利要求4所述的裝置，其中，所述顯微針的直徑為1至500μm，間隔為10至5000μm，長度為10至1000μm。30.一種利用根據權利要求4所述的最小創傷性裝置來經由皮膚分析生理液體的方法，所述方法包括利用所述顯微針尖端穿透皮膚表面；從光源通過傳光顯微針、通過皮膚表面下方的生理液體、通過所述接光顯微針向能夠區分所述傳輸相關波長的檢測器傳光，所述檢測器利用波長區分光源或儀器輸出端處的光譜儀區分所述傳輸相關波長；以及分析在所述檢測器處入射的光作為所述生理液體的信息。31.根據權利要求30所述的方法，其中，所述顯微針充當微型衰減全反射波導或晶體，產生與所述生理液體交互的倏逝波，並且利用所述檢測器來區分由所述倏逝波吸收的光，所述檢測器能夠將所述吸收特徵化為波長的函數。32.根據權利要求30所述的方法，所述方法還包括通過選擇長度相同或不同的多個並行或串行的顯微針來調整所述光路的長度的步驟，以增強用於給定目標分析物或幹擾物的所述顯微針的信號/噪聲性能。33.根據權利要求30所述的方法，其中，所述顯微針充當單模式波導，其中，附加覆層來包含所述模式，或者由所述組織充當覆層來包含所述模式。34.根據權利要求30所述的方法，其中，來自所述顯微針尖端的回射用來監控所述組織中的吸收率和/或折射率這兩者。35.根據權利要求30所述的方法，其中，所述顯微針利用具有或者不具有吸收測量的折射率測量來通過克拉默斯_克勒尼希關係探測所述生理液體中的吸收。36.根據權利要求30所述的方法，其中，所述顯微針通過折射率的變化來探測所述分析物濃度。全文摘要光學顯微針適用於活體內光譜感測近紅外或中紅外光；並通過經由透皮貼片中的近紅外或中紅外光學顯微針陣列來針對連續乳酸鹽和葡萄糖監控提供基於MEMS的光譜儀。文檔編號A61B5/1477GK102014746SQ200980115830公開日2011年4月13日申請日期2009年5月2日優先權日2008年5月2日發明者克裡斯多佛·霍蘭德,卡倫·M·納什奧德,黛安娜·P·沃爾特,格雷戈裡·W·法裡斯,約瑟夫·R·斯泰特,羅傑·施密特,麥可·J·維斯特申請人:Sri國際公司