改进的微型针及其制造方法和用途的制作方法

专利名称：改进的微型针及其制造方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型针、微型针的制造方法以及利用微型针穿过生物组织屏障获得生物液体标本和输送药物、针剂、药剂或生物分子的方法。
背景技术：
生物液体里分析物的检测越来越重要。被分析物检测化验发现有各种用途，包括临床实验室检验、家庭化验等，这些化验结果在各种疾病的诊断和处理中起到重要的作用。感兴趣的常见分析物包括葡萄糖、胆固醇等。
为了在体表上产生局部的流血，为分析物测定而收集血液标本的常规技术是刺穿皮肤至少到皮下层以到达下面的血管。接触到的血液然后收集进入一个输送用的小试管中并用检测设备分析，血液标本放到有试剂标本的通常为手握形式的仪器上。这种采集血液方法最频繁的使用场合是手指尖，因为大量的毛细血管分布在此。由于指尖分布有大量的神经末梢，所以这种方法有引起疼痛感的缺点。这种血液采样技术也有给病人带来感染和传染疾病的风险，尤其是经常需要采血的情况下。可以用来频繁采血的皮肤面积有限的事实使该技术的问题加剧。需要经常监视一种分析物的患者希望避免采血是正常的。例如，对于糖尿病人来说，频繁检测规定成分中的葡萄糖水平的失败将导致缺少正确控制葡萄糖水平所需要的信息。不受控制的葡萄糖水平是非常危险的甚至危及生命。
同样地，当今输送药物的方法是侵入式的并且具有与生物液体取样的方法相同的缺陷。
为了克服上述技术的缺陷以及其他与患者过强的疼痛感有关的缺点，已经开发出了一些分析物检测和输送药品的方案和装置，其中使用微型针，微型穿孔，或者微型切割部件或类似结构穿透皮肤和其他组织屏障。微型针可以与分析物检测系统结合起来以提供一种最小侵入的液体提取和分析物检测系统。这些系统可以包括一个或多个穿透皮肤以获得体液标本的微型针。
微型针通常用不锈钢或其他材料制成。金属针有许多缺点。一些主要缺点包括金属针的制造复杂，比如制造过程中的拔丝、打磨、去毛刺和清洗步骤。另外，金属中的杂质可以使针氧化和变钝。这样，金属针的制造过程还包括从金属中消除杂质的步骤。另一个挑战是每一个制造步骤中很难加工微型针，因为微型针非常小巧。如果提供一种特别的比如定做或非标设计的针尖将是令人满意的，这种针尖用金属针的传统制造方法做出是非常困难的。这种情况下，定做的特点是需要一种装置可以不完全自动化地提供或制造这种特征来。由于在制造过程中增加了许多步骤，因此定做金属针非常困难，制造成本和废品率增加。因此，本领域中需要一种克服金属针缺点的微型针。
尽管在微型针及其制造领域已经做了工作，但是能够开发廉价、容易制造和可以定做的微型针是理想的。

发明内容
微型针和用于制造和利用该微型针的方法是用来从组织提取生物液体标本和/或将药品等输送到组织内。本微型针用于分析物浓度测定并且特别适用于检测组织液中葡萄糖的浓度。本微型针还可用来给局部或全身组织输送药物进行治疗或诊断。适合用本发明装置输送的药物或药剂包括但不限于核酸、蛋白质(例如生长因子)，以及其他药剂(例如抗生素和类固醇解充血麻醉药等)。
本微型针具有最优化的形状，可以最小限度地侵入皮肤内取得生物液体标本，尤其是组织液标本，而且可以输送小剂量的药物或其他药剂。本微型针的一个特点是针的末梢顶端非常尖，具有使患者疼痛感减为最小并且消除的优点，例如当从皮肤内输送药物或抽出物质时。
本微型针由微型复制技术方法制造，比如塑料注模法或类似方法。塑料注模方法使微型针在设计上有灵活性，尤其是对于特殊用途可以优化或定做微型针。
本发明的微型针可以与生物液体取样和分析物检测装置或系统结合起来，或者与药物或生物原料储液器或类似装置结合起来。本发明还包括微型针阵列。本发明还提供一种制造、使用本微型针的方法，并且提供包含一个或多个本微型针或微型针阵列的成套工具。
本领域普通技术人员在阅读了下面对本发明更为详细的描述后，将更明白本发明的这些和其他特征。


图1A是现有微型针的横截面图；图1B是现有微型针的顶视图；图2A是根据本发明的微型针的截面图；图2B是根据本发明的微型针的顶视图；图3A是根据本发明微型针一个实施例的两维示意图，其中微型针的结构轴和内腔轴在微型针倾斜结构底部的上方相交；图3B是根据本发明微型针另一个实施例的两维示意图，其中微型针的结构轴和内腔轴在微型针倾斜结构底部的上方相交；图3C是根据本发明微型针另一个实施例的两维示意图，其中微型针的结构轴和内腔轴在微型针倾斜结构底部的下方相交；图3D是根据本发明微型针另一个实施例的两维示意图，其中微型针的结构轴和内腔轴相互平行；图4A是用于制造本发明微型针的模子的一个实施例的截面图；图4B是用于制造本发明微型针的模子的另一个实施例的截面图。
具体实施例方式
在描述本方案和方法之前，可以理解本发明不限制于所描述的具体装置，公式或步骤，而且当然可以修改。也可以理解，这里使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，并不受限制，本发明的范围仅受权利要求的限定。
在提到数值范围时，除非上下文清楚地说明是其它情况，否则可以理解为，在该范围的上下限之间和任何其他陈述到的范围的每一个居中值，或者在该陈述到的范围内的中间值，到下限单位的十分之一之间的值包含在本发明内。可以独立包含在小范围内的这些小范围的上下限值也在本发明的范围内，从属于所述范围内的任何具体未被接纳的限制。这里叙述的范围包括一个或两个限制值，那些被包括的限制排除在外的范围也包括在本发明中。
除非另有说明，这里采用的所有技术和科学术语与本领域普通技术人员一般理解的意思相同。虽然与这里描述的相同或类似的各种方法和材料也可以用于对本发明的实施或测试，但是这里仍然对最佳方法和材料进行描述。为了揭示和描述与被公开物引用的内容有关的方法和/或材料，这里结合参考了在此提到的所有公开物。
必须注意到这里和权利要求中用到的单数“一个”，“和”和“该”包括多个对象，除非上下文清楚表明是其它意思。这样，比如“一个微型针”包括多个这种针，“该步骤”包括一个或多个步骤以及本领域技术人员知道的等同物等等。
这里讨论的公开物仅仅是本申请的申请日之前公开的。本发明在此不会因先前发明的优点而提前公开该公开物。另外，
公开日与需要单独证实的实际
公开日不同。
发明概述通常，本微型针有一个结构或本体，具有由一个比如结构为一个倾斜的锥体(有时称为“不等边锥体”)确定的形状，锥体的顶点确定一个有末梢尖顶的末梢端，锥体的底部确定微型针结构的近端或底端。末梢尖顶有一个尖点用来穿透皮肤表面并且获取其中的生物液体。微型针结构还包括一个内腔，内腔从微型针的末梢尖顶向底端延伸并且作为从微型针末梢尖顶处取得的生物液体的输送管或通道。确定内腔的直径大小并配置成能够给生物液体施加毛细管力，从而通过毛细作用将液体带进微型针结构内。另外，微型针的液体采样或传送能力可以由真空辅助装置完成。
微型针的底端可以与另一个结构流体连通，比如一个检测标本液体的某一特性的装置或者一个容纳用来穿过生物屏障如皮肤输送的药物或生物原料的储液器。在前面实施例中，微型针内腔的作用是将毛细作用抽出的生物液体输送进入测定装置内，比如电气化学细胞的反应段或反应室，它是一种包含试剂原料或类似物的多孔结构，通常用于检测和计量生物液体内的组分。这样，本发明的微型针可以与这种一般称为“传感装置”的测定装置共同做成一体。本发明的传感装置作为一种分析物检测系统的一部分，该系统包括一种控制传感装置的控制装置。
在本发明的液体输送实施例中，微型针内腔的作用是从包含要输送的液体或原料的储存室中输送药物、药剂或生物原料。本发明的微型针可以与这种一般称为“输送装置”的储存装置共同做成一体。本发明的输送装置作为一种药物输送系统的一部分，该系统包括一种控制输送到目标处的原料容量和速率的控制装置。
在本发明的其他实施例中，微型针可以放到一个有检测和输送功能装置的单一装置中。
本发明的微型针、传感装置、输送装置和系统可以用来最小侵入地进行液体取样，比如组织液体的取样，并且最小侵入地输送液体，比如药物或其他药剂。取样和传感部件和功能尤其适用于检测和检测各种分析物中的例如出现在取样液体中的葡萄糖，胆固醇、电解液、药品或违法药物等。输送部件和输送功能特别用于输送一定量的药物比如胰岛素等，用来对一种疾病或者情况比如糖尿病进行治疗。
微型针现在参考附图，其中相同标记表示相同部件，图1A和1B表示现有的微型针40的示例，图2A和2B是本发明的微型针80的一个例子。
图1A和1B是现有微型针40的截面透视图，其中微型针的形状为截锥体(即，圆锥被平行于底部的平面截断得到)，它确定一个纵轴或中心线45。微型针40有本体35，在末梢端有尖端20，近端有底部30。尖端20的环形末梢边限定的平面基本平行于底部30。
微型针40还包括内腔15，它与圆锥形的微型针本体35有相同的纵轴45(即，本体35和内腔15共轴)，内腔从微型针本体35的末梢端向底部30延伸。内腔15的壁17在整个长度上与中心线45等距离。在图示实施例中，微型针40可操作地安装并与一个平面的基底10流体连通，基底有足够的刚度支撑微型针40。
微型针40一般有以下尺寸高大约50-3,000μm，内腔直径大约10-200μm，底部直径大约100-400μm。
现有技术中的微型针40的截锥体被设计成用一个平的环形接触面(即末端尖部的边缘是环形的)穿透皮肤，它将作用在微型针40的刺穿力传到皮肤表面，根据需要刺穿的深度，刺穿力的范围一般是大约3,000-10,000μm2。刺穿面越大，微型针40破坏角质层表面所需要的力越大。当微型针的数量增加时，需要的刺穿力增加。因此，对于一个阵列的微型针40，总的刺穿力大大增加。刺穿力和刺穿面积越大，病人越感到疼痛。这样，需要提供一种微型针，它有非常尖的尖端，尖端接触面具有微小的表面积，只需非常小的力就可以使尖端刺穿角质层表面。如上所述，用现有微型针材料和制造方法很难制成这种尖端。
现在参考图2A和2B，它们分别示出根据本发明的微型针80的截面图和透视图。微型针80包括本体75，本体有末梢端58和近端或底部70，并且确定一个结构或本体轴65，轴从顶点60向底部70的中点72延伸。微型针80还包括一个敞开的内腔55，它从末梢端58向底部70纵向延伸，确定微型针80的内腔轴56，该轴垂直于底部70。
本发明微型针的部分特征在于结构轴65和内腔轴56不共轴。在许多实施例中，本体75的形状基本是倾斜的，该形状由末梢端58的顶点60(也由微型针80的顶点确定)、底部70、顶点60和底部70之间确定的表面积确定，部分由假想线62确定。一个倾斜结构是一种有一个顶点和基本平坦的底部结构，它的结构或本体轴即在顶点和底部中心之间延伸的线不完全垂直于底部。在其它实施例中，本体75可以有“规则”并且不倾斜的形状，即在顶点和底部的中心之间延伸的线垂直于底部。
不论哪种形状，最终的结构确定一个顶角α和一个结构轴或本体轴65，该轴从顶点60到底部70的中点72之间延伸。顶角α由选定的微型针80的高度和底部直径(或宽度)确定，下面将更详细地对此进行讨论，对于讨论的微型针所选定的应用，顶角还可以有任何实际值。本体75的体积由顶点60的高度和底部70的直径确定，下面将更详细地进行讨论。这里，底部70的截面是环形(例如圆形或椭圆)，这样形成锥形的倾斜结构。其它结构比如底部可以有三个或四个边的棱锥(限定为例如由三角形，正方形，矩形等)或者任何适合的非圆形截面，例如多边形都适于本发明的微型针。
内腔轴56与结构轴或本体轴65相交，其夹角为β。对于有非倾斜形状的微型针的实施例，夹角β等于零，即内腔轴56和结构轴65不相交而是平行不共轴。对于具有倾斜结构的微型针实施例，夹角β大于零(内腔轴56和结构轴65既不共轴也不平行)，其值小于顶角α的一半。换句话说，顶角α大于夹角β的两倍。这种关系由下面的公式表示
β＜α/2和α＞2β除了满足这些方程，微型针应当为锥形并且壁的强度足以支撑使用时的生物屏障的渗透压。
内腔55具有环形或任何适合的非环形状的横截面。如图2B所示，内腔55为圆柱结构。内腔55确定的壁与顶点60相交确定了微型针80的最末端点。在直径地与顶点60相对之处，内腔壁在微型针本体75的点63处相交从而确定了末端58的最近点。顶点60和近点63的直线距离由图2A中的括号67表示。因此，尖而薄的末端结构使得给微型针80施加最小的压力就可容易地将顶点60刺穿进入皮肤内，可以减少病人的疼痛感。尖的末端可以进一步倾斜或沿顶点60和近点63之间的距离勾画轮廓以便进一步帮助将微型针80刺进皮肤内。
在如图2A所示的实施例中，微型针80的结构轴65与内腔轴56在底部70的中点72相交。但是，这两个轴的交点在其他位置即“轴交点”(AI)，不论在底部70的下面附近还是在上面附近都在本发明的范围内。轴交点至少部分地确定内腔55的直径，即顶点60和近点63之间的距离。微型针适宜的用途，更具体地，经过内腔55的需要的液体流量(依赖于内腔直径)和刺穿深度(依赖于内腔长度)规定了相对位置，即需要微型针的轴交点在底部70、接近底部70、或者远离底部70。
图3A-D是微型针内腔55和微型针本体75部分确定有不同轴交叉的顶点60的各种实施例的示意图；但这只是示例性的并不限制轴交点的可能位置。本发明的微型针的特征在于该轴交叉点可以在顶点60下方的任何点处。为了简化，每个实施例讨论的只是与微型针底部70有关的轴交叉。每个实施例中，AI是内腔轴56和结构轴65的交点，其中结构轴65是顶点60和底部70的中点95之间的线段。
图3A是AI90在微型针底部70上方的一个实施例。这里，顶角α定义为α1，夹角β定义为β1。图3B是与图2A和2B相同的一个实施例，其中AI91和微型针底部70重合，即内腔轴56与结构轴65的交点在确定底部70的平面内。这里，顶角α定义为α2，夹角β定义为β2。图3C是AI92在微型针底部70下方的一个实施例。这里，顶角α定义为α3，夹角β定义为β3。从上述图3A-C可以看出，夹角α和β随AI靠近顶点60而分别变大。这样，顶点60和近点63之间的距离67减小。相反，当AI距离顶点60越远，夹角α和β都分别减小，距离67增大。
图3D是一个实施例，其中夹角β4＝0，α4可以是使穿透生物屏障的力最小的任何适合值。这样，角α的范围最好是从30到60°，但是根据实际情况可大可小。
虽然实际穿透深度可以较小，但是本发明的微型针可以有以下尺寸高度或长度一般在大约100-10,000μm的范围内，通常在大约200-2,000μm之间，更好在500-1,200μm内；底部直径一般在大约100-2,000μm之间，通常在大约100-600μm之间，更好的是在大约250-500μm之间，能够对液体实施毛细管力的内腔直径一般在大约10-200μm之间，更好的是在大约70-150μm之间。可以采用微型针的高度和底部直径之间的任何合适的长宽比。但是长宽比至少为1∶1，通常在2∶1到5∶1之间。
材料本微型针的结构具有足以穿透角质层的机械稳定性和强度。微型针最好由生物相容材料制成，以便不会引起皮肤的刺激反应或一种不想要的组织反应。在一些实施例中，微型针由塑料或树脂材料制成。这种材料的具体例子包括但不限于丙烯酸纤维、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、环氧树脂类、聚酯聚醚醚酮、聚氯乙烯、聚烯烃类、液体水晶聚酯或其他组合物。在其他实施例中，本微型针可以由任何适合的固体材料制成，包括不锈钢和其他材料，只要这种材料适合在微型复制过程中处理。
与传感器和/或输送装置为一体的微型针本发明的微型针可以与一个检测装置一体提供，从而提供一种液体取样和成分检测装置，也称之为“传感装置”，用来确定取样液体内一种或多种成分的浓度。可选择的，本微型针可以与容纳有药丸等的储液器一体提供，从而输送该药品进行治疗和/或诊断用。另外，微型针可以与一种装置作成一体，该装置包括液体标本/检测装置和液体保存/输送装置。
图2A和2B示意性的说明了这种一体装置。微型针80可操作地安装或固定在基底50或类似东西上，基底50可以容纳有一种分析检测装置(未示出)和/或储液器(未示出)。检测装置可以包括一个电化学装置，一种光度测定装置，或者任何其他合适的用来检测成分的含量。储液器可以包括一个室，该室有选择好的容量或者一剂或多剂药丸或其他原料的容量。
微型针80的内腔55与基底50的孔52液体连通，孔52的直径与内腔55相同或基本相同。这样，当微型针80刺到皮肤内时，容纳有分析检测装置的基底通过毛细管力作用经过内腔55抽取生物液体样本。对于本发明的输送装置，根据要求的输送协议，孔52和内腔55的直径相同或不同。
在一些实施例中，传感/输送装置可以提供至少一个微型针80，或者多个阵列形式的微型针，其中微型针相互接近地安装到或形成到底部结构或基底上。微型针和关联的基底可以是分别制造好的部件，然后连接成为一体，或者一起形成从而成为一个完整的装置，如果需要一般可为连续装置。
任何合适数量的微型针可以用于本发明的传感器/输送装置。最佳数量依赖于各种因素包括被取样或输送的液体类型，微型针要插入的生物组织的位置和表面积，标本或需要输送的量，装置的尺寸和实际需要的余量。不论微型针的数量如何，它们之间应充分隔开，以保证角质层被刺穿而不会过度压迫在皮肤。通常，相邻微型针之间间隔的距离在大约100到大约1,000μm范围内，通常为大约200到600μm之间。另外，微型针阵列可以包括本发明的具有各种形状、长度、宽度和尖端形状的微型针。
本传感器/输送装置可以是一个系统的一部分，该系统是用来取样生物液体并检测其中的目标分析物的浓度或者用来经过生物组织屏障输送治疗药剂或诊断原料。本发明的这种系统可以包括一个控制装置，控制装置用来自动控制传感器/输送装置的功能，以及导出关于标本液体及其成分的生物信息，并且显示该信息和/或控制液体被输送的容积和流量。例如，控制装置可以产生和发送输入信号给传感器/输送装置并且接收来自传感器/输送装置的输出信号。其中的这些功能可由该控制装置内编制的软件算法来控制。用该控制装置可以进行比如自动计算生物标本中目标分析物的浓度，这样用户只需要将本发明的微型针插进皮肤内然后就可读出装置显示出来的最终分析物的浓度。这种控制装置在标题为“Sample Detection to Initiate Timing of an Electrochemical Assay”的US6,193,873中有详细讨论，这里参考了它公开的内容。
制造方法如上所述，本发明的微型针可以利用任何固体材料采用微型复制技术制造。如前所述，适合的材料包括但不限于塑料、聚乙烯或树脂等，只要适合利用注模法形成部件就行。适于用在微型复制技术中的其他固体材料也可以用于制造本发明的微型针和装置。
塑料注模法是一种微型制造技术，它尤其适于制造本发明的微型针。塑料注模法的优点是能够为需要的用途定做微型针和精确处理它的细节，而且比现有微型针制造技术更快。尤其是，倾斜的结构，斜削的顶部和针尖或者上述微型针的顶点可以用塑料注模技术按照自动方式制造。
在塑料注模法中，塑料树脂和聚合物是典型的采用以小球粒或小颗粒的形式的材料。尤其适合的树脂和聚合物包括但不限于聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、环氧树脂类、聚酯聚醚醚酮、聚氯乙烯、聚烯烃类、液体水晶聚酯、聚本硫、聚本氧化物、聚醛、聚酰亚胺、聚酰胺、聚苯乙烯、共聚物或其他组合物等。这些球粒或颗粒装进注模机中然后加热直到融化为止。融化了的材料再被送进一个模子中，该模子具有需要制造的微型针结构的反像。然后让融化的材料冷却并在模子内凝固。然后脱模销将最后的固体结构从模子中脱出。
另一个适于制造本微型针的微型复制技术是粉末注模法。在这种制造工艺中，提供一个带空腔的模子，空腔与微型针装置的反像类似。图4A和4B是适合用于本微型针的注模法的模子的示例性实施例。
图4A示出模子组件100，它有一个底部102和构件部104，它们在支撑106a和106b彼此密封配合对齐。底部102提供一个表面103，它既可以形成微型针的底端，又可以形成基底结构的背部，比如上面描述的那样。构件部104提供需要的微型针构件结构108的反像，比如本发明的微型针结构。构件部104还在微型针结构108内提供销形成物110，它用来形成微型针结构的内腔，同时提供一个形成基底的结构和侧壁的间隔116。孔112a，112b穿过构件部104并平行于y轴，用来分别容纳和引导脱模销114a，114b。销114a，114b用来使注模好的结构从构件部104脱出。
图4B是模子120的另一个实施例，它有一个底部122和构件部124，它们在支撑126a和126b彼此密封配合对齐。构件部124提供需要的微型针构件结构132的反像，比如本发明的微型针结构。底部122提供一个表面128，它既可以形成微型针的底端，又可以形成基底结构的背部，比如上面描述的那样。底部122还在微型针结构132内提供销形成物130，它用来形成微型针结构的内腔。孔134a，134b穿过底部122并平行于y轴，用来分别容纳和引导脱模销136a，136b。销136a，136b用来使注模好的结构从底部122脱出。
接下来，颗粒状的原料填充到模子空腔内。适合粉末注模法的材料是金属、碳化硅、氧化硅、氧化铝、氧化锌及其混合物。颗粒状的微粒与粘合剂混合并加热到高温直到融化为止，然后送到模子里，比如上述本发明的模子。然后使融化了的原料冷却固化。然后将固化的结构从模子里脱出，比如用上述脱模销，然后将该结构放进一种溶解岩石的物质中以便从最后的结构中除去粘合剂。该结构然后由烧结过程进一步固化。
利用放电加工(EDM)的方法，使用在上述制造工艺的模子空腔可以形成需要的微型针的负象或反像，例如斜锥形状。在该工艺中，用一个电极切断或使微型针结构所需要的形状形成模子的底部和结构部。用来形成微型针内腔的形成销可以由EDM方法形成，或者可选择的由一个固定在模子的或者底部或者结构部的空腔内的模销形成。
本发明还提供一种制造微小的倾斜结构的方法。这些倾斜结构有一个底端和顶端。底端的直径范围通常为大约100μm到2,000μm，更典型的是大约100到500μm。底端到顶端的高度范围通常为大约100到10,000μm，更典型的是大约200到2,000μm。
该方法包括提供一种合适的材料，可以用一种或多种微型复制技术将该材料制成所述倾斜结构，比如利用上述模塑技术和放电加工方法。制造工艺还包括与制造倾斜结构或者其后的工艺有关的在倾斜结构内形成开放的内腔。形成的开放的内腔从结构的底端想顶端延伸，其尺寸与图2A和2B所示实施例的微型针的有关部分的尺寸相同或类似。该工艺还包括在结构的顶端做出一个尖端。此外，可以与制造倾斜结构和/或制造倾斜结构内的开放内腔一起做出该尖端。作为特殊的用途，可以选择地将尖端做成如上所述的倾斜面。
使用方法本发明还提供一种用微型针穿过生物组织屏障获得生物液体标本和/或输送材料的方法。在实施这些方法中，第一步骤是提供一种有如上所述的一个或多个微型针或微型针阵列的装置。可以用微型复制技术比如塑料注模法将原材料作成微型针。更具体地，原材料可以是塑料、聚合物或树脂。
在生物液体标本和测试应用中，微型针可以是传感装置的一部分，可以将该装置具体做成可获得感兴趣的分析物(即包含适当的试剂)的形状。在某些实施例中，传感装置可以是单独的一个标准部件，而在本发明的其他实施例中，传感装置可操作地与一个如上所述的控制装置配合和连接，该控制装置可以由用户的手握着和控制。对控制单元编程检测目标分析物。任何时候，用户将传感装置放在患者皮肤的选定位置，给一个轻微的压力，传感装置的微型针就刺穿皮肤。微型针插进的深度依赖于各个微型针的长度，或者由其他与该传感单元关联的装置限制插入深度。
微型针插进患者皮肤后，出现在微型针敞开顶端的一定量生物液体(例如标本)通过毛细管力方法或者由一个真空辅助装置等被带进内腔。取样液体然后被送到检测的地方，例如检测装置的电气化学细胞反应区。检测装置的信号产生和接收系统计算取样液体中的分析物浓度，该系统由需要做的检测的类型确定，例如电气化学检测或光度测定。可以用该系统检测感兴趣的不同分析物。有代表性的分析物包括葡萄糖、胆固醇、乳酸盐、酒精等。
在药品或生物原料的输送应用中，微型针可以是输送装置的一部分，该输送装置包含一个容纳一定量药品或要分送的原料的储液器，将该装置具体可作成能够控制药品或原料的输送速率的形状。在某些实施例中，输送装置可以是单独的一个标准部件，而在本发明的其他实施例中，输送装置可操作地与一个如上所述的控制装置配合和连接，该控制装置可以由用户的手握着和控制。对控制单元编程输送确定数量的要输送的药品或原料。任何时候，用户将输送装置放在患者皮肤的选定位置，给一个轻微的压力，输送装置的微型针就刺穿皮肤。微型针插进的深度依赖于各个微型针的长度，或者由其他与该输送单元关联的装置限制插入深度。
微型针插进患者皮肤后，存在输送装置里的一定量的药品或原料被注射或者用别的方式经过微型针送入生物组织内。各种需要输送的药品和原料包括治疗用药、诊断试剂，遗传物质、生物物质等。
成套工具本发明还提供一种用于实施本方法的成套工具。本发明的成套工具包括至少一种本发明的微型针和/或有本微型针的一个或多个本发明的传感器和/或输送装置。传感嚣/输送装置可以包括长度相同或不同的本微型针阵列。某些成套工具可以包括各种包含相同或不同试剂的传感器装置。另外，一个微型针阵列中可以有多于一种试剂，其中一个或多个微型针有第一种试剂用以检验第一种目标分析物，一个或多个其他微型针有另一种试剂用以检验其他目标分析物。其他成套工具可以包括各种不同输送装置，每一个输送装置包括相同或不同药品或药剂。成套工具还可以包括一种可再次使用或一次性使用的控制单元，该控制单元可与本发明的成套工具中的可再次使用或一次性使用的传感器/输送装置一起使用。最后，成套工具最好包括说明书，说明如何使用本装置确定生物标本中一种分析物浓度和/或穿过生物屏障输送药品或药剂。这些说明书可以放在一个或多个包装中，插在标签上，或者工具的容器上等。
从上面的描述中可以证明本微型针的特点克服了现有技术的微型针的许多缺点，而且另外一些优点但不限于此，这些优点包括为提供一种具有非常尖的可以刺穿皮肤的顶部的微型针，提供一种为在手边特殊使用而定做的微型针，提供一种容易而低廉的制造技术。本微型针的其他优点是，由于减小了微型针针尖与皮肤接触的面积而减轻了患者的疼痛感，微型针刺进皮肤内需要的压力减为最小。因此，本发明为液体取样和穿过生物屏障输送物质的领域作出了巨大的贡献。
这里示出和描述的本发明被认为只是最实用和最佳的实施例。但是，应当明白本领域技术人员在阅读本发明后在不背离本发明的范围的情况下可以进行各种修改。
这里公开的具体装置和方法、这里讨论的生物液体和组分以及药品和药剂的应用认为是说明性、不受限制的。在这里公开的概念的等价物的意思和范围内进行的修改，比如相关领域的技术人员所做的修改被认为包含在后面的权利要求中。
权利要求
1.一种微型针，它包括一个倾斜结构，包括在近端的底部和一个在末梢端的确定一个顶角的顶部；和一个开放的内腔，包括一个内腔壁，内腔从所述底部向所述末梢端延伸，其中所述内腔壁与所述顶点在确定所述微型针的顶点的一个点处相交。
2.根据权利要求1所述的微型针，其特征在于，所述倾斜结构确定一个结构轴，所述内腔确定一个内腔轴，所述结构轴与所述内腔轴在一个轴交点和一个交角处相交，其中所述轴相交点是靠近所述顶点的一个点，所述交角小于所述顶角的一半。
3.根据权利要求2所述的微型针，其特征在于，所述轴交点是在所述底部的末梢的一点上。
4.权利要求2所述的微型针，其特征在于，所述轴交点是在沿着所述底部的一个点上。
5.权利要求2所述的微型针，其特征在于，所述轴交点是在靠近所述底部的一个点上。
6.权利要求1所述的微型针，其特征在于，所述内腔的直径足以对出现在所述末端的液体实施一个毛细管力。
7.权利要求1所述的微型针，其特征在于，所述倾斜结构包括一种模塑材料。
8.权利要求1所述的微型针，其特征在于，所述内腔壁还与所述倾斜结构在一点相交，该点是与所述顶点直径相对的一点，其中所述顶点和所述与该顶点直径相对的点之间的直线在所述末端确定一个尖的末梢端。
9.一种用来取样生物液体和检测其中至少一种目标成分浓度的装置，包括至少一个根据权利要求1的微型针，其中所述至少一个微型针的形状可以取样生物液体；和一种检测包含在生物液体标本中的组分的装置，其中所述微型针与所述检测装置液体连通。
10.一种从患者皮肤抽取生物液体并且检测该生物液体内的目标分析物的系统，该系统包括至少一个根据权利要求9的装置；一个与所述至少一个系统连通的控制装置，所述控制装置包括给所述至少一个装置发送一个输入信号并且从所述至少一个装置接收一个输出信号的装置，和一种与所述控制装置关联的软件算法，它根据接收到的所述控制装置发出的所述输出信号自动计算和确定生物标本中的目标分析物的浓度。
11.权利要求10所述的系统，其特征在于，所述至少一个装置包括根据权利要求9的微型针阵列。
12.一种制造一种结构的方法，包括步骤提供一种合适的材料，可以利用一种或多种微型复制技术将所述材料作成所述结构；用一种或多种微型复制技术将所述合适材料作成所述结构，其中所述结构有一个确定一个底部的近端和一个有一个顶点的末梢端，其中所述底部的直径范围在100到2,000μm之间，从底部的中点到顶点之间延伸的直线确定一个结构轴，结构轴的长度在100到10,000μm之间；在所述结构内形成一个开放的内腔，所述开放内腔从所述底部向所述末梢端延伸，其中所述开放内腔的末梢端与所述顶点相交；和在所述顶点端做出一个尖部，所述尖部可选择地为一个特殊用途而作成倾斜的尖部。
全文摘要
提供一种微型针，特别用于最低限度地从皮肤取得生物液体标本和/或最低限度地穿过皮肤输送药品或其他药剂。微型针具有在近端有一个底部和在末端有一个顶点的结构，穿过该结构延伸的一个开放内腔，液体通过该内腔流出。该结构确定一个结构轴，结构轴与开放内腔确定的内腔轴相交。两轴的交点是在微型针顶点的下方，以便在微型针的末梢端提供一个尖的顶点，而且确定微型针末梢端的大体形状，可以根据微型针的用途选择或做出该形状。微型针可以与一个检测装置和/或一个液体储存装置为一个整体，该检测装置用来检测标本生物液体内组分的浓度，液体储存装置用来容纳要输送的液体，微型针也可以与一个远控装置一起使用。还提供一种制造本微型针以及将本发明的微型针用作成套工具的方法，该成套工具包括一个或多个微型针。
文档编号A61B5/15GK1494876SQ0214182
公开日2004年5月12日 申请日期2002年7月8日 优先权日2001年7月9日
发明者L·奥尔森, L 奥尔森 申请人:生命扫描有限公司