非侵入性葡萄糖测量的制作方法

专利名称：非侵入性葡萄糖测量的制作方法
技术领域：
本发明所披露的装置、方法和试剂盒属于非侵入性葡萄糖测量领 域，更具体地讲，非侵入性测量通过出汗被带到皮肤表面的纳克数量
的葡萄糖o
背景技术：
据美国糖尿病协会报导，美国人群的大约6%，也就是一千六百万 人患有糖尿病，并且，这一数字正以每年12-15%的速度增加。该协会 还报导糖尿病是美国第七大导致死亡的病因，每年造成将近200， 000 例患者死亡。糖尿病是威胁生命的疾病，具有多种并发症，其中包括 失明，肾病，神经疾病，心脏病，截肢和中风。据信，糖尿病是年龄 在20-74岁之间的个体的新的失明病例的主要原因；每年有大约12， 000-24， OOO个人因为糖尿病而失明。糖尿病还是晚期肾病的主要原因， 几乎占新增病例的40%。糖尿病病人中的将近60-701患有中度至严重形
式的糖尿病性神经损伤，在严重的情况下，可能导致下肢截肢。糖尿 病病人患心脏病的可能性高出2-4倍，并且有可能导致中风。糖尿病是因为身体不能产生或正确利用胰岛素导致的，胰岛素是 将糖类和淀粉等转化成能量所需要的激素。尽管糖尿病的病因尚不完 全了解，但业已部分证实了遗传学，环境因素和病毒原因的作用。
有两种主要类型的糖尿病l型和2型。l型糖尿病(又被称为幼年 糖尿病)是由破坏胰腺中分泌胰島素的P细胞的自身免疫过程引起的。 l型糖尿病最常出现在青壮年和儿童中。患有l型糖尿病的人必须每天 注射胰岛素来维持生命。
2型糖尿病是由于身体不能制造足够的胰岛素或不能正确使用胰 岛素导致的代谢异常。2型糖尿病更常见一些，占糖尿病的90-95%。在 美国，2型糖尿病正接近于流行水平，这主要是由于美国老年人的数量 较大，以及肥胖和久坐的生活方式的更为流行。
简单地讲，胰岛素是允许葡萄糖进入细胞并且为细胞提供养分的 激素。在糖尿病患者中，葡萄糖不能进入细胞，因此葡萄糖在血液中 累积到毒性水平。
患有l型糖尿病的糖尿病患者通常需要自己服用胰岛素，例如，使 用带有针头和针筒的注射器或笔。还可以通过外部或植入的泵连续进 行皮下胰岛素注入。患有2型糖尿病的糖尿病患者通常通过改变饮食和 运动，以及通过口服药品进行治疗。很多2型糖尿病患者在疾病的晚期 阶段变成胰岛素-依赖型。使用胰岛素帮助调节血糖水平的糖尿病患者 存在低血糖医学危险事件的较大的风险，这是由于胰岛素服用错误， 或胰島素吸收的不曾预料到的变化。
医学专家强烈推荐使用胰岛素的患者自行监测血液葡萄糖 ("SMBG")。根据血液的葡萄糖含量，个体可以在注射之前进行胰岛素剂量调整。调整是必要的，因为每天的血液葡萄糖含量由于多种原 因，例如，运动，压力，食物吸收率，食物类型，和激素变化(怀孕，
青春期等)等而不同。尽管SMBG很重要，但一些研究业已发现，随着 年龄的增加，每天至少进行一次自我监测的个体的比例显著降低。这 种降低很可能仅仅是由于以下事实SMBG的常见的，使用最广泛的方 法涉及通过毛细血管手指采血棒获得血液。很多病人认为获得血液比 自我监测胰岛素疼得多。
正在研究没有或较少侵入性的技术，其中的某些技术开始集中在 测量皮肤表面或间质液中的葡萄糖。例如，授予Peck的美国专利号4， 821， 73 3披露了 一种检测通过扩散被带到皮肤表面的分析物的方法。 具体地讲，Peck披露了用于检测在缺少诸如汗液的液体转运介质的情 况下通过扩散转移到对象皮肤表面的分析物的经皮检测系统。正如下 面将要更详细披露的，由于分析物向皮肤表面被动扩散的过程需要花 费过长的时间(例如，几小时到几天)，Peck没有提供实用的非-侵入 性葡萄糖监测方法。
类似地，授予Aronowitz等的美国专利号 6， 503 ， "8 ("AronowUz")披露了用于从间质液中提取分析物的经皮系统。具体 地讲，Aronowitz披露了含有湿的和干的化学成分的贴剂。湿的成分被 用于形成凝胶层，用于将分析物从生物学流体中提取并且通过液体连 接桥转移到干的化学成分中。所述干的化学成分被用于定量或定性测 定分析物。在Aronowitz的专利中所披露系统的一个缺陷是，湿的化学 物质界面在皮肤上提供液相环境的作用，其中，不同来源的葡萄糖能 够不可逆转地彼此混合。与皮肤表面接触的液相使它不能够区分皮肤 表面上的来自好几天的表皮碎片的葡萄糖，皮肤表面上的来自经皮扩 散的好几个小时的葡萄糖，和皮肤表面上的来自外泌汗腺更及时地排 出的葡萄糖。其他人业已研究了汗液中的葡萄糖测量；不过，它们未能证实血 液葡萄糖含量和汗液葡萄糖含量之间的相关性，并且同样未能确定或 证实测定的只是来自汗液的葡萄糖。例如，授予Schroeder等的美国专 利号5， 140, 985 ("Schroeder")披露了非侵入性葡萄糖监测装置， 该装置利用吸液芯吸收汗液，并且通过电化学方法进行葡萄糖测量。 Schroeder的方法依赖于由T. C. Boysen， Shigeree Yanagaim， Fusaho Sato和Uingo Sato于1984年在Journal of Applied Psychology中发 表的文章，来建立血液葡萄糖和汗液葡萄糖含量之间的相关性，不过 其中所提供的数据的定量分析证实了所披露的两个对象的血液葡萄糖 和汗液葡萄糖含量不能相关(得到的相关系数分别为大约0. 666和 0.217)。除了在Boysen等的文章中所引用的方法之外，必须使用其他 方法来分离皮肤上汗液中的葡萄糖和其他来源的葡萄糖。
类似地，授予Sembrowich等的美国专利号 5， 036 ， 861 ("Sembrowich")披露了基于分析皮肤表面上的葡萄糖的葡萄糖监测 技术，所述葡萄糖来自局部改进的出汗反应。授予Schoendorfer的美 国专利号5， 638， 815 ( "Schoendorfer")以类似的方式披露了贴在 皮肤上的皮肤贴剂，用于增加通过排汗排出到皮肤上的分析物的浓度， 使它达到便于测定的水平。不过，与Schroeder类似，Sembrowich和 Schoendorf er都没有教导或披露用于分离或区分汗液中的葡萄糖和存 在于皮肤表面上的其他混杂来源的葡萄糖的方法或步骤。
发明概述
本文披露了用于非侵入性葡萄糖测量的装置、方法和试剂盒。一 般，所述装置包括皮肤贴剂，它被设计成收集汗液，汗液可用于测量 葡萄糖，还包括相应的测量装置。在一种变化形式中，所述皮肤贴剂 包括粘合材料，透汗薄膜，收集层，被设计成检测葡萄糖的检测器， 和界面层。在另一种变化形式中，所述皮肤贴剂包括汗液收集储器， 被设计成收集通过排汗被带到皮肤表面的葡萄糖，以及能够检测纳克数量的葡萄糖的葡萄糖检测器，其中，所述贴剂被设计成与测量装置 一起工作，用于测量葡萄糖。
在某些变化形式中，所述检测器是电化学型检测器，在其他变化 形式中，所述检测器是荧光型检测器。所述透汗薄膜被设计成起着表 皮污染物和通过扩散被带到皮肤表面的葡萄糖的屏障的作用。在某些 变化形式中，所述透汗薄膜包括总体上闭合，但允许汗液从它里面通 过的材料。在其他变化形式中，所述透汗薄膜包括液体聚合物，它在 接触氧气时被固化，仅在汗腺孔上留下开口。所述透汗薄膜还可以包 括具有微孔的固体聚合物，或无机材料，所述透汗薄膜和粘合材料可 以是单层，或者可以是独立的不同的层。
所述贴剂还可以包括背衬层，或剥离衬里。在某些变化形式中， 所述背衬层包括水汽-不能渗透的，闭合的材料.所述收集层可以包括 固定容量储器，以便有助于最小化可变排汗速度的混杂影响。在某些 变化形式中，所述贴剂包括电路，至少一个导体，或光传输通道，以 便确定固定容量储器是满的。
根据葡萄糖检测器的性质，所述贴剂的界面层可以包括电化学检 测器工作所需要的材料，或它可以是透光性的。例如，当葡萄糖检测
器是荧光型检测器时，所述界面层通常对于荧光型检测器的激发和发 射波长来说是透明的。类似地，当所述葡萄糖检测器是电化学型的， 所述界面层通常包括至少两个电极。
所述贴剂还可以包括诱导局部出汗反应的物理，化学或机械机构。 例如，所述贴剂可以只包括毛果芸香碱，具有渗透增强剂，或设计成 离子电渗输送。类似地，所述贴剂可以包括能够诱导局部温度升高的 化学物质，以便启动局部出汗反应。类似地，所述贴剂还可以包括用 于对皮肤表面进行充分的局部加热的加热器，以便诱导增强的局部出汗反应。
还披露了用于皮肤贴剂的葡萄糖测量装置。通常，所述葡萄糖测 量装置包括显示器，处理器，用于执行校正运算的计算机可执行码， 以及用于测量收集在相应皮肤贴剂中的葡萄糖的超灵敏测量机构。所 述测量机构被设计成用于测量纳克数量的葡萄糖。所述葡萄糖测量装 置还可以包括电源，储存器，将数据下载到计算机上的链接，以及它 们的组合。所述测量装置还可以包括压力感应器，用于将汗液从汗腺 腔中挤出，并且协助在皮肤表面上的提供更合适数量的汗液。所述测 量装置还可以包括用于驱动毛果芸香碱或其他合适分子进入皮肤，导 致药理学增强的局部排汗速度的离子电渗源。
在变化形式中，所述葡萄糖检测器荧光型的，所述测量机构通常 包括适当优化的光源和检测器。所述光源可以是适当调谐的窄带通光
源，如发光二极管(LED)集中在荧光分子的激发波长上，或者可以是 较宽的光源，具有处在所述荧光分子的激发波长下的带通滤波器。所 述光检测器通常包括光电二极管，具有处在荧光分子的发射波长下的 带通滤波器。在变化形式中，其中葡萄糖检测器是电化学型的，所述 测量装置通常提供用于建立电极接头与所述贴剂之间的连接的接触机 构。
所述测量装置还可以被设计成检测留在皮肤表面上的标记。例 如，可以包括光源和检测器，以便检测独立的非干扰性荧光分子(与 皮肤清洁拭子的正确使用有关)的存在，它通常是进行测量所需的。 因此，所述测量装置可以测定在皮肤表面上没有检测到标记，因此， 试图将皮肤表面葡萄糖与血液葡萄糖相关联的任何企图都可能受到食 物残余物或其他不相关的来源的葡萄糖的污染。所述测量装置还可以 被设计成给用户提供状态的指示。例如，所述状态可以是用户的葡萄 糖浓度低到危险程度，或高到危险程度。所述测量装置可以利用声音， 光线，文字提示，或其组合提供所述指示。本文还披露了测量皮肤上的葡萄糖的方法。所述方法可以包括以
下步骤用含有至少一种能除去葡萄糖的溶剂的拭子擦拭皮肤表面， 将贴剂放置皮肤表面上，其中，所述贴剂包括透汗薄膜，其被设计成 起着表皮污染物和通过扩散被带到皮肤表面的葡萄糖的屏障的作用， 和测量收集在所述贴剂中的葡萄糖。
所述贴剂可以放置在任何合适的皮肤表面上，例如，方便用户监 测葡萄糖并且在有或没有刺激的条件下产生令人满意的出汗反应的解 剖学部位。在某些变化形式中，所述贴剂被放置在手掌指尖上。在某 些变化形式中，将贴剂放置皮肤表面上的步骤是在擦拭皮肤表面的步 骤大约10秒-大约2分钟之后进行的。
还提供了葡萄糖测量试剂盒。在某些变化形式中，所述试剂盒包 括至少一个贴剂，它是独立的，或者与使用所迷贴剂的说明组合。所 述试剂盒还可以包括贴剂和测量装置，或不同贴剂的组合。通常，所 述贴剂是独立巻绕或包装的，并且是一次性的，并且被设计成单次使 用。
附图的简要说明
图l提供了葡萄糖从血液转移到皮肤的转移机理的示意图。
图2A提供了如何将本文所披露的装置和方法用于测量皮肤上的葡 萄糖的一种合适的变化形式的说明。
图2B提供了 一种合适的贴剂的说明性俯视图。
图3A-3D表示本文所披露的贴剂的若干种示意性形状，并且提供了 说明用户如何使用这些贴剂的俯视图。图4A和4B提供了本文所披露的说明性贴剂的截面图。
图5A-5G显示如何将固定容量储器用于本文所披露的贴剂的说明 性变化形式。
图6显示随着时间推移热刺激对出汗反应的影响。
图7显示在使用或不使用透汗薄膜的情况下葡萄糖测量的结果。
图8显示在使用透汗薄膜时血液葡萄糖和汗液葡萄糖之间的标准 化相关性。
图9是在使用或不使用透汗薄膜的情况下汗液流量与葡萄糖流量 比例的曲线图。


图10显示具有降低的葡萄糖含量的对象体内的汗液和血液葡萄糖 含量的曲线图。
图11A和11B提供了在图10中作图的数据的回归曲线图。
图12是显示具有上升的葡萄糖含量的对象体内的汗液和血液葡萄 糖含量的曲线图。
图13A和13B提供了在图12中作图的数据的回归曲线图。
详细说明
本文披露了非侵入性葡萄糖测量的方法和装置。 一般，所述测量葡萄糖的方法涉及使用放置在皮肤表面上并且用粘合剂固定的贴剂。 将独立的测量装置放置在所述贴剂附近或直接放置在它上面，并且被 设计成查验所述贴剂，并且测定收集在它里面的葡萄糖。所述测量装 置通常是小的，手持式装置，该装置装配了相当于必需查验所述贴剂 的技术。例如，所迷测量装置可以采用光学测量或电学测量。这取决 于所述贴剂中的检测器是如何设计的(例如，当所述检测器是荧光分 子时，所述测量装置通常被设计成采用光学测量，当所述检测器是电 化学传感器时，所述测量装置通常被设计成采用电化学测量等等)。 所述贴剂是这样设计的，以便只有与血液葡萄糖相关的葡萄糖(例如， 通过出汗最近到达皮肤表面的葡萄糖)会被检测到，而皮肤上的其余 来源的葡萄糖不会被检测到。
例如，参见图l，存在不同的途径，通过这些途径随着时间推移血
液中的葡萄糖将转移到皮肤上。正如图中所示出的，血液葡萄糖(102 ) 转移到间质液(104)，或转移到汗腺(108)。经过一段时间之后， 血液葡萄糖含量(102)和间质液葡萄糖含量(104)达到平衡。在健 康对象体内，这一段时间通常在5到10分钟的数量级上。血液葡萄糖和 间质液葡萄糖含量之间达到平衡的这种相对短的时间延迟，使得间质 液成为开发连续葡萄糖监测技术的众多努力的焦点。
来自间质液(104)的葡萄糖还通过扩散(106)转运，这是通过 角质层到达皮肤表面的。不过，由于角质层的相对不可渗透性，或由 于完整角质层组织的高质量的屏蔽功能，导致了经皮扩散穿过角质层 的显著的时间延迟。通过经皮扩散输送到皮肤表面的葡萄糖落在血液 葡萄糖之后很多小时，使得它不适合用于医学诊断用途。
葡萄糖还可以通过角质层脱落过程到达皮肤表面，脱落过程导致 了表皮污染物(110)等。例如，表皮葡萄糖来自某些脂类的特定的酶 促裂解，由此产生了游离葡萄糖，它是表皮上层的能源，否则表皮上层很难通过血液来灌注。这种游离葡萄糖不表示相应的血液葡萄糖， 或间质液葡萄糖值。
汗腺(108 )可以被视为穿过角质层的旁路，它使得大量的材料可 以快速通过否则相对不能渗透的屏障大量转运。来自间质液的葡萄糖 是外泌汗腺(108)的工作或泵送功能的主要能源。通过外泌汗腺分泌 的汗液含有一部分来自血液的葡萄糖(102)，它通过皮肤表面上的小 孔从皮肤上喷出。我们业已发现，分泌的汗液的一部分会被角质层重 新吸收。被重新吸收到角质层中的汗液数量，以及由此的葡萄糖的数 量，取决于皮肤的水合状态，并且在一天中是变化的。因此，如果不 阻止葡萄糖从汗液中重新回到角质层，就难以开发出能够使皮肤上的 葡萄糖与血液中的葡萄糖相关联的装置。
Cunningham和Young采用多种方法测定角质层中的葡萄糖含量， 包括一系列带反萃取(tape stripping)和水萃取，并且发现每平方 厘米面积的每微米厚度的角质层含有大约10纳克。参见Cunningham， D. D. 和Young, D. F. , " Measurements of Glucose on the Skin Surface, in Stratum Corneum and in Transcutaneous Extracts: Implications for Physiological Sampling ",Clin. Chem. Lab Med， 41， 1224-1228， 2003。在它们的试验中，在从皮肤表面上收集并且收获葡萄糖时， Cunningham和Young发现角质层是皮肤表面上的表皮污染物的来源，并 且这些污染物与血液葡萄糖无关。
来自表皮污染物的葡萄糖通常体现了在皮肤脱落期间在它出现之 前从几天到几周的任何时间的组织中葡萄糖的含量(因为表皮更新需 要大约28天时间)。例如，参见Rao， G. ， Guy, R. H. ， GHkfeld， P. ， LaCourse， W.R. ， Leung, L Tamada, J. ， Potts, R.0. ， Azimi， N. " Reverse iontophoresis: noninvasive glucose monitoring in vivo in humans", Pharm Res， 12, 1869-1873 ( 1995 )。类似地，不大可能使通过扩散带到皮肤表面的(106 )葡萄糖与血液葡萄糖相关 联。另外，由于葡萄糖不得不通过皮肤层的曲折路径到达表面，通过 扩散带到皮肤表面的葡萄糖通常导致了延迟时间(例如，从几小时到 几天的延迟)，这对于葡萄糖监测来说是不理想的。
本文所披露的方法和装置披露了仅测量并通过出汗被带到皮肤上 的葡萄糖的方式。应当理解的是，在本文中，当提到术语"皮肤"时， 该术语表示不仅包括最外面的皮肤表面，而且还包括整个角质层。
使用方法
正如上面简单披露的，本文所提供的方法涉及贴剂和测量装置的 使用。在使用所述贴剂之前，将皮肤擦拭干净，以便除去残留在皮肤 上的任何"旧的"或残留的葡萄糖。所述拭子通常是用适合擦拭皮肤的 材料制成的，并且包括用于除去葡萄糖的溶剂。仅仅是为了便于说明， 本文所使用的术语"拭子"包括任何类型的织物，纺织物，无纺布，布 料、垫子，聚合物或纤维混合物，并且，类似于这样的载体能够吸收 溶剂或将溶剂浸溃在里面。
在某些变化形式中，所述拭子包括沉积在皮肤上的标记。在这些 变化形式中，所述测量装置寻找所述标记的存在，并且，如果检测到 所述标记的话，测量就继续进行。如果没有检测到所述标记的话，测 量就不再进行。正如在下面更详细地披露的，在某些变化形式中，所 述测量装置为用户提供了皮肤没有被擦拭的指示。这样，最小化了用 户获得并且依赖于临床上危险的测量的可能性(例如，根据来自皮肤 上的食物残留物或其他葡萄糖来源的错误读数作出的测量，这些葡萄 糖与用户实际的血液葡萄糖无关)，并且有利于精确测量。所述标记 可以包括具有短的半衰期的化学物质，以便它能在短时间之后衰减。 这样， 一种标记仅适用一个拭子，或仅适合一次适用，从而最小化了对皮肤表面的标记的错误检测。类似地，所述标记还可以与挥发性化 学物质结合，使能够在短时间内蒸发。
不过，应当指出的是，所述拭子应当不包含溶剂，标记，或其他 干扰测量葡萄糖的化学物质。就是说，合适的葡萄糖溶剂应当具备溶 解葡萄糖的能力，而又不会干扰葡萄糖的电学或光学测量。极性溶剂， 特别是蒸馏水和醇的混合物，在除去皮肤表面上的残留葡萄糖方面提 供了非常好的结果。可以选择蒸馏水与醇的比例，以便有足够的水溶 解葡萄糖，但是又不会有过多的水使得除去多余的水相对测量所述葡
萄糖而言花费过长的时间(例如，超过25分钟)。正如上文所指出的， 需要筛选所述醇/水混合物，或其他极性溶剂，以便它能除去残留的葡 萄糖，而又不会千扰所述葡萄糖测量。
在擦拭皮肤之后，将贴剂放置在皮肤上。所述贴剂可以放置在任 何合适的皮肤表面上。例如，所述贴剂可以放置在手指上，手掌上， 手腕上等。通常，所述贴剂被放置在手指顶端，因为指尖具有最大的 汗腺密度。另外，将所述贴剂放置在指尖上，提供了方便的，独立的， 和便于接触的检测部位。正如下面更详细地披露的，所述贴剂包括收 集层，检测器，和粘合剂层。所述检测器可以是，例如，干燥的，聚 合物型电化学传感器，放在微流体包装中的潮湿的电酶促传感器，葡 萄糖-敏感型荧光分子或聚合物等。
在使用贴剂之后不长的时间(例如，大约1_大约25分钟)，将所 述测量装置放置在所述贴剂附近或直接放置在所述贴剂上。参见图2， 贴剂(200 )已被放置在指尖表面(202 )。测量装置(204 )是靠近贴 剂(200 )放置的，并且查验(206 )所述贴剂。正如上文简要说明的， 以及在下面更详细地披露的，所述测量装置的结构取决于所述贴剂的 结构。例如，如果所述贴剂检测器是荧光分子，所述测量装置就被设 计成具有测量荧光所必需的相应的光学器件。在某些变化形式中，所迷装置和所述贴剂是彼此接触的。例如，正如在下面将要更详细地说 明的，有时候所述贴剂和所述测量装置之间的物理接触为所述装置提 供了动力和/或被用于启动它。另外，所述贴剂可以包括容纳在它里面 的电池电源。
在业已进行过测量之后，用户取下所述贴剂，并且扔掉它。当需 要再次测量葡萄糖时，用户擦拭皮肤，获得新的贴剂，将所述贴剂放 置在合适的和需要的部位，并且使用所述测量装置查验所述贴剂。另 外，用户可以查验所述贴剂一次以上，可将它用于连续测量。例如， 所述贴剂可以在一定时间间隔内查验若干次，该时间足以^^所述贴剂 重新充满新的汗液(而旧的汗液被吸收到吸收层中)。例如，在使用 电化学型检测器时，葡萄糖可以测定为例如第二和第一积分电荷之间 的差。类似地，在使用荧光型检测器时，化学平衡时间常数应当足够 小，以便可以将荧光强度用于测量汗液中的葡萄糖。
贴剂
所述贴剂可以具有任何合适的结构。例如，它们可以具有矩形几
何形状，参见图3A，或者它们可以具有圆形几何形状，参见图3B。所 述贴剂还可以具有有趣的几何形状，或者在它上面包括有趣的设计(例 如，卡通画，形状，恐龙等)，以便吸引儿童，参见图冗和3D。在图3 A中所示出的贴剂巻绕在指尖周围，而在图3B， 3C，和3D中所示出的贴 剂则不是这样，并且任一种变化都是合适的。类似地，所述贴剂可以 具有任何合适的大小。例如，用在手腕上的贴剂通常比用在指尖上的 贴剂大。回头参见图2B，所示出的贴剂(200 )具有圆形几何形状，并 且直径为l cm。通常，圆形贴剂是为了在指尖上使用而设计的，它的 直径在大约l. 0 cm-大约2. 5 cm范围内，或者面积在大约O. 785 cm2-大约4. 91 cm2范围内。为了将所述贴剂放置在其他皮肤表面上，所述 贴剂的面积可以在大约2 cmL大约10 cm'范围内。在某些变化形式中，并且一般如图4A和4B所示，所迷贴剂包括粘 合材料，收集层，界面层，和检测器。不过，在某些变化形式中，所 迷贴剂不包括粘合材料，并且，在这些变化形式中，所述贴剂可能适 合粘贴，固定或放置在用户皮肤表面上。例如，用户可以将所述贴剂 固定在皮肤表面上，或者可以使用弹性材料，或医用胶带等固定在皮 肤上。类似地，在某些变化形式中，所述贴剂不包括界面层。在这些 变化形式中，所述界面层可以粘贴在所述测量装置上，并且所述测量 装置/界面层可以放置在所述贴剂上，以便读数。
参见图4A，图中示出了皮肤(402 )上的贴剂(400 )的截面图。 贴剂(400 )包括层形式的粘合材料(404 )，收集层(405 )，检测层 (406 )，和界面层(408 )。所述检测器不一定在空间上分开在独立 的层中。例如，在图4B中示出了放置在皮肤表面(412)上的贴剂(410) 的截面图。贴剂(410)包括粘合剂层(414)，收集层(416)，和界 面层(418)。在图4B的变化形式中，收集层(416)中包括所述检测 器。
尽管在附图中没有示出，所述贴剂还可以包括至少 一个剥离衬 里。例如，底部粘合表面上的剥离衬里能保护粘合剂层，防止它在储 存期间和使用之前丧失其粘结性。类似地，剥离衬里可以放置在上部 界面层的顶部，以便保护它里面所容纳的光学或电学元件。在某些变 化形式中，不使用剥离衬里，并且在界面层的顶部是背衬层。在某些 变化形式中，所述背衬层是用纺织或无纺柔性片材制成的，正如经皮 贴剂领域所公知的。在其他变化形式中，所述背衬层是用柔性塑料或 橡胶制成的。
通常，所述贴剂还包括汗液渗透屏障，如分别在图4A和牝中用标 记(403 )和(415)所示出的。汗液渗透屏障是汗液可以渗透的，但 起着屏蔽表皮污染物，如通过脱皮带到皮肤表面的污染物，以及通过扩散带到皮肤表面的不相关的葡萄糖的作用。这样，不相关的，以及 其他干扰性葡萄糖不会通过所述收集层参与测量。汗液渗透屏障还有 助于防止或最小化业已通过出汗被带到皮肤表面的葡萄糖被重新吸收 到角质层的外层中。
一般，所述透汗薄膜可以包括允许汗液从它里面通过的，无毒的， 并且能阻止汗液被重新吸收到皮肤中的任何材料。例如，所述透汗薄 膜可以用疏水性涂层或多孔疏水性薄膜制成。所述薄膜可以厚到足以 覆盖皮肤，但又薄到足以让汗液从它里面通过。疏水性材料的合适的
例子包括矿脂，石蜡，矿物油，硅油，植物油和蜡等。尽管在图4 A 和4B中所示出的透汗薄膜位于粘合剂层上面，但并非必须如此。例如， 在一种变化形式中，所述透汗薄膜包括涂在皮肤表面上的油和/或矿脂 涂层。这样，只会检测通过外泌汗腺被带到皮肤表面的葡萄糖。类似 地，可以将液体聚合物涂料，或液体绷带用作透汗薄膜。通常，这些 材料是具有低表面张力的液体薄膜，在它们固化时能在汗腺孔上留下 开口 (例如，硅聚合物，如SILGARD⑧)。所述液体聚合物涂料具有显
著优点，即除了汗腺孔之外任何地方都是水不能渗透的，不过，还可 以使用具有微孔的固体聚合物层，例如，Whatman NUCLE0P0RE 聚碳 酸酯径迹蚀刻薄膜过滤器。其他合适的薄膜包括AN0P0RE⑧无机薄膜， 其包括高纯度氧化铝基质与精确的不变形的蜂窝状孔构造。
应当理解的是，尽管在图4A和4B中分别示出的透汗薄膜(403 ) 和(415)是独立的层，但并非必须如此。实际上，在某些场合下，可 以将粘合剂聚合物与上述液体聚合物组合在一起。在这种变化形式中， 所述液体聚合物在接触氧气(例如，在除掉所述剥离衬里时)会开始 固化(或变成固体)。所述层应当覆盖表皮，不过，仅仅会在汗腺口 上留下孔。这样，只有通过汗腺带到皮肤表面的葡萄糖能从所述层中 通过到达所述收集层。正如上文所指出的，除了让汗液中的葡萄糖转 运到皮肤表面之外，所述透汗薄膜还可用于阻止扩散，并且用于抑制通过皮肤脱落产生的表皮屑。因此，只有与血液葡萄糖相关的来自汗 液的葡萄糖会被测定。
所述粘合材料可以包括在图2B中用(208 )表示的环状覆盖层，或 者它可以包括同时粘合，并且与至少一个其他的贴剂层共同延伸的层。 可以使用任何合适的粘合剂。例如，经皮贴剂领域公知的常见的压敏 粘合剂，例如可以使用硅酮，和聚丙烯酸酯等。我们发现，在某些场 合下，可能需要提供粘合剂层，或粘合剂与汗液渗透屏障组合层，它 是相对干燥的。这是考虑到角质层的过度潮湿会抑制汗腺功能(例如， 参见Nadel， E. R. and Stolwijk， J. A. J， ， " Effect of skin wettedness on sweat gland response", J. Appl. Physiol, 35， 689-694， 1973 )。另外，皮肤的过度潮湿可能有助于来自脱落的皮 肤上的葡萄糖的释放。因此，可能需要限制皮肤和所述贴剂之间界面 的含水性质或其他潮湿性质。
所述贴剂还可以包括通过物理，化学或机械方法诱导排汗的部件。 例如，在一种变化形式中，所述贴剂包括毛果芸香碱和穿透增强剂或 渗透增强剂，以便通过化学或药理学方法诱导排汗。穿透增强剂的使 用可能有助于加快毛果芸香碱进入体内的速度，并因此加快增强的出 汗反应的开始。合适的渗透增强剂的例子包括，但不局限于乙醇和其 他高级醇，N-癸基二甲亚砜(nDMS)，聚乙二醇单月桂酸酯，聚丙二 醇单月桂酸酯，二月桂酸酯和相关的酯，甘油单-油酸酯和相关的单， 二和三功能甘油酯，二乙基甲苯甲酰胺，聚乙二醇单烷基醚和聚乙二 醇烷基羧甲基醚的烷基或芳基羧酸酯。还可以使用离子电渗疗法驱动 毛果芸香碱转移到皮肤中。本发明人业已发现，通过离子电渗疗法将 毛果芸香碱输送到皮肤中，可以使每单位面积的出汗数量增加大约20 倍。类似地，可以将其他化学物质导入皮肤，以便加强出汗反应。
所述贴剂还可以包括能通过促使局部温度增加来加强出汗反应的部件。例如，加热器(例如，电阻加热器)可用于提高皮肤表面温度， 并因此增加排汗。还可以通过施加能量(例如，在可见光或近红外区 域)实现出汗反应的热诱导。例如，可以使用灯光发热并且诱导排汗。
进行了测量排汗速度的实验(nL/cmx分钟)，排汗速度是灯光功率 (W)对时间(秒)的函数。参见图6，似乎存在诱导出汗反应所需要 的最小阈值。在这种场合下，所述阈值在大约2-大约2. 5Watts的范围 内(所述灯光的功率)，此时使用的是MAGLITE⑧，Model LR 00001, 6伏卣素灯。
还可以将直接的电刺激(即，感应电刺激)用于诱导出汗反应。 类似地，可以将化合物或化合物的组合用于促使局部温度升高，并因 此诱导或加强出汗反应。例如，可以使用通过薄膜隔开的两种化合物。 当所述贴剂贴在皮肤上时，可以通过易拉环将所述薄膜除掉，以便使 所述化合物彼此接触，并导致放热反应。这样，就提供了热源。
还可以使用诱导或加强排汗的物理机构。例如，在一种变化形式 中，让所述测量装置与所述贴剂接触，并且以足以加强汗液转运至皮 肤上的方式对所述贴剂施加力。施加在收集贴剂上的压力导致了汗腺 腔的液体被挤出并且输送到皮肤表面。另外，所迷测量装置可以包括 抽吸或真空机构，它与所施加的压力组合能导致较大数量的汗液输送 到所述贴剂的收集层。还可以使用其他变化形式诱导排汗。
还可以通过在所述贴剂中使用闭合的层诱导排汗，该闭合层能阻 止来自皮肤表面的蒸发损失，并因此能更有效地将汗液积累到所述贴 剂的收集层中。该闭合的层可以包括所述贴剂内的元件，或者是可除 掉的覆盖物，它在使用所述测量装置之前与所述贴剂分离。例如，该 闭合的层可以是薄的聚乙烯薄膜或某些其他合适的水汽-不能渗透的 材料。在某些变化形式中，可能需要提供最小化可变排汗速度对在所迷 收集层中积累的葡萄糖数量的影响的方法。存在若干种方法可以将可 变排汗速度的影响统一化，通过所述收集方法或使用各种分析物。最 小化可变排汗速度的影响的一种方法是将测量的葡萄糖的流量统一 化。例如，当葡萄糖是通过排汗转移到皮肤表面上时，可以按以下方
式计算在每分钟内沉积到单位皮肤表面上的葡萄糖总量
GF - SR x SG
其中，GF是葡萄糖流量(ng/cm2 x min) ， SR是排汗速度(m L/ cm2 x min)，而SG是汗液中的葡萄糖浓度(ng/ja L )。
通常，排汗速度会因为物理或情绪刺激而随时波动，并且这种波 动可能导致从皮肤表面收集的葡萄糖数量的波动，并因此影响葡萄糖 浓度测量的精度。如果以时间函数的形式测量排汗速度并且用以按以 下方式将葡萄糖流量统一化可以显著降低这种波动
GF/SR = (SRxSG) /SR =SG
另一种方法，例如，可以包括将所述贴剂的所述收集层设计成收 集稳定体积的流体，以便可变排汗速度只影响充满收集空间的时间， 而不影响所收集的流体数量。例如，所述收集层可以包括吸收聚合物， 它能用特定体积的流体饱和。类似地，所述收集层可以包括具有固定 体积的毛细储器。合适的毛细储器包括由上述Whatman公司生产的过滤 器。在图5A中示出了皮肤表面(502 )上的贴剂(500 )。在这种变化 形式中，所述粘合剂层和所述透汗薄膜被组合成单层(504 )。在所述 收集层(508 )内是固定容量储器(506 )。在图5 A中所示出的固定容 量储器(506 )是全空的。随着汗液开始向皮肤表面转运，并且通过所 述透汗薄膜，所述固定容量储器开始被充满，参见图SB。可以采用多种不同的技术确定何时固定容量储器，以及所述收集 层被充满。例如，可以使用电容，导电率，或光学测量，分别参见图
5C， 5D，和5E。例如，在图5C中示出了皮肤表面(512)上的贴剂(510)。 在该附图中，汗液业已通过了粘合剂层和透汗薄膜层(514)，填充固 定容量储器(516)。将形成介电填充的电储器的导体(518)放置在 贴剂(510)的任意一侧。这样，可以通过介电填充的电储器容量的改 变测定固定容量储器(516)内的体积。适用于本文所披露的所述贴剂 的实例性导体包括用银，和白金等制成的导体。
类似地，可以利用导电率测定何时储器被充满。在图5D中示出了 皮肤表面(522 )上的贴剂(520 )。汗液业已通过了粘合剂层和透汗 薄膜层(524 )，以便填充固定容量储器(526 )。通过储器(526 )建 立了传导电路(530 )，在这里显示在该储器的顶部。所述电路可以打 开或闭合。这样，可以通过导电性变化(例如，位于所述储器顶部) 测定固定容量储器(526 )的体积。可以在贴剂(520 )的任意一侧提 供支撑装置(528 )，它有助于提供它的结构完整性。这种支撑装置可 以是塑料基片，具有适当构造的印刷电路元件，它可以提供通过固定 容量储器的电路。储器顶部电阻或导电性的改变可能表明了所述储器 内的流体体积是否业已达到最大。驱动电流通过本文所述电路的最合 适的功率可以通过包埋在所述测量装置中的电感耦合机构，和塑料电
池等提供。
还可以利用光传输确定何时储器被充满。在图5E中示出了皮肤表 面(532 )上的贴剂(530 )。汗液业已通过了粘合剂层和透汗薄膜层 (534 )，以便填充固定容量储器(536 )。由储器(536 )建立了光传 输通道(538 )，这里显示在该储器的顶部。这样，可以通过光传输的 变化(例如，位于储器顶部)测定固定容量储器(536 )内部的体积。 可以在贴剂(530 )的任意一侧在机械支撑装置(540 )的顶部提供光学纤维通道，使所述贴剂一侧的光源与另一侧的光学检测器连接。测 定的光传输的改变可以表明所述储器内的流体体积是否业已达到最 大。在所述测量装置中可以包括所述光源和检测器的电源。
还可以利用光学反射测定所述储器何时被充满。例如，在图5F中 示出了皮肤表面(542 )上的贴剂(550 )。汗液业已通过了粘合剂层 和透汗薄膜层(544 )，并且部分充满了固定容量储器(546 )。将透 明板(549 )放置在所述储器顶部。该板的光学折射指数接近于汗液的 折光指数(大约l. 33 )。入射光(551)照射储器(546 )和板(549 ) 之间的界面。在这里，反射光(552 )具有高强度，因为板(549 )和 空气(它的光学折射指数为大约l. 0)之间的光学指数差别较高。在图 5G中示出了相同的贴剂(550 )，其中，储器(546 )被汗液完全充满。 在这里，反射光(552 )具有低强度，因为板(549 )和汗液之间的光 学指数差较低(这两者的光学折射指数都为大约l. 33)。因此，可以 将反射光强度的下降用作储器被充满的指标。在所述测量装置内可以 包括光源和检测器，并且可以通过光学界面查验所述贴剂。
所述贴剂的葡萄糖含量测定可以通过使用汗液所特有的浓度稳定 的无葡萄糖分析物(例如，乳酸盐，尿素，氯化钠，其他电解质等) 将可变排汗速度统一化进行。这样，葡萄糖浓度就可以相对所述值统 一化。例如，可以将独立的化学检测器整合在所述贴剂中，以便独立 测定汗液分析物的含量。积累在所述收集层中的汗液分析物的数量仅 仅取决于所述层中汗液的体积。 一旦确定了该体积，在汗液中所测定 的葡萄糖数量就可以相对所收集的汗液总体积统一化，从而避免与测 量在所迷贴剂的收集层中所积累的较多的葡萄糖相关的误差(即，由
于排汗增加，而不是由于较大的生理学葡萄糖浓度)。另外，在汗液 中可能存在随着排汗速度增加而增加的生理学标记，测定这些标记的
浓度也可以作为将在所述收集层中积累的葡萄糖统一化的方法。正如上文所披露的，所述贴剂包括检测器。所述检测器可以位于 靠近所述收集层的自身的层中，或者取决于所述检测器的性质，它可 以结合在所述收集层本身中。在缺少热，情绪，物理，或药物刺激的 情况下，在手掌，前臂和指尖上的汗液排出量的常见值是较小的。个 体之间，以及身体的不同解剖学部位之间的排汗量是不同的。据报导，
每个腺体的最大排汗速度为大约2 nL/分钟-大约20 nL/分钟。参见 Sato, L and Dob son ， R丄 "Regional and individual variations in the function of the human eccrine sweat gland", J. Invest. Dermat. ， 54， 443 ， 1970。假设每个汗腺的无感觉排汗速度为1 nL/ 分钟，并且利用位于身体不同部分的测量的汗腺密度，可以估算总的 出汗量。前臂上的常见的汗腺密度为大约每平方厘米100个汗腺，它能 提供O. 1 niL汗液/ cm7分钟。手掌指尖上的常见的汗腺密度大约为 每平方厘米500个汗腺，它能提供O. 5 juL汗液/ cm7分钟。在缺少刺 激的情况下，单位面积上的有效汗腺数量通常会降低到可利用总汗腺 量的一半。Boysen等在上述文献中发现汗液中的葡萄糖浓度大约为正 常血液葡萄糖值的1°/。(例如，lmg/dl)。因此，到达手掌指尖的葡萄 糖的流量估计在大约2. 5纳克-大约5纳克/ cm7分钟的范围内。因此， 本文所披露的检测器能够检测纳克数量的葡萄糖(低于100纳克)，并
且本文所披露的测量装置必须能够进行超灵敏葡萄糖测量。
实际上，我们业已证实了在缺少热、药理学或其他形式刺激的情 况通过排汗带到皮肤上的葡萄糖流量在l-20纳克/ cm7分钟的数量级 上。上述测量是使用Wescor MACR0DUCT ( 459 South Main Street Logan， Utah 84321 )系统进行的，并且在特别改良的汗液收集腔室中 进行。收集在Wescor MACR0DUCT⑧中的汗液以及在汗液收集腔室中的 汗液利用具有脉冲-电流测试器(HPAE-PAD)的Dionex (Sunnyvale, Cal if ornia )高效阴离子交换进行分析。使用分析样品检测了 HPAE-PAD 系统的灵敏度和特异性。我们使用HP AE-P AD检测到低至1纳克的葡萄糖 数量。可以使用若干种类型的适当的灵敏检测器。例如，所述检测器可 以是电化学型的，或者可以是荧光型的。合适的电化学传感器可以是 在聚合物或其他支持物中或其上包括固定化葡萄糖-氧化酶或其他酶 的传感器，以及在微流体结构上包括葡萄糖-氧化酶或其他酶的传感 器。类似地，所述检测器可以是荧光型的，例如，基于葡萄糖敏感性 荧光分子的增强了的或抑制了的荧光。
正如上文所指出的，可以使用任何合适的电化学检测器。例如， 所述电化学检测器可以是聚合物型的、基于微流体学的等。当电化学 检测器是聚合物型的时候，所述聚合物通常是可以渗透葡萄糖的，并 且将葡萄糖反应酶固定在所述聚合物上或内。所述界面层包括至少两 个电极，所述电极通常是在测量装置与所述贴剂接触时通过所述测量 装置启动的。在一种变化形式中，使用了葡萄糖氧化酶，它能产生过 氧化氢，过氧化氢在至少一个电极上起反应，以便产生与葡萄糖浓度 成正比的可测量的电流。就是说，使用本领域已知的酶促方法，所述 葡萄糖氧化酶能催化葡萄糖和氧起反应，从而产生葡糖酸和过氧化氢。 所述过氧化氢随后在至少一个电极上进行电化学还原，产生两个用于 检测的电子。正如上文所指出的，所述测量装置和所述贴剂之间的电 接触还可用于为所述贴剂提供动力(不过，正如上文所指出的，所述 贴剂里面还可以包括电池)。所述测量装置查验所述贴剂(即，所述 检测器)并且提供一个独立的读数。
在使用微流体学形式的电化学检测器时，所述贴剂通常包括流体 储器，流体通道，闸阀，和传感器电极。在这种变化形式中，所述电 化学酶通常在溶液中。所述界面层包括至少一个电极，它是在将测量 装置电接触所述贴剂时由所述测量装置启动的。对于上述情形来说， 所述测量装置和所述贴剂之间的电接触可以为所述贴剂提供电力。微 流体传感器还可以包括具有参考分析物的储器，以便提供所述检测器
2的原位校正。对于上迷情形来说，所述测量装置和贴剂之间的电接触 可以为所述贴剂提供电力，或者所述贴剂里面可以包括电池。
可以通过以下方法提高所述电化学检测器的灵敏度。在检测周期 期间提高温度、延长检测周期的长度、增加所述检测器的面积，适当 地选择工作电位，以及使用选择性膜屏蔽干扰物质，如抗坏血酸，尿 酸，醋氨酚等。另外，可以使用不同的方法，其中，葡萄糖样品是在 有和没有葡萄糖特异性酶的情况下测量的，并且葡萄糖浓度是根据这 两种信号之间的差确定的。
例如，通过加热传感器溶液的温度从25iC上升到40C来提高灵敏 度，并且这种温度升高可能不会影响葡萄糖检测器的酶活性。例如， 参见Kriz， D， Berggre， C, Johansson, A. and Ansell， R.J. ， ""SIRE-technology. Part I. Amperometric biosensor based on flow injection of the recognition element and differential measurements", Instrumentation Science & Technology, 26， 45-57 (1998 )。类似地，可以通过增加所述检测器的面积提高灵敏度，因 为所述检测器电流随着所述检测器电极面积的增加而线性增加。通过 延长测量的时间，还可用于提高测量的电荷并因此提高所述检测器的 总体灵敏度。最后，利用大小和，或电荷选择性膜覆盖所述电极，可 以使过氧化氢通过，例如，同时排除抗坏血酸，尿酸和其他材料，这 些材料能够直接与所述传感器起反应，产生假信号。例如，合适的尺 寸选择性薄膜包括用聚氨酯，聚乙烯和其他材料制成的薄膜，以及用 聚乙硫醚，NAFION ,醋酸纤维素，和可以用作电化学检测器的千扰 屏蔽薄膜的其他材料制成的电荷选择性薄膜。
所述检测器还可以是荧光检测器。在这种变化形式中，所述贴剂 的界面层是用在所述贴剂所使用的特定荧光型检测器的相关的激发波 长和发射波长下光学透明的材料制成的。在这种变化形式中，所述测量装置不需要直接的物理接触，因为对所述贴剂的查验是通过所述装
置和贴剂之间的光偶合完成的，参见图2A。所述测量装置的内部电子 器件还可以被设计成记录在它通过所述贴剂时的最大信号，从而减少 对所述测量装置和所述贴剂本身之间的适当的静态记录的需要。所述 贴剂还可以包括对葡萄糖不敏感的参考荧光分子，以便提供比例测量， 而不是绝对的强度测量。参考分子的添加，还可以防止来自荧光型检 测器的发射波长的假信号。
所述荧光检测器通常包括固定在聚合物或合适溶剂中的葡萄糖-敏感型荧光分子，并且正如上文所披露的，可以在独立的层中，或者 分散在整个所述收集层中。由于所述测量装置将在特定波长下测量葡 萄糖，这就需要在所述贴剂中使用的材料不具有等于或大体上接近葡 萄糖变换分子的荧光发射波长的荧光。类似地，在这些变化形式中， 通常希望所述透汗薄膜是不透明的，以便避免来自皮肤的自发荧光。
合适的荧光检测器，例如可以是在授予Van Antwerp等的美国专 利号6， 750， 311中所披露的检测器，该专利的有关荧光检测器的部 分被以整体形式收作本文参考。正如本文所披露的，荧光检测器可以 基于标记过的外源凝集素或硼酸盐(锗酸盐或砷酸盐)芳族化合物的 荧光强度的减弱。合适的外源凝集素包括伴刀豆球蛋白A( Jack Bean)， 蚕豆(FavaBean)，和箭舌笞豌豆等。这种外源凝集素结合葡萄糖的 平衡常数为大约IOO。参见Falasca等，Biochim. Biophys. Acta.， 577: 71 ( 1979 )。所述外源凝集素可以用荧光部分标记，如异硫氰酸 荧光素或若丹明，使用通过商业渠道获得的试剂盒。标记过的外源凝 集素的荧光随着葡萄糖浓度的增加而减弱。
还可以将硼酸型糖结合化合物用作荧光检测器的基础。葡萄糖可 逆转地与所述化合物上的硼酸基团结合。业已披露了硼酸复合物，它 能通过多种方式转换葡萄糖信号。参见，Nakashima,et al. ，Chem. Lett.1267 ( 1994 ) ; James, et al， ， J. Chem. Soc. Chem. Conmmn, 477 (1994 );和James， et al. , Nature, 374: 345 ( 1995 )。这些包 括卟啉或吲哚类型分子的几何学变化，吟啉的旋光本领的变化，以及 蒽型部分的光致电子转移。类似地，业已证实l-蒽基硼酸的焚光可以 通过添加葡萄糖淬火。参见，Yoon， etal. ， J. Am. Chem. Soc， 114: 5874 (1992)。
例如，在上述荧光型检测器上使用的染料可以是蒽，荧光素，氧 杂蒽(例如，硫氰酸盐，若丹明)，花青素苷，香豆素(例如，香豆 素153), 噪(例如，尼罗蓝)，能产生荧光信号的金属复合物或 其他聚芳族烃。与以前所披露的这些传感器的使用不同，其中，所述 传感器是为了与目标分析物的平衡结合，以及为了可恢复性而专门设 计的，本文所披露的荧光型检测器的结合常数可以提高，以便进一步 降低检测极限。
测量装置
所述测量装置查验所述贴剂，以便测量葡萄糖。所述装置测量存 在于固定体积中的葡萄糖的总量，然后将所述葡萄糖测量值转化成浓 度。 一般，所述测量装置通常包括用于显示数据的显示器。该装置还 可以包括报警指示器(例如，文字提示，闪光灯，声音等)，以便通 知用户葡萄糖含量危险性的高或危险性的低。另外，正如上文所简要 说明的，所述测量装置还可以被设计成证实皮肤清洁过程业已完成。 例如，在使用具有标记的拭子时，所述标记会留在皮肤表面上。如果 所述测量装置检测到所述标记，测量就可以进行。如果所述测量装置 没有检测到所述标记，测量就不会进行。在一种变化形式中，所述测 量装置为用户提供了皮肤表面在使用之前必须进行清洗的指示(例如， 使用文字提示，彩色或闪光灯，或各种声音)。所述测量装置还可以 包括离子电渗源，例如，用于帮助驱动毛果芸香碱，或其他感兴趣的分子进入皮肤。
所述测量装置的结构取决于所述贴剂中的检测器的结构。例如， 当所述测量装置与电化学检测器一起使用时，所述测量装置提供了与 所述界面层的电接触，并且是由所述电接触提供电力，或者是由独立 的电源提供电力(例如，所述贴剂本身内的电池等)。所述测量装置 通常还包括用于分析数据的计算机处理器。相反，当所述测量装置被 设计用于荧光检测时，所述测量装置被设计成提供光学接触或与所述 界面层相互作用。在这种变化形式中，所述测量装置通常还包括用于 刺激荧光的光源。在某些变化形式中，所述测量装置包括必要的电极 接头和必要的光学元件，以便一个测量装置可用于具有各种结构的贴 剂层的贴剂(例如，包括荧光型分子的一层，和包括电化学检测器的 另一层)。
所述测量装置还包括包含校正运算的计算机可执行码，它将所检 测的葡萄糖的测量值与血液葡萄糖值相关联。例如，所述运算可以是
多点运算，它的有效期通常为大约30天或更长时间。例如，所述运算 可以使多毛细管血液葡萄糖测量(例如，采血棒)与在大约l天-大约3 天时间内同时进行贴剂测量的性能成为必要。这一目的可以通过使用 具有本文所披露的测量装置的独立的专用的血液葡萄糖计实现，它包 括与所述测量装置的无线(或其他合适的)连接。这样，就建立了自 动化数据传输，并且使用户在数据输入时的误差最小化。
一旦获得了具有足够大范围值的统计学上显著数量的成对的数据 点(例如，包括大约200 mg/dl的血液葡萄糖变化)，就可以生成校正 曲线，该曲线使测定的汗液葡萄糖与血液葡萄糖相关。患者通过一次 血液葡萄糖测量就可以定期进行校正核查，或者根据要求或需要进行 总体再校正。所述测量装置还可以包括储存器，用于保存读数等。另外，所迷 测量装置还可以包括与计算机的连接(无线，和电缆等)。这样，储 存的数据就可以从所述测量装置传输到计算机，以便随后分析等。所 述测量装置还可以包括各种按钮，以便控制该装置的各种功能，并且 在需要时开启和关闭该装置。
试剂盒
本文还披露了试剂盒。所述试剂盒可以包括一个或多个包装的贴 剂，它们是独立的，或者是与其它贴剂、测量装置或说明书組合的。 在一种变化形式中，所述试剂盒包括具有荧光型检测器的至少一个贴 剂，和具有电化学型检测器的至少一个贴剂。通常，所述贴剂被独立
包装在无菌储器或包装中，并且被设计用于一次性使用。所述试剂盒 还可以包括包含一种类型检测器的多个贴剂。
在另一种变化形式中，所迷试剂盒包括至少一个贴剂，和至少一 个测量装置。所述至少一个贴剂可以具有相当于所述测量装置的测量 能力的检测器(例如，具有电化学型检测器的贴剂的测量装置被设计 成可提供电接触)或所述贴剂可以具有与所述测量装置的测量能力不 相当于的检测器。在某些变化形式中，所述试剂盒包括具有多种类型 的检测器的贴剂，并且所述测量装置被设计具有电学和光学能力。
实施例
例l:透汗薄膜作用的研究
同时在四十岁的男性I型糖尿病患者的两个手臂的清洁的干燥皮 肤上进行标准的毛果芸香碱离子电渗疗法。在刺激之后擦拭所述皮肤， 并且在离子电渗疗法之后一分钟之内涂敷MedOptix Macrovial表面
(所述MedOptix Macrovial能够从皮肤上的同一位点收集一系列的汗液样品。它可以用带有孔的平板制成，以便与皮肤表面接触。在所述 平板的非皮肤接触侧面，用毛细管将所述孔连接到采集室或小瓶。将 凡士林-石蜡屏障材料(起着透汗薄膜作用)涂在右臂上的某个部位，
然后涂敷MedOptix Macrovial。从MedOptix Macrovial的末端出现第 一滴汗液开始每隔10分钟采集样品。所述对象的起始血液葡萄糖含量 为220 mg/dl，然后在样品采集的前40分钟中含量稳定在大约175 mg/dl。所述对象然后饮用10盎斯COKE⑧，使血液葡萄糖上升到大约300 mg/dL。
来自左臂的前两个样品(没有透汗薄膜)包含大约2. 0 mg/dl葡 萄糖。汗液的葡萄糖浓度在该实验的其余时间一味地上升到最大为大 约5. Omg/dl。这种浓度提高与血液葡萄糖增加无关，血液葡萄糖是在 左臂葡萄糖开始增加40分钟之后开始增加的。相反，来自具有所述透 汗薄膜的右臂的葡萄糖样品在大约l. 7 mg/dl处保持稳定，并且在血液 葡萄糖开始增加之后大约10分钟提高到大约2. 5fflg/dl的最大值。结果 如图7所示。
图8表示具有所述透汗薄膜的部位的血液葡萄糖与汗液葡萄糖的 拟合，这已进行了时间位移。血液和汗液葡萄糖值是高度相关的，正 如由O. 98的R2值所体现的。在没有透汗薄膜的部位上进行的整个实验 中，葡萄糖浓度是一直增加的，这与葡萄糖来源不取决于汗液的结论 是吻合的。图9是汗液酒量与葡萄糖流量比例的曲线图。参见附图，在 存在透汗薄膜的情况下，当血液葡萄糖含量稳定时，所述比例保持稳 定。相反，当没有透汗薄膜时，所述比例在此期间增加。因此，该数 据表明，使用透汗薄膜能起着屏蔽表皮污染物和通过扩散被带到皮肤 表面的葡萄糖的作用。
例2:汗液葡萄糖与血液葡萄糖的相关性
所使用的对象的两个前臂都用标准70%异丙醇药签擦拭。分别将浸有緩冲的盐溶液和i。/。毛果芸香碱溶液的棉垫应用于标准离子电渗疗 法装置的负电极和正电极上。在用弹性带保持电极紧贴对象皮肤的同
时，对所述电极施加电流为l mA的10mA-min的电荷(剂量)。在离子 电渗疗法10分钟之后擦拭皮肤，并且在离子电渗疗法之后l分钟之内将 MedOptix Macro vial应用于正电极的部位。每隔10分钟或15分钟更换 样品小瓶，直到在所述采集间隔段汗液流量开始少于大约10ja 1。
使用商购的个人血液葡萄糖计(ACCU-CHECK ADVANTAGE , Roche ) 每隔10分钟通过毛细管手指采血测定血液葡萄糖含量。在某些实验中， 将大瓶(macro-vials)同时放置在右臂和左臂上，而在其他实验中， 首先将大瓶放置在一个手臂上，然后在一小时之后放置在另一个手臂 上。过滤样品，稀释，并且用DIONEX⑧HPAE-PAD系统分析。该方案随 着对象的起始状态而改变。例如，如果对象的血液葡萄糖(BG)高(〉200 mg/dL),就要求对象进行它的正常胰岛素治疗方案，以便降低BG。否 则，在实验开始时给对象提供含有35-70g的葡萄糖的饮料，以便使BG 在采集期间升高。
对象BCG 1701,她的结果在图10和11A-B中示出，该对象是年龄 为48岁的女性白种人II型糖尿病患者。对象BDW2002，他的结果在图l2 和13A-B中示出，他是39岁的男性亚洲非糖尿病人。
图10表示BG降低的典型结果。在该实验中，对象达到了高(250 mg/dL)BG含量。在经过对象自己的治疗方案之后，注射胰岛素并且从 左前臂和右前臂釆集血液和汗液样品。在图10所示出的数据对于偏移
的某些对象来说是没有校正过的，表明了他们的左臂和右臂之间的情 况。在该附图中，BG (圆形)在2. 5小时的实验期间从"0降低到100。 示出了左前臂(LFA)以及随后的右前臂(RFA)的汗液葡萄糖(SG) 含量。通过SG点的所述数字提供了在所述釆集间隔上采集的每一种样 品的以n 1为单位的汗液体积。图11A和11B分别表示LFA和RFA的以内插
32值替换的血液葡萄糖与汗液葡萄糖的线性回归曲线。上述拟合的W值
为O. 83和0. 92，表明了血液和汗液葡萄糖含量之间的高度相关性。
图12表示具有增加的BG的实验的实验结果。在该实验中，给对象 提供75 g的葡萄糖，这使得对象的BG在实验过程中从大约125提高到大 约200 mg/dL。图12中的数据表明，"同时"收集的LFA和RFA的汗液葡 萄糖含量(左侧轴线)跟随血液含量的改变(右侧轴线)。图13A和B 表示LFA和RFA的血液与汗液葡萄糖的线性回归曲线。LFA和RFA的RMi 分别为O. 99和0.97，表明了在该实验中血液和汗液葡萄糖之间的高度 相关性。
权利要求
1.一种用于葡萄糖测量装置的皮肤贴剂，包括粘合材料；收集汗液的收集层；透汗薄膜，其中，所述透汗薄膜被设计成起着屏蔽表皮污染物和通过扩散带到皮肤表面的葡萄糖的作用；检测器，被设计成检测纳克数量的葡萄糖；和界面层。
2. 如权利要求l的皮肤贴剂，其中，所述检测器是电化学检测器。
3. 如权利要求l的皮肤贴剂，其中，所述检测器是荧光检测器。
4. 如权利要求l的皮肤贴剂，其中，所述透汗薄膜包括大体上闭合 的，但允许汗液通过的材料。
5. 如权利要求l的皮肤贴剂，其中，所述透汗薄膜包括液体聚合物， 它在接触氧气时固化，并且在汗腺孔上留下开口。
6. 如权利要求l的皮肤贴剂，其中，所述透汗薄膜和粘合材料在单 层中。
7. 如权利要求l的皮肤贴剂，其中，所述透汗薄膜包括具有微孔的 无才几材料。
8. 如权利要求l的皮肤贴剂，其中，所述透汗薄膜包括具有微孔的 固体聚合物。
9. 如权利要求l的皮肤贴剂，还包括背衬层。
10. 如权利要求8的皮肤贴剂，其中，所述背衬层是闭合的。
全文摘要
披露了用于非侵入性地测量葡萄糖的装置、方法和试剂盒。一般，所述装置包括用于放置在皮肤表面上的皮肤贴剂和用于测量收集在所述贴剂中的葡萄糖的测量装置。所述贴剂可以包括粘合材料，收集层，界面层，和透汗薄膜。所述透汗薄膜被设计成起着屏蔽表皮污染物和通过扩散带到皮肤表面的葡萄糖的作用。这样，就不会测定不相关的皮肤表面葡萄糖。所述贴剂还可以包括诱导局部出汗反应的部件。所述测量装置通常包括显示器，处理器和测量机构。所述方法通常包括用含有至少一种能除去葡萄糖的溶剂的拭子擦拭皮肤表面，将贴剂放置在皮肤表面上，和测量收集在所述贴剂中的葡萄糖。还披露了包括所述贴剂和测量装置的试剂盒。
文档编号A61B5/00GK101623199SQ20091014562
公开日2010年1月13日 申请日期2005年6月22日 优先权日2004年7月1日
发明者H·L·伯曼, J·W·莫耶尔, M·A·考克尼尔, R·O·鲍兹, T·A·皮耶瑟 申请人:维沃医学公司