专利名称：：基于光学显微针的光谱仪的制作方法
技术领域：
：本发明的领域是基于光学显微针探测的光谱仪。
背景技术：
：存在对于诸如乳酸盐、葡萄糖和尿素等的临床分析物进行连续监控的需要。需要针对葡萄糖的传感器[1]来对全世界3亿名糖尿病患者进行治疗。但是迄今，仍然没有稳定的、高准确性的并且连续可植入的葡萄糖生物传感器来对糖尿病或任何其它疾病进行监控或治疗[1]。乳酸盐活体测量对于病危护理[2]和代谢率确定[3]也非常重要。当前军队部署中不存在用于对生理液体和条件进行选择性监控的非创伤性装置。与诸如葡萄糖监控的民用广泛应用不同，在战场上，个体战斗员需要对由乳酸盐水平预测的诸如脱水的危害大得多的条件进行早期检测，否则将消耗或暴露于诸如疟疾的传染病。以高可靠程度远程检测军人的医学状态的能力代表着能够显著减少时间，从而医务人员能够有更有效的反应方法。光学显微针和近红外或中红外光谱传感的公开组合是独创的，并且是两种技术的创新性进展。我们的光学显微针设计是非创伤生物采样技术的下一步，与微机电系统(MEMS)、大或中尺寸制作[4-6]兼容。近来的相关进展包括微型化的乳酸盐传感器，这包括用于导尿管的薄膜电极和用于现场分析的一次性的电流测量传感器[7]。
发明内容本发明提供了光学显微针，尤其适用于近红外或中红外活体内光谱传感；并且特别通过皮肤贴中的近红外或中红外光学显微针阵列提供了基于MEMS的光谱仪，以用于连续的乳酸盐、葡萄糖或其它分析物监控。在一种实施方式中，本发明提供了最小创伤性的装置以经由皮肤分析生理液体(例如，血液、唾液、尿、汗，以及在优选实施方式中为间质流体)，该装置包括(a)光学显微针和(b)光学连接器，其中，所述光学显微针包括适用于穿透皮肤和对生理液体进行光学探测的尖端，并且所述光学显微针和连接器光学连接，从而在操作中，来自光源的光被导向为通过连接器、然后通过所述光学显微针的尖端并从所述光学显微针的尖端出来，然后与所述生理液体交互，该生理液体通过吸收和反射修改所述光。一些经修改的信号反射回显微针，然后通过所述连接器至检测器(例如，光谱检测器)，用于提供生理液体的信息的光学信号分析。在特定的实施方式中，尖端包括导光槽，该导光槽被调整以使得所述光被导出并进入不同位置的尖端。所述槽还充当生理液体的收集区域，在该槽处仅有少量组织干扰光学测量。在另一种实施方式中，本发明提供了一种最小创伤的装置来经由皮肤分析生理液体，该装置包括(a)光学显微针阵列和(b)光学连接器，其中，所述光学显微针包括传光显微针和相对应的接光显微针，并包括被调整朝向以穿透皮肤并且对生理液体进行光学探测的尖端，所述光学显微针和所述连接器光学连接，从而在操作中，来自光源的光被导向为通过所述连接器、然后通过所述光学显微针的尖端并从所述光学显微针的尖端出来，然后在进入所述尖端之前与所述生理液体交互，并且被导向为通过所述接光显微针，然后通过所述连接器至光谱仪检测器，用于提供生理液体的信息的光学信号分析。在另选的实施方式中，光谱仪在所述尖端的源侧而不是接收机侧。在特定的实施方式中，尖端是消过毒的；尖端是经过消毒包装的；阵列包括优选的2至10,000之间或者优选的100至10,000之间个显微针，可选地按序排列在表面上并与该表面正交，所述尖端远离所述表面；光反射器覆盖或者包裹在所述显微针尖端上，以将所述光导入或导出显微针；所述装置可以是MEMS制作或机器加工的芯片；所述装置是透皮贴片；所述光是近红外或中红外光，波长在700nm至20,000nm范围内；所述装置适于连续的葡萄糖和乳酸盐监控；所述装置配置在监控系统中，该装置还包括所述光源和所述检测器，该装置可选地被调整为对所述生理液体的分析物进行多元分析；所述显微针的直径为1至500iim，优选的为10至100iim，间隔为10至5000ym，优选地为100至500iim，长度为10至1000iim，优选地为100至500ym，以及这些特定实施方式的组合。在另一种实施方式中，本发明提供了一种利用所讨论的最小创伤性装置来经由皮肤分析生理液体的方法，该方法包括(a)利用所述显微针尖端穿透皮肤表面；(b)从光源通过发光显微针、通过皮肤表面下方的生理液体，通过所述接光显微针向光谱仪检测器传输光；以及(c)分析在所述检测器处入射的光作为所述生理液体的信息。在另一种实施方式中，本发明提供了一种利用所讨论的最小创伤性装置来经由皮肤分析生理液体的方法，该方法包括(a)利用所述显微针尖端穿透皮肤表面；(b)从光源通过光发送显微针、通过皮肤表面下方的生理液体，向附近的为向光发送显微针提供回射而被加工并金属化或者被涂敷的显微针发光，从而提供两次通过所述生理液体；所述光进入初始的发光针并到达光谱仪检测器；以及(c)分析在所述检测器处入射的光作为所述生理液体的信息。在另一种实施方式中，本发明提供了一种利用所讨论的最小创伤性装置来经由皮肤分析生理液体的方法，该方法包括(a)利用由具有高折射率的红外发射材料组成的显微针穿透皮肤表面；(b)从光源发光，以削弱的全反射通过所述红外透明的、高折射率的显微针，并通过所述皮肤表面下方的生理液体，倏逝波(evanescentwave)延伸进入所述生理液体，与所述生理液体交互，以改变反射率，从而改变被导向回到所述检测器的光的返回信号；以及(c)分析在所述检测器处入射的光作为所述生理液体的信息。在特定的实施方式中，所讨论的方法还包括通过选择长度相同或不同的多个并行或串行的显微针来调整所述光路的长度的步骤，以增强用于给定目标分析物或干扰物的所述显微针的信号/噪声性能；具体地说，由于光的吸收正比于给定波长处并且用于具有特性消光系数的给定目标分析物的通路长度；因此，可以利用针对给定的测量来物理地或自动地选择通路长度的能力来辅助针对目标以及干扰物拒绝的最优性能；所以，使用多个通路长度和多个深度来提供更丰富的数据，以增强响应。在一些情况下，在组织中的散射导致所述吸收以与距离成正比的方式偏离严格的比尔定律(Beerslaw)。即使在这些情况下，所述吸收也将随着通路长度单调增加。在其它实施方式中，尽管这里单独阐释了各种具体实施方式，但是，所讨论的装置和方法包括这里阐释的各种具体实施方式的全部组合。图1示出了非创伤性的MEMS实施方式，其中具有光学询问器(激光、检测器、电子仪器组件)和无线通信显示装置。图2A-图2B示出单个针的实施方式图2A是没有取决于内部散射的槽口的单个针；图2B是有槽口的单个针。图3A-图3B示出了另选的光学显微针实施方式图3A是显微针对；图3B是充当削弱的全反射装置的显微针。图4示出了NIR光学显微针对原理验证装置，我们利用该装置展示了测量水中的葡萄糖。图5示出利用NIR显微针测量水中的葡萄糖。图6示出了包括波导的MEMS光学询问器，该波导将光从机载量子级联激光导向显微针阵列贴片中的各个针，并再次返回机载检测器。具体实施例方式在一种实施方式中，本发明提供了使用具有创新性的红外光电装置的光学显微针的组合来利用一体的MEMS装置来对葡萄糖、丙氨酸、乳酸盐、抗坏血酸盐、乙酸甘油酯、尿素、油脂和药物或者它们的组合进行光学感测。所述显微针穿透皮肤并探测生理液体，而所述光电装置收集高信号噪声比(SNR)的光谱数据。在一种实施方式中，所述MEMS芯片提供了显微针，所述显微针与所述表面正交，并且在尖端和表面层中覆盖或包裹了光反射器，使得光从光源导向针尖。该光在进入相对的显微针之前与所述生理液体交互，然后反射离开显微针的下斜面并离开反射器至检测器。背光反射器可选地浇铸在支撑芯片基板内。在一种实施方式中，我们将光导向芯片的背面，并从该芯片背面导回。以各种适当的直径(例如，l-SOOiim，优选地10-100iim)、间隔(例如，10-5000請，优选地100-500ym)和长度(例如，10-1000um,优选地100-500iim)来设计和制造立柱。另选地，从组织的散射可用来从光源立柱向接收机立柱反射光。立柱可选地包裹了牺牲层以提供立柱支撑。利用当前最新的立铣刀型加工来常规地切割斜面，以确保多对针上的斜面具有合适的朝向，以使得光能够高效地出入。可由熟练技工来制造塑料注模并最终制造单个塑料芯片。在芯片的特定实施方式中，我们在芯片中使用波导结构来将光从光源引入各个单独的针，并将光从显微针阵列中的各个针引入检测器。在特定的实施方式中，本发明是基于MEMS的光谱仪，利用透皮贴片(transdermalpatch)中的红外光学显微针阵列来进行连续的乳酸盐和葡萄糖监控。图1示出了非创伤性MEMS实施方式，该非创伤性的MEMS包括基于MEMS的光谱仪，其利用透皮贴片中的红外光学显微针阵列来进行连续的葡萄糖监控；一次性的低成本无痛或痛感最小、最小创伤的显微针贴片，其具有可重用的读出器或报警器，包括光纤光谱仪或可调谐的激光和检测器，并具有可选的无线发射器和腕表或蜂窝电话读出器和报警器。图2示出了单针的实施方式，其允许针充当光源和检测器管道。光传输通过针，与周围的组织和生理液体进行交互。从液体反射的一些光通过同一个针被引导回检测器。公开了单针装置的几种另选的实施方式，诸如图2B所示的有槽口的版本。对于常规的光吸收测量，光直接通过被测量的样本。这是在两个光学显微针光导被插入皮肤的情况下所通常使用的方法。然而，存在与单个光显微针兼容的其它光学测量；例如(a)利用倏逝波(evanescentwave)来探测吸收率，(b)通过从波导漏出的光的侧面或底面回射来探测折射率，或者(c)通过回射来探测吸收率和折射率这两者。可以利用削弱的全反射(ATR)方法来在单个光导显微针中测量生理液体中的吸收，在该方法中使用倏逝波的吸收。[8]对于ATR，光停留在针的内部，但是倏逝波探测针的外部。该方法有利地用在中红外光的情况中，在该情况下，葡萄糖、乳酸盐和其它分析物的吸收很强[9]，即使在倏逝波所探测的短距离上也允许测量具有很好的信号噪声比。我们已经利用ATR方法计算出在使用中波红外(MWIR)光的情况下倏逝波进入组织的穿透深度大约是2-5微米。在这种情况下，为了执行倏逝波测量，可以使用在底面具有高反射涂层的显微针光导或波导，所述底面通过同一光导将光回射回去。使用分束器或波片偏振器组合来分离进入和回射的光束，使得回射的光束传向光谱仪/检测器组合。在使用传统光源的情况下，傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪是用于中红外波长区的优选的检测器，这是由于改善了信号噪声比。如本文所进一步说明的，还可以利用显微针外部的光模式场的扩展来测量吸收率。还可以使用折射率测量利用单个光导或显微针监控葡萄糖或其它分析物。在这种情况下，将光导显微针配置为对于周围环境的折射率敏感。可以通过选择通道中的光的角度或针折射率来进行此处理，使得从针中泄漏出的光的量对于周围的折射率敏感。这与倏逝波的情况不同，在倏逝波的情况下，光并不传播而从通道中泄漏出来；倏逝光在光并不实际离开通道的情况下感测周围环境。在这种情况下，从针到周围介质的光的损失取决于介质的折射率。还可以在回射中监控折射率，在此情况下，通道的折射率和周围环境的折射率的比率决定了回射的量。在任一情况下，使用回射来通过单个光导将光耦合回去。使用折射率来以两种方式确定诸如葡萄糖的分析物的量。全部波长处的折射率随着葡萄糖的浓度而变化[10]，并随着诸如温度和脱水的其它因素而变化。一种优选的方法利用折射率随波长的变化来监控葡萄糖。根据克拉默斯_克勒尼希(Kramers-Kranig)关系所述，葡萄糖中红外吸收在折射率的实部中产生对应的变化。折射率的实部的测量特征趋向于比吸收特征更宽。通过对光谱进行微分来获得更尖锐的特征。尽管由于微分而导致特征的形状发生变化，但是，在使用化学计量方法(例如，偏最小二乘(PLS)、主分量分析(PCA)或其它多线性回归)来分析光谱时，该形状变化不作为限制。单个光导针测量的另一种方法使用通过针的末端获取的反射光谱。该测量探测吸收率(针对通过组织的光通路)和折射率(针对从针的末端反射的光的量以及在组织中传播的光的量)这两者的影响。[11]针对执行相对无痛插入所必需的光导的小直径，该直径优选在10-90微米的范围内，并且优选为10-50微米。由于该直径并没有比光的波长大很多，在光导中将不会有非常多的空间模式。利用V数字来确定空间模式的个数，该V数字又涉及光纤数字孔径、光纤芯半径和光导的直径。数字孔径又由光纤芯的折射率和光导的覆层的折射率的比率来确定。由于在光导中没有很多模式并且光导直径相对较小，所以，单个针中的光的量相对较小。亮度理论限制了从非激光源耦合到小直径光导的光的量。可以利用更多光导来增加光的量。然而，光导的光轴间隔(pitch)被穿透组织的能力所限制。对于诸如辉光棒(glowbar)的传统光源，亮度不是非常高。因此，在这样的实施方式中，优选地在可以得到时采用诸如激光或超发光二极管的更亮的光源。在本装置的另一种实施方式中，可以使用诸如量子级联激光器的可调谐光源来作为光源。在这种情况下，通过对光源进行调谐而不是使用检测器处的光谱仪来进行波长区分。图6示出使用量子级联激光器、平面波导、到针阵列的部分反射器、微型MWIR检测器和控制电子元件的装置的实施方式。图6示出了波导的几种实施方式。如果使用诸如Lee等人[12]所说明的激光器，则可以如图6面板b所示，在波导结构上组合来自多个元件的光束，该波导结构以锥形引导将光源和检测器连接到显微针。如果将外腔激光与单个波长可调谐输出波束一起使用，则可以使用单个波导通道，诸如图6中的面板c。如图6面板d所示，用于来自光源的基准信号的波导通道可包括在波导结构中。通过电子栅或者利用输出处的光栅，光源的波长对于检测器是已知的，检测器具有检测器阵列，在该检测器阵列中，各个元件捕获单独的波长柱，如图6d所示。在单个实施方式中组合这些方法中的一些或者全部。不使用如图6所示的平面波导(面板d)，显微针贴片也可以通过红外发射光纤电缆连接到光源和检测器。根据正实现的检测方案使用了多少显微针以及是否需要不同的返回针可以实现比这些附图中更多或更少的通路。图3a示出了光学显微针，该光学显微针用作将光导作为芯并将组织作为覆层的单模式波导。在这种情况下，模式场直径大于芯(光导)的直径。因此，可以使用芯(光导)直径外部的光场的量来测量组织的吸收及其组成。一般地说，希望控制通过光导的侧面和末端的光的量。当不希望光对于光导侧面的组织敏感时，可以使用与光纤上的覆层类似的覆层。该覆层的折射率比光导的芯(中心)的折射率更低，以便导光。当希望在侧面与组织交互时，则不应当使用覆层。那么，如果光导中的光的角度足够小并且光导和组织之间的折射率之比足够大，则光将包含在光导中，并且敏感度受限于由倏逝波探测的深度。可以使用光泄漏来感测折射率变化。图3b示出了作为多模式削弱全反射装置的光学显微针实施方式。通过经由倏逝波与周围的生理液体交互的针来发射红外光。由该交互削弱了的光不与通过同一针引导回检测器的反射光一起返回，减小了信号，从而允许传感器测量吸收。用于光导的材料或用于中红外的针包括但不限于高密度聚乙烯(HDPE)、硒化锌(ZnSe)、钻石、多晶红外(PIR)光纤、蓝宝石和硫属化物玻璃。图4示出了我们用来证明在动物模型中对葡萄糖的检测的光学针原型装置。该光学针利用标准实践由PolyIR5材料(FresnelTechnologiesInc.，FortWorth,德克萨斯)加工而成，在斜面上进行铝金属化，以向检测器反射光。右边的光谱接口包含显微针。来自近红外傅利叶变换光谱仪(具有光纤-光接口的双片干涉计)经由光谱仪接口，该光谱仪接口将光导入针中，并且，该光谱仪接口插入在活体内动物模型中。针之间的距离是可调的，而在展示的实验中是1.5mm。光谱仪的分辨率是8cm1，增益是4,256个干涉图被平均。图5示出了利用图4所示的近红外光学显微针原型测量的净分析物葡萄糖信号。利用净分析物信号(NAS)理论、与背景矩阵的光谱变量正交的分析物光谱的分量，针对多元近红外感测来调整所讨论的装置。为成功的活体内组织测量建立NAS，该NAS表示选择性的特定于分析物的光谱签名，并根据活体内光谱提供了绝对量。我们还为利用近红外光谱的非创伤性经由皮肤监控展示了概念验证的原型MEMS分析系统，该系统包括(1)由生物适合的、光学透明的、机械稳定的材料制成的显微针光管，其被部分地金属化，以引导光；(2)与显微针和光学检测器有接口的光谱仪；以及⑶多元处理算法(multivariateprocessingalgorithm)，以从组织/血液内的信号提取葡萄糖水平。图6示出包含波导的MEMS芯片，该波导将光从量子级联激光器引导到显微针阵列贴片中的各个针，并再次引导回检测器。量子级联激光可调谐，以在期望的光谱频段(例如，8至10ym)上给出完整的光谱，或者可以使用来自单个激光的固定波长来协商适当的峰值位置，以利用嵌入在传感器上的微处理器中的信号处理算法来区分不同的分析物。参考文献[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).通过阐释方式而不是限制方式提供了具体实施方式和示例的以上说明。本说明书中提到的所有公开和专利申请以及本文所提到的全部参考文献都通过引用并入本文，就像每个单独的公开或专利申请或参考文献被具体地单独指出以通过引用并入本文一样。尽管为便于理解，通过阐释的方式和示例详细说明了本发明，但是，本领域普通技术人员根据本发明的教导可以在不脱离所附权利要求的精神或范围的情况下进行一些改变和修改。权利要求1.一种用于经由皮肤分析生理液体的最小创伤性的装置，所述装置包括光学显微针和光学连接器，其中，所述光学显微针包括适于穿透皮肤并对生理液体进行光学探测的尖端，所述光学显微针和所述光学连接器处于光路中，从而在操作中，来自光源的光通过连接器、然后通过所述光学显微针的尖端并从所述光学显微针的尖端出来，然后在一些光被所述组织和生理液体散射并重新进入所述光学显微针的所述尖端之前与所述生理液体交互，然后经过所述光学显微针，然后通过所述连接器至检测器，所述检测器用于提供生理液体的信息的光学信号分析。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述尖端包括导光槽，所述导光槽被调整以使得所述光被弓I导离开并在不同位置进入所述尖端。3.根据权利要求1所述的装置，所述装置利用所述光源侧或检测器侧的光谱仪、可调谐光源或多波长光源阵列来提供多波长测量。4.一种经由皮肤分析生理液体的最小创伤性的装置，所述装置包括光学显微针阵列和光学连接器，其中，所述光学显微针包括传光显微针和相对应的接光显微针，并包括被调整朝向以穿透皮肤并且对生理液体进行光学探测的尖端，所述光学显微针和所述光学连接器在光路中，从而在操作中，来自光源的光经过所述连接器、然后通过所述传光显微针的尖端并从所述传光显微针的尖端出来，然后在进入所述尖端之前与所述生理液体交互，并且经过所述接光显微针，然后通过所述连接器至光谱仪检测器，所述光谱仪检测器用于提供生理液体的信息的光学信号分析。5.根据权利要求4所述的装置，所述装置利用所述光源侧或检测器侧的光谱仪、可调谐光源或多波长光源阵列来提供多波长测量。6.根据权利要求4所述的装置，其中，所述尖端是消过毒的。7.根据权利要求4所述的装置，其中，所述尖端是经过消毒地包装的。8.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阵列包括2至10,000之间个显微针。9.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阵列包括2至10,000之间个显微针，其排列在表面上并与该表面正交，所述尖端远离所述表面。10.根据权利要求4所述的装置，其中，所述阵列是一对显微针。11.根据权利要求4所述的装置，其中，所述光反射器覆盖或者包裹在所述显微针尖端上，以将所述光导入或导出所述显微针。12.根据权利要求4所述的装置，其中，所述显微针包括从由高密度聚乙烯HDPE、硒化锌、钻石、多晶红外PIR光纤、蓝宝石和硫属化物玻璃组成的群组中选出的材料。13.根据权利要求4所述的装置，其中，所述显微针包括钻石材料。14.根据权利要求4所述的装置，其中，所述装置是微机电系统制作芯片。15.根据权利要求4所述的装置，所述装置还包括一次性的平面和/或微机电系统波导结构，将所述光耦合引导到所述显微针、光源和检测器，并从所述显微针、光源和检测器耦合引导光。16.根据权利要求4所述的装置，其中，所述装置是透皮贴片。17.根据权利要求4所述的装置，其中，所述光是近红外或中红外光。18.根据权利要求4所述的装置，其中，所述光是中红外光。19.根据权利要求4所述的装置，其中，所述光是中红外光，并且，所述显微针包括从由高密度聚乙烯HDPE、硒化锌、钻石、多晶红外PIR光纤、蓝宝石和硫属化物玻璃组成的群组中选出的材料。20.根据权利要求4所述的装置，其中，所述光是中红外光，并且，所述显微针包括钻石材料。21.根据权利要求4所述的装置，其适用于连续的葡萄糖、丙氨酸、抗坏血酸盐、乳酸盐、乙酸甘油酯、尿素和药物监控或者它们的任意组合。22.根据权利要求4所述的装置，其中，所述监控系统还包括所述光源和所述检测器。23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述光源是波长可调谐的。24.根据权利要求22所述的装置，其中，所述光源是可调谐的激光装置而不是必须在所述检测器阶段扫描的宽带源。25.根据权利要求22所述的装置，其中，所述光源包括量子级联激光器。26.根据权利要求22所述的装置，所述装置还包括量子级联激光器、平面波导、针阵列的部分反射器、微型中波红外检测器和控制电子元件。27.根据权利要求22所述的装置，其中，宽带源或可调谐源与波长区分检测器或其它单元，例如，所述光源侧或检测器侧上的FTIR或具有光栅的检测器阵列，一起使用。28.根据权利要求4所述的装置，所述装置配置在监控系统中，所述装置还包括所述光源和所述检测器，所述装置被调整为对包括但不限于葡萄糖和乳酸盐的所述生理液体的分析物进行多元分析。29.根据权利要求4所述的装置，其中，所述显微针的直径为1至500μm，间隔为10至5000μm，长度为10至1000μm。30.一种利用根据权利要求4所述的最小创伤性装置来经由皮肤分析生理液体的方法，所述方法包括利用所述显微针尖端穿透皮肤表面；从光源通过传光显微针、通过皮肤表面下方的生理液体、通过所述接光显微针向能够区分所述传输相关波长的检测器传光，所述检测器利用波长区分光源或仪器输出端处的光谱仪区分所述传输相关波长；以及分析在所述检测器处入射的光作为所述生理液体的信息。31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述显微针充当微型衰减全反射波导或晶体，产生与所述生理液体交互的倏逝波，并且利用所述检测器来区分由所述倏逝波吸收的光，所述检测器能够将所述吸收特征化为波长的函数。32.根据权利要求30所述的方法，所述方法还包括通过选择长度相同或不同的多个并行或串行的显微针来调整所述光路的长度的步骤，以增强用于给定目标分析物或干扰物的所述显微针的信号/噪声性能。33.根据权利要求30所述的方法，其中，所述显微针充当单模式波导，其中，附加覆层来包含所述模式，或者由所述组织充当覆层来包含所述模式。34.根据权利要求30所述的方法，其中，来自所述显微针尖端的回射用来监控所述组织中的吸收率和/或折射率这两者。35.根据权利要求30所述的方法，其中，所述显微针利用具有或者不具有吸收测量的折射率测量来通过克拉默斯_克勒尼希关系探测所述生理液体中的吸收。36.根据权利要求30所述的方法，其中，所述显微针通过折射率的变化来探测所述分析物浓度。全文摘要光学显微针适用于活体内光谱感测近红外或中红外光；并通过经由透皮贴片中的近红外或中红外光学显微针阵列来针对连续乳酸盐和葡萄糖监控提供基于MEMS的光谱仪。文档编号A61B5/1477GK102014746SQ200980115830公开日2011年4月13日申请日期2009年5月2日优先权日2008年5月2日发明者克里斯多佛·霍兰德,卡伦·M·纳什奥德,戴安娜·P·沃尔特,格雷戈里·W·法里斯,约瑟夫·R·斯泰特,罗杰·施密特,迈克尔·J·维斯特申请人:Sri国际公司