专利名称：生理样品采集装置及其使用方法
技术领域：
本发明的领域涉及分析物浓度测定，尤其涉及生理样品的浓度测定，更具体地涉及葡萄糖的浓度测定。
然而，为了确定生理样品中的某分析物的浓度，必须先获得生理样品。获得样品通常会涉及到笨重且复杂的装置，其可能不易于使用或制造成本昂贵。此外，获得生理样品的过程还可能会很疼痛，其中在皮肤需要被多次穿刺以找到一个合适的取样部位以获得所需的样品量之处，这种疼痛可能会加剧。例如，疼痛通常与用以获得生理样品的针的尺寸以及针所插入的深度有关。根据所采用的分析物和测试，通常使用相对较大的单个针或类似物来抽出所需量的样品。此外，这些单针只采集位于针的尖端即尖端的开口处的样品，这样，在不进行多次针穿刺时就无法从邻近部位如邻近的毛细血管床中取样。而且，取样过程可能包括多个步骤，增加了检验时间。例如，可能要求对病人使用皮肤穿刺装置以穿刺皮肤，并操作样品采集装置以从穿刺部位采集样品。随后，样品必须被转移到检验装置如测试带等上，然后测试带通常被送到测量装置如测量仪中。之后病人必须等待测量装置产生并显示分析物浓度的读数。由于这些缺点，对于需要经常进行分析物监测的病人来说，逃避进行所需分析物的监测并不少见。例如对糖尿病病人来说，无法按处方规定来测量他们的葡萄糖浓度会导致缺乏适当控制葡萄糖浓度所必需的信息。未经控制的葡萄糖浓度是十分危险的，甚至威胁到生命。
为了简化分析物取样和测量过程，已经进行了将刺针型装置和各种其它涉及分析物浓度测定的部件组合到一起的一些尝试。例如，美国专利No.6099484公开了一种取样装置，其包括与弹簧机构相连的单针，以及与推动器和测试带相连的毛细管。可在此装置上安装分析仪对样品进行分析。因此，通过拉伸弹簧并随后通过另一弹簧使其缩回，从而使单针朝向皮肤表面移动。然后，移动推动器，将毛细管推至与样品相接触，然后松开推动器，流体传送到测试带上。
美国专利No.5820570公开了一种装置，其包括具有中空的针的基部和具有隔膜的封盖，基部与封盖在铰接点处连接在一起。当处于关闭位置时，针与隔膜相接触，流体可通过针被抽出并放置在封盖的隔膜上。
尽管这些装置都是有效的，但上述各装置和技术均具有缺点。例如，上述专利所公开的装置采用了复杂的部件，因此降低了装置的易使用性并增加了制造成本。另外，如上所述，单针的结构设计可能会使疼痛增加，这是因为传统结构的单针必须较大以便抽出所需的样品量。而且，针只能从位于其尖端处的部位采集样品。此外，关于专利No.6099484的系统，促动和收回针并随后促动和收回毛细管的步骤仍然需要使用者进行较多的相互配合，这就增加了检验时间并降低了装置的易使用性。
因此，人们对研制用于生理样品中的分析物浓度测定的新型装置和方法的兴趣在不断持续。尤其引起人们兴趣的是有效、所产生的疼痛少、使用简单，整个检验时间短的装置及其使用方法的研制，这种装置可接触不同的取样部位，并可与各种分析物浓度测定系统一起使用。
图1B显示了题述皮肤穿刺件的另一代表性实施例。
图1C显示了具有多个图1A所示皮肤穿刺件的本发明的代表性实施例。
图1D显示了具有两个流体通道的题述皮肤穿刺件的代表性实施例。
图1E显示了具有一个岔开成两个独立通路的流体通道的题述皮肤穿刺件的代表性实施例。
图1F显示了具有多个流体通道的题述皮肤穿刺件的代表性实施例。
图2A显示了一部分流体通道与外部环境封闭的题述皮肤穿刺件的另一代表性实施例，其中流体通道上连接有开口以采集流体。
图2B显示了具有多个与一个流体通道相连的开口的题述皮肤穿刺件的一个代表性实施例。
图2C显示了具有多个与多个流体通道相连的开口的题述皮肤穿刺件的一个代表性实施例。
图3A显示了具有多个与其相连的题述皮肤穿刺件的测试带的代表性实施例。
图3B显示了具有多个与其相连的题述皮肤穿刺件的测试带的代表性实施例。
图4显示了与本发明的测试带一起使用的本发明的测量仪的实施例。
在介绍本发明之前，应当理解，由于所介绍的特定实施例当然可进行修改，因此本发明并不限于所介绍的特定实施例。还应理解，由于本发明的范围只由所附权利要求所限制，因此这里所采用的用语只是为了介绍此特定实施例，而不是起限制作用。
在提供数值的范围时，应当理解，在此范围的上限值和下限值之间的各插入值以及在所给出的范围内的任何其它给出值或插入值都包含在本发明内，除非上下文中另有清晰的说明，否则这些插入值是以下限值单位的十分之一的量来插入的。在给出范围内排除了任何指定的排除值的条件下，可独立地包括在较小范围内的这些较小范围的上限值和下限值也包含在本发明内。在所给出的范围包括了一个或两个限值的情况下，将这些所包括的限值排除在外的范围也包含在本发明内。
除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。虽然在本发明的实际操作或检验中可采用与这里介绍的方法和材料类似或等效的任何方法和材料，但是下文中所介绍的是优选的方法和材料。
必须注意的是，在这里和所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“这个”包括了复数的形式，除非上下文中另有清晰的说明。因此，例如，“一条测试带”包括了多条这种测试带，“这种试剂”包括一种或多种试剂和本领域的技术人员已知的等效物，等等。
这里所提及的所有出版物通过引用结合于本文中，从而公开和介绍与所引用的出版物有关的此方法和/或材料。这里所提及的出版物只是因为它们的公开早于本发明的提交日而提供。这里的所有说明都不能被解释为，由于存在这些现有发明，本发明不能先于此出版物而被授权。另外，这里提供的出版物的日期可能和实际的出版日期不同，可能需要单独加以证实。装置如上所概括，本发明提供了用于穿刺皮肤并接触和采集其中的生理样品的装置。具体地说，本发明提供了皮肤穿刺件，此皮肤穿刺件具有至少一个流体通道，其中所述至少一个流体通道的远端的至少一个基本部分对外部环境打开。在某些实施例中，皮肤穿刺件的远端的至少一个基本部分对外部环境打开，在这里，基本部分指的是至少一个流体通道的一侧或多侧或沿其周边任意点的基本部分。在皮肤穿刺件的多个实施例中，所述至少一个流体通道终止于与其相关的皮肤穿刺件的尖端的附近。
一个或多个题述皮肤穿刺件可与一条测试带相连或集成在一起，用于确定样品中至少一种目标分析物的浓度。题述测试带可用于许多种不同分析物浓度的测定，其中代表性分析物包括但不限于，葡萄糖、胆固醇、乳酸和乙醇等。在多个实施例中，题述测试带用于确定生理样品如间质液、血液、血液馏分及其组分等中的葡萄糖浓度。虽然应该理解，多种不同类型的测试带如比色分析测试带及电化学测试带均适于与本发明一起使用，然而在这里本发明将结合电化学测试带来进行介绍，这种介绍是通过示例的方式进行的，并且没有限制性。皮肤穿刺件如上所述，本发明的一个特征是皮肤穿刺件，其可有利地用于以最小的疼痛来接触和采集生理样品。换句话说，由于皮肤穿刺件的特别的形状和结构，因此所产生的疼痛最小，与现有结构的皮肤穿刺件相比，此皮肤穿刺件可允许尖端制成更小和/或更锐利(例如具有较小的横截面和尖锐的尖端)，并能够接触到更大的面积以进行样品采集。
因此，本发明的皮肤穿刺件被设置成可穿刺皮肤。具体地说，皮肤穿刺件被设置成可穿刺皮肤并从中抽出或采集生理样品。为此，各皮肤穿刺件具有带锐利尖端的远端。此外，各皮肤穿刺件具有至少一个流体通道，流体样品通常在毛细管力的作用下在其中流动。流体通道终止于与其相连的皮肤穿刺件的尖端的附近，这种设置将使尖端具有一定的结构，同时使尖端足够锐利。
只要其形状能穿刺皮肤，具体地说是以最小的疼痛穿刺到病人或测试带使用者中，就可采用任何合适形状的皮肤穿刺件。例如，皮肤穿刺件的形状可以是大致的圆柱形、楔形、三角形如大致扁平的三角形结构、叶片形，或任何其它合适的形状。皮肤穿刺件或皮肤穿刺件的至少刺入皮肤的那部分的横截面形状可以是任何合适的形状，包括但不限于大致的矩形、正方形、椭圆形、圆形、菱形、三角形、星形等。为了使给使用者所带来的疼痛最轻，皮肤穿刺件的尖端即远端的尖锐部分也应此具有合适的形状以穿刺皮肤。例如，尖端应足够小和/或足够锐利，以便以最小的疼痛穿刺和渗透到皮肤中。因此，皮肤穿刺件可以为锥形，或者是在皮肤穿刺件的末端形成一个点或顶点的形状。这种结构可采用在尖端形成倾斜的尖角，或者棱锥或三角形等的形式。
皮肤穿刺件的尺寸可根据多种因素如待采集的生理样品类型、所需的穿刺深度以及进行检验的特定病人的皮肤层厚度而变化。通常来说，皮肤穿刺件被设置成可提供皮肤穿刺和流体抽取的功能，因此其被设计成足够坚固以能承受插入皮肤和从皮肤中抽出。通常来说，为达到这些目的，穿刺长度(由皮肤穿刺件的基部与其尖端之间的距离来确定)与直径(此直径在皮肤穿刺件的基部处测量)的比率约为1比1，通常约为2比1，更通常约为5比1或10比1，更普遍为50比1。皮肤穿刺件的高度或厚度，至少是皮肤穿刺件的远端部分的厚度应在约1到1000微米之间，通常在约10到500微米之间，更通常在约50到250微米之间。
皮肤穿刺件的总长一般在约1到30000微米之间，通常在约100到10000微米之间，更通常地在约1000到3000微米之间。皮肤穿刺件的穿刺长度，即可刺入皮肤(皮肤穿刺件的远端)的长度一般在约1到5000微米之间，通常在约100到3000微米之间，更通常地在约1000到2000微米之间。皮肤穿刺件的近端部分的长度一般在约1到5000微米之间，通常在约100到3000微米之间，更通常地在大约1000到2000微米之间。在多个实施例中，尖端的外径一般不超过约100微米，通常小于约20微米，更通常地小于约1微米。基部的外径一般在约1到2000微米之间，通常在约300到1000微米之间，更通常地在约500到1000微米之间。然而，本领域的技术人员可以理解，皮肤穿刺件的外径可沿其长度方向变化，或基本上保持不变。
皮肤穿刺件一般由生物相容性材料制造，通常此材料具有所需的刚度，以穿刺和插入皮肤并获取样品而不会断裂或过度弯曲。适用于本发明的材料包括但不限于，金属和合金如不锈钢、钯、钛、铝，塑料如聚醚酰亚胺、聚碳酸酯、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚甲基戊烯、聚偏1，1-二氟乙烯、聚苯砜、液晶聚合物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚酰亚胺和聚碳酸酯和陶瓷，如硅和玻璃。在多个实施例中，上述材料还可包括颗粒，例如合适金属、硅化碳类材料如玻璃或陶瓷的微米或毫微米级颗粒或纤维。合适的绝缘材料例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、硅、二氧化硅、陶瓷、玻璃等也可包括在内。特别令人感兴趣的是采用化学气相沉积SiO2作为绝缘层，这是由于其亲水性，可促进流体样品的采集。
如上所述，本发明的皮肤穿刺件的特征是，其中设置了至少一个流体通道，用于采集和转移皮肤穿刺件所接触到的生理样品。在一些题述装置中，此至少一个流体通道终止于皮肤穿刺件的尖端附近，即，流体通道并不一直延伸到皮肤穿刺件的尖端或顶点。此至少一个流体通道在其远端具有至少一个对外部环境打开的基本部分，使得其至少一侧或对外部环境打开，或者沿此至少一个流体通道周边的任意点对外部环境打开，或位于皮肤穿刺件的远端部分上的一个或多个开口或孔对外部环境打开。基本部分占流体通道的远端的总表面积的约1到99％，通常为约50到95％，更通常为约80到90％。当然，流体通道的远端部分的至少一侧的整个长度，通常多达其至少两侧的整个长度对外部环境打开，其中流体通道的总长的至少两侧的整个长度对外部环境打开。在本发明的某些实施例中，皮肤穿刺件包括多个流体通道，其中孔与流体通道之比符合约1比1的比率，约1比2的比率，或更大的如约1比1000的比率。同样地，开口与流体通道之比可为约2比1，约3比1，或任何适当的比率，如约1000比1。
本发明的流体通道的尺寸设定为可对生理样品提供毛细作用力或毛细效应，使得毛细效应将生理样品抽入或吸入皮肤穿刺件中，并且通常再进入到相连的测试带中，其将在下文中详细地介绍。如本领域的技术人员所知，流体通道的尺寸将基于多种因素而变化，包括是存在单个流体通道或是存在多个通道。然而通常来说，单个流体通道的直径或宽度一般不超过1000微米，并且直径一般在约100到200微米之间。流体通道的直径沿其长度方向可保持恒定或发生变化。同样地，单个流体通道的总长度将基于多种因素而变化，但一般为对应皮肤穿刺件的总长度的约1到99％，通常为其总长度的约50到99％，更通常为其总长度的约70到99％。同样地，远端部分的长度可变动，但一般为对应皮肤穿刺件的总长度的约1到99％，通常为皮肤穿刺件的总长度的约1到50％，更通常为其总长度的约1到30％。
在某些实施例中，流体通道还可包括一种或多种试剂以方便样品的采集。例如，可在流体通道中设置一种或多种亲水性试剂，此类试剂包括但不限于表面活性剂类型，例如MESA、Triton、Macol、Tetronic、Silwet、Zonyl和Pluronic。
本发明的皮肤穿刺件可利用任何合适的技术来制造，包括但不限于本领域中已知的技术如微复制(microreplication)技术，其包括压印、注射模制和铸造工艺，其中压印技术尤其适合。这类技术特别是压印技术可降低制造成本，并能有利地使皮肤穿刺件的尖端制成接近极微小如横截面的面积很小，并且很锐利。此外，压印技术可精密且牢固地制造题述皮肤穿刺件。
在这种压印技术中，将母体材料如合适的热塑性母体材料放入压印装置中，如上所述的母体材料的厚度在约25到650微米的范围内，通常在约50到625微米的范围内，更通常在约75到600微米的范围内，这种压印装置包括具有皮肤穿刺件的特征、通常为此特征的互补形状的模子。然后母体材料在加热和适当的压力下在模子中受压。通常，所采用的温度在约20到1500℃的范围内，通常在约100到1000℃的范围内，更通常在约200到500℃的范围内。加热时间一般为约0.1到1000秒，通常为约0.1到100秒，更通常为约0.1到10秒。所施加的压力一般在约1到50GPa的范围内，通常在约10到40GPa的范围内，更通常在约20到30GPa的范围内。施加压力的时间一般为约0.1到100秒，通常为0.1到10秒，更通常为0.1到1秒。可同时或不同时地进行加热和加压。在材料冷却后，将其从压印装置中取出，如有必要还可进行后续加工。例如，可以对其进行表面改性如增加其疏水性或亲水性，在材料中钻出开口或孔(通常采用本领域已知的激光切削或热切削技术等)，对某些区域进行金属化以产生电极等。很明显，上述制造方法可用于从单件母体材料中制备多个皮肤穿刺件，这样在冷却后材料可被切割成多个皮肤穿刺件。当然，此方法也可用于制造单个皮肤穿刺件。
现在将参考附图来详细地介绍本发明的实施例，在各附图中，相同的标号指的是相同的特征或部件。
参考附图，图1显示了具有一个流体通道的题述皮肤穿刺件的代表性实施例，其中流体通道的远端的至少一个基本部分对外部环境打开，例如在流体通道的至少一侧或沿其周边至少第一部分和/或第二部分上对外部环境打开。普遍来说，流体通道的整个长度对外部环境打开，通常在沿其周边的至少两侧或两点或两部分，如两相对侧或部分上打开，从而在皮肤穿刺件中形成了狭缝或通槽。在此实施例中，皮肤穿刺件30包括具有远端部分18和近端部分37的流体通道或开槽16，其中流体通道16终止于尖端20的附近。如图所示，流体通道16穿过远端(穿刺长度)32的一部分，使得流体通道的远端部分18和近端部分37两者的基本部分沿皮肤穿刺件的整个长度对外部环境打开。在此特定实施例中，流体通道16在第一侧面17和第二侧面19上对外部环境打开。换句话说，流体通道形成了穿过皮肤穿刺件的狭缝或开槽。然而很明显，流体通道可以只在皮肤穿刺件周边的一侧或一部分(任一侧或任一部分)上打开，或者可在几侧或沿皮肤穿刺件周边的任一点上打开，包括侧面100和101在内，也就是说，本发明可采用任何侧面开口的组合。因此，应此理解，这种皮肤穿刺结构提供了一些优于现有针或穿刺件的优点，可使接触和采集生理样品所带来的疼痛最小。例如，尖端尺寸可设置得很小是由于流体通道终止于其附近。由于皮肤穿刺件的一侧或多侧具有相对较大的表面积，因此本发明的皮肤穿刺件的另一重要优点是能接触到较大的取样区域，从而提供了更快的取样采集速率。
图1B显示了根据本发明另一皮肤穿刺件的代表性实施例。在此实施例中，皮肤穿刺件200的流体通道206只在皮肤穿刺件的远端部分208上对外部环境打开，也就是说，只有远端部分208在其两侧面即第一侧面210和第二侧面212上对外部环境打开。然而，流体通道206继续穿过皮肤穿刺件200的近端部分202，但是除了流体通道206进入近端部分202的进入点204和出口点(未示出)之外，它在此部分上对外部环境是不打开的。同图1A的流体通道16一样，皮肤穿刺件1B的流体通道206终止皮肤穿刺件的尖端214的附近。
图1C显示了具有多个图1A所示皮肤穿刺件30的装置40。各皮肤穿刺件之间的距离206一般在约200到6000微米之间，通常在约200到3000微米之间，更通常在约2000到3000微米之间。
图1D显示了其中具有流体通道的题述皮肤穿刺件的另一代表性实施例，其中流体通道的远端的至少一个基本部分对外部环境打开。皮肤穿刺件20包括两个流体通道22和23，其中这两个流体通道均终止于尖端24的附近。此外，流体通道22和23沿流体通道22和23的远端的第一侧面25和第二侧面28的至少整个长度对外部环境打开(在此实施例中第二侧面显示为基本上与第一侧面25相对，作为与第一侧面基本相对的侧面的附加或替代，也可以采用其周边的一个或多个其它的侧面或部分)。流体通道22和23终止于远端24的附近。
图1E显示了本发明的另一代表性实施例。在此实施例中，装置150的流体通道42的远端的至少一个基本部分对外部环境打开。在此实施例中，流体通道42在第一侧面44和第二侧面45上沿其至少整个远端长度打开，其中流体通道42终止于尖端43的附近。在此实施例中，流体通道42岔开成两条独立的通道47和49。
图1F显示了本发明的另一代表性实施例，其各流体通道的远端的至少一个基本部分对外部环境打开。在此实施例中，皮肤穿刺件60中设有多个流体通道62。流体通道的数量可根据多种因素而变化，包括将进行取样的特定部位等。一般地，皮肤穿刺件可包括约1到50个流体通道，通常为约1到25个流体通道，更通常地为约1到15个流体通道。在此实施例中，各流体通道62终止于尖端64的附近，并在侧面66和68上沿远端的至少整个长度对外部环境打开。
如上所述，流体通道的至少一部分可以是不打开的，而是可与至少一个开口相连。在一些实施例中，开口可包括皮肤穿刺件的远端的表面积的一个基本部分，至少在沿皮肤穿刺件周边的一侧或一部分上。开口可位于皮肤穿刺件的多个部位，其中具体的定位可取决于多种因素，例如流体通道的特征和数量、所关心的特定分析物和将进行采样的部位。一般来说，此至少一个开口与至少一个流体通道一样地位于皮肤穿刺件的尖端的附近，以便为尖端提供必要的强度。如上所述，流体通道的开口数量可以改变。
图2A显示了皮肤穿刺件的代表性实施例，其具有与流体通道相连的侧面开口。在此实施例中，流体通道远端的至少一个基本部分通过与流体通道相连的开口而对外部环境打开。换句话说，流体通道终止于与外部环境相通的一个或多个开口。皮肤穿刺件10具有近端部分12和带尖端8的远端部分7，其中近端和远端部分通过接合点或位置4而区分开。流体通道14终止于尖端8的附近。除了通过侧面开口而对外部环境打开之外，流体通道14的远端部分11对环境是关闭的(流体通道14的近端部分12可对外部环境打开或关闭，此处显示为对外部环境关闭)。换句话说，流体通道与沿皮肤穿刺件的一个或多个开口相连。在如图2A所示的实施例中，流体通道与开口1，3和5相连。然而，还可以设置其它开口来作为开口1，3和5的附加或替代，例如基本上与开口5相对的开口。在此实施例中，流体通道14以及任何相连的孔设在尖端8的附近。
图2B显示了皮肤穿刺件的另一代表性实施例，其中皮肤穿刺件的流体通道的远端的至少一个基本部分通过多个开口对外部环境打开。在此实施例中，皮肤穿刺件100具有与位于皮肤穿刺件的远端部分中的多个开口或孔102相连的至少一个流体通道104。当然，开口的数量可根据各开口的尺寸等而变化，此开口数量可少至约为1个，多至约为1000个，通常在约1到100个之间。在此特定实施例中显示了一个流体通道。然而，可存在任何数量的流体通道，这样孔与流体通道之比可以变化，如上所述。
图2C显示了根据本发明皮肤穿刺件的另一代表性实施例。在此特定实施例中，皮肤穿刺件110具有与多个流体通道114相连的多个开口112。与图2B的皮肤穿刺件100相似，流体通道的远端侧面除了与开口112相连之外是不对外部环境打开的。测试带如上所述，本发明的一个或多个皮肤穿刺件可与测试带相连以测定生理样品中至少一种分析物的浓度。尽管应该理解，在本发明中可使用多种测试带，例如电化学测试带和比色分析或光度测量测试带(在这里比色分析和光度测量可互换)，但是本发明将参考电化学测试带进行介绍，这种介绍是通过示例方式进行的，而且不具有限制性。
一般地，测试带如电化学测试带由两个通过薄间隔层隔开的相对的金属电极组成，其中测试带包括至少一个反应部分或反应区，而且在测试带上连接或集成了至少一个、通常是多个题述皮肤穿刺件，这将在下面进一步介绍。在多个实施例中，在反应部分或反应区内设有氧化还原试剂系统。测试带可被设置成或可适应于容纳在测量仪中以自动地测定生理样品中至少一种分析物的浓度，或可具有任何合适的形状和结构。
在这些电化学测试带的某些实施例中，工作电极和基准电极通常设置成为狭长的矩形带的形状，但也可以是任何适当的形状或结构。一般来说，电极的长度在约1.9到4.5厘米之间，通常在约2.0到2.8厘米之间。电极的宽度在约0.07到0.8厘米之间，通常在约0.20到0.60厘米之间。工作和基准电极的厚度一般在约10到100毫微米之间，并通常在约10到20毫微米之间。
工作和基准电极的特征还在于，电极的至少朝向测试带的电化电池的反应区域的表面是金属，其中令人感兴趣的金属包括钯、金、铂、银、铱、碳(导电碳墨)、掺杂氧化锡、不锈钢等。在多个实施例中，此金属为金或钯。
尽管原则上整个电极可由金属制成，但是各电极一般由惰性支撑材料制成，在其表面具有电极的金属部分的薄层。在这些更常见的实施例中，惰性支撑材料的厚度一般在约25到500微米之间，通常在50到400微米之间，而金属层的厚度一般在约10到100毫微米之间，通常在约10到40毫微米之间，例如为溅射金属层。在题述电极中可采用任何合适的惰性支撑材料，此材料通常是能为电极提供结构支撑的刚性材料，这样电极又可为电化学测试带整体上提供结构支撑。可用作支撑衬底的合适材料包括塑料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚酰亚胺、聚碳酸酯、聚苯乙烯、硅、陶瓷和玻璃等。
题述电化学测试带的一个特征是，上述工作电极和基准电极通常相互面对并只隔很短的一段距离，使得电化学测试带的反应部分或反应区内的工作电极和基准电极之间的间距非常狭窄。题述测试带内的工作电极和基准电极之间的微小间距是由位于或夹在工作电极和基准电极之间的薄间隔层的存在而带来的结果。此薄间隔层的厚度可在50到750微米的范围内，通常小于或等于500微米，一般在100到175微米的范围内。
在某些实施例中，间隔层设置或切割成可提供反应部分或反应区，其中在多个实施例中，间隔层所形成的反应部分或反应区的容积一般为约0.1到10微升，通常为约0.2到5.0微升。然而如下所述，反应区可包括其他区域，或整个地位于其它位置，例如位于流体通道等中。间隔层可具有圆形的反应区，或者是其它的形状，例如方形、三角形、矩形和不规则形状的反应区等，并可被切割成具有侧面的入口和排出口或端口。间隔层可由任何合适的材料制造，其中代表性的合适材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETG)、聚酰亚胺、聚碳酸酯等，可对间隔层的表面进行处理，使其相对于其各电极有粘性，从而保持电化学测试带的结构。
不管反应区的位置在何处，在多个实施例中，试剂系统或组合物位于反应区内，其中试剂系统在检验中与流体样品中的组分相互作用。
令人感兴趣的试剂系统一般包括氧化还原对。所采用试剂组合物的氧化还原对由一对或多对氧化还原对试剂组成。在本领域中已知了多种不同的氧化还原对试剂，其包括氰铁酸盐、乙基硫酸吩嗪(Phenazine ethosulphate)、甲基硫酸吩嗪(phenazine methosulphate)、苯二胺(pheylenediamine)、1-甲氧基-甲基硫酸吩嗪、2，6-二甲基-1，4-苯醌、2，5-二氯-1，4-苯醌、二茂铁衍生物、吡啶基锇复合物、钌复合物等。在多个实施例中，令人特别感兴趣的氧化还原对是铁氰化物等。
其它可存在于反应区的试剂包括缓冲剂如柠康酸盐、柠檬酸盐、苹果酸盐、马来酸盐、磷酸盐，优良缓冲剂(“Good”buffer)等。其它可采用的试剂包括二价阳离子例如氯化钙和氯化镁，表面活性剂如Triton、Macol、Tetronic、Silwet、Zonyl和Pluronic，以及稳定剂如白蛋白、蔗糖、海藻糖、甘露醇和乳糖。
适于在本发明中使用的这种试剂测试带的示例包括在未决美国专利No.09/333793、No.09/497304、No.09/497269、No.09/736788和No.09/746116中所介绍的试剂测试带，这些公开文献通过引用结合于本文中。
采用基准和工作电极来进行电化学测量，以进行电化学检验。所进行的电化学测量可根据检验的特性和电化学测试带所采用的测试带而变化，例如根据检验是电量分析、电流分析或电位分析而变化。一般来说，电化学测量在样品引入反应区后的一段给定时段内测量电荷(电量分析)、电流(电流分析)或电位(电位分析)。在美国专利No.4224125，No.4545382，No.5266179和国际专利申请WO97/18465，WO99/49307中介绍了用于进行上述电化学测量的方法，这些公开文献通过引用结合于本文中。无论测试的类型如何，在测试带的反应区中进行电化学测量或产生信号。
在检测到如上所述的产生于反应区中的电化学测量或信号之后，通过将电化学信号和样品中分析物的量相联系，从而测定被引入反应区中的样品中的分析物的量。如上所述，测试带被设置成并适合于容纳在测量仪中。用于自动进行这些步骤的代表性测量仪在未决的美国专利No.09/333793、No.09/497304、No.09/497269、No.09/736788和No.09/746116中有进一步的介绍，这些公开文献通过参考结合于本文中。当然，在采用比色分析检验系统的那些实施例中，可采用分光光度计或光学测量仪，其中代表性的测量仪在例如美国专利中No.4734360、No.4900666、No.4935346、No.5059394、No.5304468、No.5306623、No.5418142、No.5426032、No.5515170、No.5526120、No.5563042、No.5620863、No.5753429、No.5573452、No.5780304、No.5789255、No.5843691、No.5846486、No.5968836和No.5972294，这些公开文献通过参考结合于本文中。
如上所述，至少一个题述皮肤穿刺件与测试带相连，即，与测试带或其一部分形成一体。此至少一个皮肤穿刺件可作为单独的部分或部件而制造，然后与测试带固定或连接在一起，或者，它可作为测试带的一部分而制造，这将在下面更详细地描述。
在那些皮肤穿刺件作为单独的部分或部件来制造的实施例中，皮肤穿刺件通过适当的方式与测试带相连。例如，可采用本领域所公知的任何合适的粘合剂。
在某些实施例中，例如在多个皮肤穿刺件基本平行于测试带设置的实施例中，多个皮肤穿刺件可由与测试带相同的材料制造，即，它们具有单一结构或单体材料。换句话说，多个皮肤穿刺件例如可由测试带的间隔层形成，使得多个皮肤穿刺件和测试带成为单件材料体。
测试带本身可形成题述皮肤穿刺件的流体通道的一部分。换句话说，测试带提供了流体通道的一个或多个屏障或壁，从而将样品限制在测试带和流体通道壁之间流动。例如，流体通道的近端部分的一部分可由测试带制成或由其所限制。具体地说，在流体通道沿其长度的至少一部分例如沿其长度的近端部分对外部环境打开的情况下，测试带的一部分可形成覆盖在流体通道的打开部分上的封盖或壁。在题述装置的一些实施例中，一个或两个电极形成了屏障。例如，流体通道的一部分可由皮肤穿刺件的材料例如间隔层材料形成，并且一个或两个电极可为流体通道提供另外的屏障，使得样品在被吸入或通过流体通道时与测试带的一个或多个电极相接触。在多个实施例中，作为位于测试带的其他位置或反应区中的附加或替代，一种或多种检验试剂如氧化还原试剂系统中的试剂可存在于或位于流体通道中。因此，本领域的技术人员可以理解，如果样品必须输送到较远的反应区中，那么反应即分析物的浓度测定将在反应可开始之前发生或开始。因此，可以提高分析物测量的精度，并且减小了反应时间，即用来产生样品中分析物浓度的时间。
再来参考附图，其中相同的标号表示相同的部件。图3A显示了根据本发明的代表性测试带300，其具有多个与其相连的皮肤穿刺件。测试带300包括带有相连的惰性支撑304的第一电极302和带有相连的惰性支撑311的第二电极308。如上所述，测试带300具有间隔层306，在此实施例中，间隔层306与电极302和308一起形成了反应区312。测试带300设置成且适合于插入测量仪中。具体地说，测试带具有第一端部和第二端部，其中多个皮肤穿刺件至少与第一端部相连，并且至少第二端部设置成可插入测量仪9中，如图4所示。
测试带300还包括多个皮肤穿刺件314，其中此皮肤穿刺件可由与间隔层306相同的材料或由不同的材料制成。显然，测试带300可包括任何数量的皮肤穿刺件，此数量在约1到50之间，通常在约1到25之间。皮肤穿刺件314具有流体通道316，其沿第一侧面317和第二侧面319的整个长度对外部环境打开。流体通道314也终止于尖端320的附近。皮肤穿刺件314的穿刺长度或远端部分表示为基部321和尖端320之间的距离。
流体通道316的近端部分337位于两电极302和308之间，在此处由虚线表示，以显示测试带将流体通道限制在其之间。因此，测试带的电极为流体通道的一部分形成了屏障或壁，使得流过通道的样品在通道中时就与电极相接触。如上所述，在流体通道中设有适当的氧化还原试剂系统，以形成测试带的另一反应部分或反应区。在一些其它实施例中，流体通道的近端部分337沿其长度可以不打开，即不与电极接触。
图3B显示了本发明的另一代表性实施例。在此实施例中，测试带80包括多个皮肤穿刺件82，各皮肤穿刺件具有流体通道或开槽84，其终止于皮肤穿刺件80的远端81上的开口86处并与之流体相通。各流体通道84终止于与其相关的皮肤穿刺件82的尖端83的附近。流体通道84嵌入或穿过远端部分，使得流体通道的至少此部分除开口86外对外部环境关闭。在此特定实施例中，流体通道84与远端相对侧上的两个开口相连。流体通道316的近端部分85位于两电极302和308之间，在此处由虚线表示，以显示测试带将流体通道限制在其之间。因此，测试带的电极为流体通道的一部分形成了屏障或壁，使得流过通道的样品在通道中时就与电极相接触。如上所述，在流体通道中设有适当的氧化还原试剂系统，以形成测试带的另一反应部分或反应区。在一些其它实施例中，流体通道的近端部分85沿其长度可以不打开，即不与电极接触。
图4显示了插入测量仪9中的题述测试带，例如图3A所示测试带300，其中此测量仪能自动地测定施加在测试带上的样品中至少一种分析物的浓度。系统如上所述，本发明包括分析物浓度测定系统，其能够获得生理样品并测定其中所关心的分析物的分析物浓度，其中分析物的浓度测定可通过自动的装置例如测量仪来自动地完成。因此，本发明的分析物浓度测定系统包括具有至少一个如上所述并与之相连的题述皮肤穿刺件的测试带，以及测量仪(见图4)。方法如上所概述，本发明提供了用于测定样品中分析物浓度的方法。题述方法可用于多种不同分析物浓度的测定，其中代表性的分析物包括葡萄糖、胆固醇、乳酸、乙醇等。在多个实施例中，题述方法被用于测定检验流体例如生理样品中的葡萄糖浓度。
虽然题述方法原则上可用于测定多种不同生理样品中例如尿液、眼泪、唾液等中的分析物浓度，但其尤其适用于测定血液或血液馏分，具体地说是整个血液或间质液中的分析物浓度。
在实际操作题述方法时，用于以最小的疼痛接触和采集生理样品的皮肤穿刺件插入皮肤中，样品通过皮肤穿刺件中的至少一个流体通道，通常是通过进入流体通道的一侧或多侧而进行采集，其中这些侧面在周边的一个或多个侧面或部分上沿其长度的至少一部分对外部环境打开，通常为沿流体通道的远端长度的至少一个基本部分对外部环境打开，更经常是沿流体通道的整个长度对外部环境打开。在样品采集后，测定样品中至少一种分析物的浓度。在题述方法的其它实施例中，样品通过与流体通道、通常是与流体通道的远端相连的一个或多个开口而进行采集。
因此，题述方法的第一步骤是提供至少一个合适的皮肤穿刺件，例如上述的一个或多个皮肤穿刺件。换句话说，皮肤穿刺件具有至少一个流体通道，其在其远端的至少一个基本部分上对外部环境打开，其中流体通道或者沿周边的一侧或多侧或部分打开(例如见图1A-1F)，或者通过皮肤穿刺件的至少一个开口打开(例如见图2A-2C)。在某些实施例中，皮肤穿刺件的远端的一个基本部分对外部环境打开。通常，此至少一个流体通道终止于皮肤穿刺件的尖端附近。题述皮肤穿刺件可如上所述地附加、固定、集成或连接在测试带上。
根据待获得的生理样品的类型，一个或多个题述皮肤穿刺件可插入不同的皮肤层中，包括真皮、表皮和角质层，但在多个实施例中，皮肤穿刺件的插入深度不深于皮肤的皮下层。
一般来说，一个或多个皮肤穿刺件插入皮肤中，通常插入手指或手臂如前臂中约1到60秒，通常为约1到15秒，更通常为约1到5秒。
一旦插入皮肤中就进行生理样品的采集，从而测定所关心的分析物浓度。因此，一旦采集到就将样品传送给测试带等，特别是传送到测试带的反应区，其中反应区可包括流体通道和/或测试带的其它区域，如上所述。
具体地说，位于流体通道的一个或多个进入点处或其附近的样品，例如位于流体通道的一侧或多侧、或对外部环境打开的流体通道周边的一个或多个点或部分、或通道开口或孔处或其附近的样品，通过这些进入点来进行采集。因此，皮肤由一个或多个皮肤穿刺件被穿刺，其中此一个或多个皮肤穿刺件刺入到合适的皮层中，并将生理样品例如位于皮肤穿刺件的尖端附近的样品抽到一个或多个流体通道中。在某些实施例中，样品通过施加在其上的、通常是通过流体通道本身施加的毛细作用力而被抽入流体通道中。随后样品被传送到一个或多个反应区中，包括流体通道和/或测试带的反应区。
具体地说，在那些至少一个皮肤穿刺件包括在其周边的至少一侧或部分上具有对外部环境打开的远端的至少一个基本部分的流体通道的实施例(例如见图1A到1F)中，流体通道可对靠近流体通道开口的生理流体施加毛细作用力，并抽出一定量的流体到进入点中，即进入到流体通道的打开侧或部分中。因此，由于流体通道的远端的至少一个基本部分暴露在外部环境中，因此可以理解，与通常在其尖端具有单个开口的传统的针相比，每单位时间内可从更大的面积中采集到更大量的流体。
在那些至少一个皮肤穿刺件包括与至少一个侧面开口相连的流体通道的实施例中，流体通道可对靠近一个或多个开口的生理流体施加毛细作用力，并将一定量的流体抽到流体通道的开口中。同样地，与通常在其尖端具有单个开口的传统的针相比，每单位时间内可从更大的面积中采集到更大量的流体。
如上所述，一旦样品被采集并与测试带的反应区相接触，就可测定目标分析物的浓度。在某些方法中，分析物浓度的测定可在流体通道内发生或开始。例如，在流体通道的一部分由测试带如一个或多个电极形成且包括至少位于流体通道内的氧化还原试剂系统的情况下，在样品仍然处于通道内时就可开始测定分析物的浓度，即，反应不必等到在较远的反应部分才开始，作为替代或附加，反应可在测试带的其它反应区内开始或发生。当然，样品可被传送到流体通道内的反应区以外的测试带的反应区中，即较远的反应区中。例如，样品可被传送或传递到位于流体通道的近端部分处的反应区中。
无论反应区位于何处，如上所述为了进行电化学分析物浓度测定检验，可采用基准电极和工作电极进行电化学测量。所进行的电化学测量可根据检验的特性和电化学测试带所采用的测试带而变化，例如根据检验是电量分析、电流分析或电位分析而变化。一般来说，电化学测量在样品引入反应区后的一段给定时段内测量电荷(电量分析)、电流(电流分析)或电位(电位分析)。在美国专利No.4224125，No.4545382，No.5266179和国际专利申请WO97/18465，WO99/49307中介绍了用于进行上述电化学测量的方法，这些先行公开的文献通过引用结合于本文中。无论测试的类型如何，在测试带的反应区中进行电化学测量或产生电化学信号，其中如上所述，反应区和包括流体通道和/或另一测试带区域。在多个实施例中，测量可首先发生或开始于流体通道中，并随后在另一部位发生。
在检测到如上所述的产生于反应区中的电化学测量或电化学信号之后，通过将电化学信号和样品中分析物的量相联系，可测定被引入反应区中的样品中的分析物的存在和/或浓度。
如上所述，题述测试带设置成并适应于可插入测量仪中，在多个实施例中，上述测定和相联系的过程由自动的测量仪进行，这在相关的技术领域中是众所周知的(见图4，其显示了插入到测量仪9中的题述测试带10)。用于自动进行这些步骤的代表性测量仪在未决的美国专利No.09/333793、No.09/497304、No.09/497269、No.09/736788和No.09/746116中有进一步的介绍，这些公开文献通过引用结合于本文中。一般来说，测量仪通过测量仪的显示窗或面板将分析物浓度展示给使用者。
对于比色分析或光度测量的分析物浓度测定检验，施加在测试带中、具体地说是用在测试带的反应区中的样品被允许和信号产生系统中的部件发生反应，从而产生可检测的产物，产物的量与存在于样品中的最初量成比例。然后确定可检测的产物即由信号产生系统所产生的信号的量，并将其与最初样品中的分析物的量相联系。如上所述，在一些实施例中，采用了可进行上述检测和相联系的步骤的自动的测量仪，即光学测量仪。上述反应、检测和相联系的步骤，以及为进行这些步骤所采用的仪器在美国专利No.4734360、No.4900666、No.4935346、No.5059394、No.5304468、No.5306623、No.5418142、No.5426032、No.5515170、No.5526120、No.5563042、No.5620863、No.5753429、No.5573452、No.5780304、No.5789255、No.5843691、No.5846486、No.5968836和No.5972294，这些公开文献通过参考结合于本文中。适用于本发明的这种比色分析或光度测量的试剂测试带包括在美国专利No.5563042、No.5753452、No.5789255中所介绍的测试带，其通过参考结合于本文中。整套器具本发明还提供了用于实施题述方法的整套器具。本发明的整套器具包括至少一个题述皮肤穿刺件，通常为多个皮肤穿刺件，其中至少一个皮肤穿刺件可与测试带相连。整套器具可包括多个这种皮肤穿刺件和/或这种测试带。整套器具还可包括可同整套器具或其它整套器具的或本发明的可回收或不可回收测试带一起使用的可回收或不可回收测量仪。某些整套器具可包括多种类型的测试带，如各测试带包括相同或不同的试剂，如电化学和/或比色分析测试带，或者包括相同或不同的皮肤穿刺件，如单个或多个流体通道等。最后，整套器具还可包括使用题述测试带以测定生理样品中的分析物浓度的说明。这些说明可设在一个或多个包装、标签、整套器具的包装容器等上。
从上述介绍和讨论中可知，上述发明提供了获得生理样品并测定其中的分析物浓度的简单、快捷和方便的方式。上述发明提供了许多优点，包括易于使用、减少检验时间、效率高且疼痛最小。因此，本发明代表了对本技术领域的重大贡献。
所有在此说明书中引述的文献和专利通过引用结合于本文中，就如各单个文献或专利通过引用而具体地和单独地结合于此。任何出版物的引用只是因为其先于本发明的提交日，但不应被解释为，由于存在这些现有发明，本发明不能先于这些出版物而被授权。
虽然上述发明为理解清楚的目的而通过图示和示例的方式来进行详细的介绍，然而对于本领域的普通技术人员而言很明显，根据本发明所讲述的内容，可在不脱离所附权利要求的实质和范围的前提下对其进行一定的变化和修改。
权利要求
1.一种用于穿刺皮肤的皮肤穿刺件，所述皮肤穿刺件包括至少一个流体通道，其特征在于，所述至少一个流体通道的远端的至少一个基本部分对外部环境打开。
2.根据权利要求1所述的皮肤穿刺件，其特征在于，所述至少一个流体通道的远端的所述基本部分在所述至少一个流体通道的一侧或多侧或沿其周边的任一点上对外部环境打开。
3.根据权利要求1所述的皮肤穿刺件，其特征在于，所述至少一个流体通道的所述远端的整个长度在所述至少皮肤穿刺件的所述一侧或多侧或沿其周边的任一点上对外部环境打开。
4.根据权利要求1所述的皮肤穿刺件，其特征在于，所述至少一个流体通道终止于尖端的附近。
5.根据权利要求1所述的皮肤穿刺件，其特征在于，所述皮肤穿刺件包括多个所述流体通道。
6.一种用于测定生理样品中至少一种目标分析物浓度的测试带，所述测试带包括至少一个根据权利要求1所述的皮肤穿刺件。
7.根据权利要求6所述的测试带，其特征在于，所述流体通道的一部分由所述测试带形成。
8.根据权利要求6所述的测试带，其特征在于，所述测试带还包括两个电极，所述部分由所述测试带的至少一个所述电极形成。
9.根据权利要求8所述的测试带，其特征在于，所述测试带还包括位于所述电极之间的间隔层，所述部分由所述间隔层形成。
10.一种用于测定生理样品中至少一种目标分析物浓度的系统，所述系统包括根据权利要求6所述的测试带，和用于自动地测定所述生理样品中分析物浓度的测量仪。
11.一种用于采集生理样品的方法，所述方法包括(a)提供至少一个包括至少一个流体通道的皮肤穿刺件，其中所述至少一个流体通道的远端的至少一个基本部分对外部环境打开；(b)将所述至少一个皮肤穿刺件插入到皮肤中；和(c)通过所述至少一个流体通道从皮肤中采集所述生理样品。
全文摘要
本发明提供了用于穿刺皮肤并接触和采集其中的生理样品的装置及方法。题述装置包括至少一个流体通道，其中所述至少一个流体通道的远端的至少一个基本部分对外部环境打开。一个或多个题述装置可集成到测试带中，用于测定样品中至少一种分析物的浓度。本发明还提供了题述装置的使用方法。此装置和方法特别适于采集生理样品和测定其中的葡萄糖浓度，具体地说，适于测定血液、血液馏分或间质液中的葡萄糖浓度。另外，本发明还提供了包括用于实际操作题述方法的装置在内的整套器具。
文档编号G01N27/416GK1407327SQ0212777
公开日2003年4月2日 申请日期2002年8月5日 优先权日2001年8月6日
发明者V·V·于扎科夫, D·V·麦克阿利斯特 申请人:生命扫描有限公司