CN100488444C - 微分析系统 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种用于确定介质内物质浓度的微分析系统，所述系统包括：用于存储流体的存储装置，包括保持反应物流体的至少一个第一流体贮存器和保持载流流体的至少一个第二流体贮存器；检测装置，用于收集来自所述介质的物质，所述检测装置具有入口和出口；分析装置，用于确定所述介质中物质的浓度；连接装置，包括用于所述第一流体贮存器和分析装置之间的流体连接的第一连接装置，用于所述第二流体贮存器和检测装置入口之间的流体连接的第二连接装置，以及用于所述检测装置的出口与分析装置之间的流体连接的第三连接装置，所述第一连接装置包括至少一个第一流动限制装置，且所述第二连接装置包括至少一个第二流动限制装置，其中提供了保持灌注流体的第三流体贮存器以及用于所述第三流体贮存器和检测装置入口之间的连接的第四连接装置。由此可以显著减小系统的必要的灌注时间。

Description

微分析系统
技术领域
本发明涉及一种用于确定介质中物质(species)浓度的微分析系统，更具体地涉及用于连续监测人体的脉管体液内物质浓度的微分析系统。
背景技术
有关特定物质浓度的可靠知识，例如病人血液中的葡萄糖浓度对于医学治疗以保证足够剂量的给药方法而言是必须的。糖尿病患者需要补给与变化的葡萄糖浓度相对应的胰岛素给药方法，该葡萄糖浓度可能随时间发生显著变化，特别是与食物的摄入有关。
广泛采用的方法是在一天内采集多个血液样品，通常是使用针或导管穿透患者皮肤进行采集，并基于这些样品分别确定葡萄糖浓度。该方法给患者造成某些不适。
另外已知的是，永久植入皮下检测探针，该检测探针设计为从脉管体液收集葡萄糖分子。这种检测探针可以周期性或者连续地连接到外部分析系统。采用这种方法，通常为盐水溶液的载流流体从系统贮存器泵浦穿过该检测探针。检测探针内合适的收集装置实现将葡萄糖分子传输到该载流流体内。这种物质丰富的载流流体通常称作样品流体，随后返回到分析系统，其中在该分析系统内确定与患者体内的浓度相关联的该样品流体内葡萄糖浓度。在已知的方法中，至少一种反应物流体与从检测探针接收的样品流体混合以得到反应产物，该反应产物适于在分析系统的探测器内恰当地产生测量信号。
由于载流流体必须在探针内停留特定时间量以允许物质有效地从体液传输到载流流体内，因此该载流流体流动非常慢。典型的流动速率范围为几个μl/min，这是通过布置于流体通道内的流动限制而实现的。当将分析系统连接到检测探针时，在可以执行物质浓度监测之前，从分析系统的载流流体贮存器到探针的流动通道以及探针体积本身必须完全填充。灌注系统的这个时间长度可能非常长，通常为一个小时。
发明内容
因此本发明的目标是提供一种具有显著减小的灌注时间的微分析系统。
通过一种用于确定介质内物质浓度的微分析系统，实现了本发明的目标，所述系统包括：
用于存储流体的存储装置，包括保持反应物流体的至少一个第一流体贮存器和保持载流流体的至少一个第二流体贮存器；
检测装置，用于收集来自所述介质的物质，所述检测装置具有入口和出口；
分析装置，用于确定所述介质中物质的浓度；
连接装置，包括用于所述第一流体贮存器和分析装置之间的流体连接的第一连接装置，用于所述第二流体贮存器和检测装置入口之间的流体连接的第二连接装置，以及用于所述检测装置的出口与分析装置之间的流体连接的第三连接装置，
所述第一连接装置包括至少一个第一流动限制装置，且所述第二连接装置包括至少一个第二流动限制装置，
其中提供了保持灌注流体的第三流体贮存器以及用于所述第三流体贮存器和检测装置入口之间的连接的第四连接装置，
其中所述第四连接装置包括至少一个第三流动限制装置，
其中所述第三流动限制装置的流动限制小于所述第二流动限制装置的流动限制。
来自该第三贮存器的流体流动通常包含与第二贮存器相同的载流流体且不直接连接到检测装置，来自该第三贮存器的流体流动不经历布置于载流流体贮存器和检测装置之间的流动连接内的流动限制。这样，实现了该第四连接装置内更大的流体流动以及对该检测装置和其入口与载流流体贮存器之间的流动通道的快得多的灌注。
优选地，所述第四连接装置包括至少一个第三流动限制装置。
为了保护检测装置例如检测探针免受损坏，需要对该检测装置内的灌注流体流动和流体压力进行特定的限制。为了增加从该介质到流动穿过传感器探针的载流流体的物质传输速率，代表介质和载流流体之间界面的传感器壁的一部分需要制成非常薄。该灌注流体连接装置内低的限制导致足够的压力下降。
优选地，该灌注流体连接装置内的第三流动限制装置的流动限制小于该载流流体流动通道内的第二流动限制装置的流动限制。
由此实现了在分析系统正常工作期间相对于该载流流体流动而言增大的灌注流体流动。然而，该第三流动限制设计成保证在该限制上充分的压力下降，从而限制该检测装置内的压力。
优选地，该第三流体贮存器的体积基本上等于所述第二和第四连接装置以及所述检测装置的总体积。
通过该特征，该灌注流体贮存器的体积设为在可以开始收集来自介质的物质之前需要被填充的该系统的体积。不需要用于更大灌注流体贮存器的额外空间。当从分析系统到检测装置的所有流体连接以及该检测装置本身被填充时，载流流体贮存器将接着提供朝向传感器的流体流动。一旦来自该传感器的样品流体到达分析装置，该系统立即可以检测和监测物质浓度。
优选地，所述第四连接装置与位于所述第二和第三流动限制装置下游的所述第二连接装置连通。
并不提供从灌注流体贮存器一直到检测元件的分开的灌注流体流动通道，该灌注流体在穿过该灌注流体通道内的流动限制之后，在该通道内该流动限制的下游位置进入该载流流体通道。这简化了系统的设计和制造，并最小化了灌注流体通道的体积。
优选地，该微分析系统还包括用于对所述流体贮存器加压的装置。由此该系统内的流体的流动-除了受到该流动限制的控制之外-可以受到作用于该流体贮存器上的压力的控制。如果需要，可以进行单独的流动控制和调整，例如针对反应物流体或者灌注流体。
优选地，该流体贮存器的壁的至少部分是柔性的。来自具有柔性壁例如呈柔性袋形式的贮存器的流体流动可以通过对该柔性壁部分外部施加力而容易控制。合适的加压装置可以为围绕该贮存器的弹性绷带。
优选地，该存储装置还包括存储容器，其具有与所述加压装置连通的流体入口，所述存储容器界定流体腔体，该流体贮存器布置于该流体腔体内。在该实施方案中，所有流体贮存器存贮在公共容器内，该公共容器具有与该加压装置流体连通的流体腔体。当在系统工作期间该存贮器被连续清空时，存贮器的体积将减小，同时该流体腔体的体积将相应增大。
优选地，该加压装置为恒压源。对该流体贮存器施加恒定的压力，可以实现对从该流体贮存器传输的流体数量的相对简单和安全的控制。
优选地，所述存储装置、所述连接装置、所述分析装置和所述加压装置布置于公共外壳内。将该微分析系统除了检测装置以外的所有部件集成在单个外壳内，提供了一种紧凑鲁棒的系统单元，该系统单元只需要耦合到该检测元件的入口和出口。当用于医学应用时，例如用于连续监测人体内的物质，患者可以以考虑周到且舒适的方式直接将该系统单元携带在该患者身体上。
对于其入口和出口布置于皮肤外侧上的皮下检测探针，可以非常容易实现分析系统单元的更换，例如如果该存储装置被清空。
附图说明
以下将参照图示描述本发明的优选实施方案，其中图1示出了一种微分析系统的示意性方框图。
具体实施方式
图1示出了用于确定或者监测介质2内例如人体脉管体液内的物质浓度的微分析系统1。
采用这种系统，可以监测患者血液内的葡萄糖浓度。该系统的分析结果可以用于确定对患者用药的正确时间以及足够的胰岛素数量，以保证患者健康。
该系统包括传感器探针3，其具有入口4和出口5，用于收集来自介质的物质。该传感器探针可以皮下植入患者身体内。备选地，该传感器探针可以暴露于在分析之前从患者采集的体液样品。该传感器探针设计成从体液收集例如葡萄糖分子的物质，将该物质传输到载流流体内。适用的探针在本领域中是已知的，例如可以利用由于隔膜两侧的物质浓度梯度所导致的穿过半透性隔膜的分子扩散效应的优点。
系统1还包括存储装置6，其具有容纳反应物流体的第一流体贮存器7、8、9，容纳载流流体的第二流体贮存器10，以及容纳灌注流体的第三流体贮存器11。所有流体贮存器布置于具有入口13并界定流体腔体14的存储容器12内。该贮存器形成为柔性袋。
载流流体和灌注流体都可以采用例如盐水溶液的相同的无害流体。
加压装置15包括弹性囊16，其包含例如盐水溶液的受压流体，该囊通过连接线17和存储容器入口13与存储容器12内的流体腔体14连通。流体腔体14由此被填充了受压流体，其对流体贮存器7、8、9、10、11施加恒定的力。弹性囊16由此作为恒压源，通过流体腔体14同时作用于该流体贮存器。加压装置的其他实施方案当然也是可能的，例如围绕各个流体贮存器的单独弹性绷带。
然而，对于图示的实施方案，所有贮存器7、8、9、10、11暴露于相同的恒定压力，这简化了对从贮存器传输的流体数量的控制。
弹性囊16布置于保护容器18内，保护容器18封闭了由该弹性囊和容器18内壁界定的腔体19。例如通常使用的弹性隔膜的自密封入口布置20，允许从环境访问该弹性囊16，并设计成例如通过注射器使用受压流体填充或者再填充弹性囊16。
系统1还包括连接装置21，用于反应物流体贮存器7、8、9与分析装置22之间以及载流流体与灌注流体贮存器10、11与传感器探针3之间的流体流通。形式为通道23、24、25的第一连接装置设计成将反应物流体传输到分析装置，流速由布置于通道23、24、25内的第一流动限制26、27、28控制。该流动限制允许单独控制朝向分析装置22的反应物流动，这是再分析装置22内执行期望动作所必须的。
通道29代表第二连接装置，并将载流流体贮存器10与传感器探针3的入口4连通，通道29内的流速受到第二流动限制30控制。例如形式为通道31的第三连接装置允许富集了由探针3收集的物质的载流流体返回到分析装置22，该载流流体也称为样品流体。这里，样品流体经过与来自贮存器7、8、9的反应物流体混合，引起特定的化学反应，这便于在本领域已知的合适探测器布置中探测和测量物质浓度。
为了改善患者舒适度，特别是对于植入传感器探针的情形，进行了大量的努力以最小化该探针以及分析系统的体积。通过最小化反应物流体的数量并简化整体分析系统的设计，在成本节约方面也是如此。
同时，物质扩散穿过传感器隔膜的速率相对较低。这导致非常低的流动速率，这是获得样品中充分的物质浓度水平所必须的。如果浓度太低，则对介质内物质浓度的精确确定不够。试验表明，由流动限制30控制，需要0.3μl/min的最小流动速率以得到所要求的精确度。传感器探针3以及载流流体贮存器和传感器探针之间的通道29的总体积也称为死体积，其通常范围为10至20μl。当最初将传感器探针连接到分析装置并对弹性囊16加压时，通道29和探针3必须填满载流流体，且最终的样品流体必须通过通道31返回到分析装置，之后才能进行对物质浓度的监测。这种所谓的灌注时间可能长达一个小时。
为了减小该灌注阶段，灌注流体贮存器11通过具有第三流动限制装置33的第四连接装置32连接到传感器探针3的入口4。流动限制装置33允许远高于限制装置30的流体流动，由此可以将灌注时间减小到几分钟。进一步减小则受到传感器探针中允许的流体压力的限制，从而避免损伤限制装置30，例如由于隔膜破裂。
通道32通向流动限制30下游的通道29。
为了最小化该分析系统的总尺寸，灌注流体贮存器11的体积设为该系统的死体积。当流体腔体14通过填满弹性囊16而受压时，由于通道32内流动限制的程度低，灌注流体将从贮存器11流出。当贮存器11清空时，通道29和传感器探针3被完全填充，载流流体贮存器10将“接着”以标称流动速率传输载流流体。
提供废液通道34以连通分析装置22与保护容器18内的腔体19。在系统工作时，弹性囊16的体积将减小，因为受压流体连续地转移到存储容器12的流体腔体14内。腔体19内最终的空闲空间因此可以作为废液贮存器。由此得到了一种自给的(self-contained)系统，可以在使用结束之后进行处理，此时所有反应物和载流流体贮存器被清空。
除了传感器探针3和相应的连接装置29和31之外，整个分析系统封闭于密封外壳35内。具有植入的传感器探针的糖尿病患者可以经常监测葡萄糖浓度。通过将外壳35与传感器探针断开，重新连接新的系统，并通过填满该弹性囊而设定初值，由此可以在使用之后容易替换这种微型化的一次性系统。由于新的灌注布置，对葡萄糖浓度的监测中断被最小化。

Claims (8)

1.一种用于确定人的体液内物质浓度的微分析系统，所述系统包括：
用于存储流体的存储装置，包括保持反应物流体的至少一个第一流体贮存器和保持载流流体的至少一个第二流体贮存器；
植入于患者身体内的检测装置，用于收集来自所述人的体液的物质，所述检测装置具有入口和出口；
分析装置，用于确定所述人的体液中物质的浓度；
连接装置，包括用于所述第一流体贮存器和分析装置之间的流体连接的第一连接装置，用于所述第二流体贮存器和所述检测装置入口之间的流体连接的第二连接装置，以及用于所述检测装置的出口与分析装置之间的流体连接的第三连接装置，
所述第一连接装置包括至少一个第一流动限制装置，且所述第二连接装置包括至少一个第二流动限制装置，
其中提供了保持灌注流体的第三流体贮存器以及用于所述第三流体贮存器和所述检测装置入口之间的连接的第四连接装置，
其中所述第四连接装置包括至少一个第三流动限制装置，
其中所述第三流动限制装置的流动限制小于所述第二流动限制装置的流动限制。
2.根据权利要求1所述的微分析系统，其中所述第三流体贮存器的体积基本上等于所述第二和第四连接装置以及所述检测装置的总体积。
3.根据权利要求1至2任何一项所述的微分析系统，其中所述第四连接装置与位于所述第二和第三流动限制装置下游的所述第二连接装置连通。
4.根据权利要求1至2任何一项所述的微分析系统，还包括用于对所述流体贮存器加压的装置。
5.根据权利要求4所述的微分析系统，其中所述流体贮存器的壁的至少部分是柔性的。
6.根据权利要求5所述的微分析系统，其中所述存储装置还包括存储容器，所述存储容器具有与所述加压装置连通的流体入口，所述存储容器界定流体腔体，所述流体贮存器布置于该流体腔体内.
7.根据权利要求4所述的微分析系统，其中所述加压装置为恒压源。
8.根据权利要求4所述的微分析系统，其中所述存储装置、所述连接装置、所述分析装置和所述加压装置布置于公共外壳内.
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