CN101495179B - 药物递送和分析物传感器相结合的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种组合的药物递送和分析物感测装置。本发明的实施方式提供用于在集成系统中结合有药物递送的分析物感测的方法和装置。在一实施方式中，可以采用设备来感测分析物，并且响应由此获得的测量值将控制量的药物引入使用者，作为矫正措施。

Description

药物递送和分析物传感器相结合的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年5月17日提交的名称为“Lactate SensingIntravenous Catheter”的第60/682,209号美国临时专利申请、以及2005年11月10日提交的名称为“Combined Drug Delivery and Analyte SensorApparatus”的第60/735,310号美国临时专利申请、以及2006年5月10日提交的名称为“Combined Drug Delivery and Analyte Sensor Apparatus”的第11/382,674号美国临时专利申请的优先权，它们的全部公开内容在此通过参考整体并入。
技术领域
本发明的实施方式涉及医用设备，更具体而言，涉及用于提供与药物递送相结合的分析物感测的方法和装置。
背景技术
期望通过原位感测分析物来降低对外部装备或设备的需求。通常而言，为了测量身体中的分析物，需要从身体中取出样品并利用外部设备进行测量。而且，如果认为需要采取任何矫正措施，则通常需要利用第二设备以将矫正药物引入到身体中。
例如，对服用胰岛素的糖尿病患者而言，治疗他们的病况的过程非常复杂。他们必须明了他们所摄取的碳水化合物和其它营养物质的量；他们必须通过反复地刺破手指或身体的其它部位而监控毛细血管血的葡萄糖值；并且他们必须考虑他们所参加的锻炼的量。他们必须考虑所有这些因素，以计算他们定期施用的胰岛素的剂量。如果葡萄糖浓度未被良好地控制并且一直升高，则他们面临患上慢性并发症如眼睛、肾脏、神经、脚和心脏疾病的风险。如果他们的血糖浓度降至过低，则他们面临例如经受抽搐、昏迷和汽车事故之类的风险。
由于所有这些原因，这样一种系统有助于用胰岛素治疗的I类或II类糖尿病患者，该系统通过很少的患者互动或无需患者互动就可以递送正确量的胰岛素。然而，迄今为止自动胰腺系统(automated pancreas system)仍然相当麻烦。例如，在1970年代后期，开发出称为BIOSTATOR的大型设备，该设备能够通过抽出并测量静脉血糖值来连续或基本连续地测量葡萄糖。参见Fogt EJ，Dodd LM，Jenning EM，Clemens AH的Development and evaluation of a glucose analyzer for a glucose controlledinsulin infusion system(BIOSTATOR)，Clin.Chem.，1978年8月；24(8)日：1366-72。此外，所述BIOSTATOR能够施以胰岛素。由于其尺寸问题，BIOSTATOR被定位成研究工具而不能实现在糖尿病患者中广泛使用。
近年来，已经进行了结合葡萄糖传感器和胰岛素注入设备的其它一些尝试。Hovorka和同事们(Hovorka R，Chassin LJ，Wilinska ME等，Closingthe Loop，the Adicol Experience，Diabetes Technol.Ther.，2004Jun；6(3)：307-18)描述了一种这样的系统。在这个系统中，临时植入的针式葡萄糖传感器(微渗析型)与手持计算机和通过带子佩戴的胰岛素泵结合，以闭合环路。微渗析型传感器的一个局限性在于其为一种复杂的设备，其要求将流体递送入微渗析导管中，并从微渗透导管中去除流体。
Steil和同事们也描述了一种复杂的闭环系统，其中，静脉内传感器或皮下传感器与可以完全植入的或体外的胰岛素泵和计算机相组合(Steil GM，Panteleon AE，和Rebrin K，Closed-loop insulin delivery-thepath to physiological glucose control，Adv Drug Deliv Rev，2004 Feb10；56(2)：125-44)。然而，这种系统要求两个分开的单元：一个用于胰岛素泵(和导管)而另一个用于传感装置(其可以使用单独的用于感测的导管)。
在诸如对乳酸盐(lactate)进行感测的其它情况下，也可能产生在原位感测分析物并递送药物的类似期望。例如已经发现，导致减少灌注(循环)的失血通常是不明显的，由此而被称作潜隐的灌注不足(OH)。OH对外伤患者是非常普遍的，并且常常导致死亡。然而，如果首先检测到乳酸(lactic acid)水平的升高，医务组快速介入，则通常可以发现OH源，从而挽救患者的生命。
血量降低时血液乳酸盐升高的原因与氧的供给和需求有关。通常，肺向血液充氧，而血液向遍布身体的组织送氧。但是当血量下降时，从肺向血液的氧递送速率显著地降低，从而使组织缺氧。在没有氧时，组织不能利用需氧Kreb循环代谢反应，而是必须依靠无氧途径来产生能量。占主要部分的无氧途径结果造成从丙酮酸盐生成乳酸盐。为此目的，在因出血而减少了血量的情况下，血液中乳酸盐的水平上升。血液乳酸盐也在脱水的情况下升高(血管内容积减小)。在脓毒性休克(因感染)的情况下(其中血管舒张)，乳酸也升高。在后一种情况下，血量不是真正的降低，而是因为血管舒张，“有效血量”显著地下降，从而血液的乳酸盐升高。由此，乳酸传感器在以下所有这些情形中都是有用的：出血、脱水和有效血量因为诸如脓毒性休克等病症而减小。
通过发现升高的血液乳酸盐(乳酸)浓度而检测到OH将允许机构(institution)快速复苏(输入液体和血液等)，这样可以降低死亡率。当召集医生或急救员(EMT)为伤者提供看护时，他/她首先执行的一个程序是将导管插入到静脉中，通常为胳膊中的静脉中。由此，在这种情况下，与导管结合的原位感测元件可以提供有用的设置，从而允许早期检测到潜在的威胁生命的情况。
发明内容
本发明的实施方式以一体系统提供了与药物递送相组合的分析物感测。在一实施方式中，可以利用设备感测分析物，并且响应于由此获得的测量值，向使用者引入受控量的药物作为矫正措施。
本发明的实施方式教导了一种闭环系统，其中传感器和药物递送设备被整合到单一的中空结构中。可选的实施方式包括两个或更多的细长结构(例如，传感器和药物递送设备)，它们非常接近并且分别连接至靠着使用者的皮肤放置的一个或多个部件。
就本发明的目的而言，术语“药物”应当被宽泛地解释为指代任何用于对诸如哺乳动物之类的动物(例如人)进行处置、治疗或预防疾病或病况的物质或输注物(infusate)。在一实施方式中，可以使用药物来恢复、矫正、和/或修正生理机能。由此，本发明的实施方式中药物的示例包括胰岛素、血液、生理盐水、水等，以及各种医药品、保健营养品等。
在本发明的实施方式中，设备的感测部分和设备的药物递送部分可以整合成一个中空结构。在一实施方式中，药物(例如，胰岛素)可以通过设备的远端内腔被递送入哺乳动物身体中。在一实施方式中，分析物(例如，葡萄糖或乳酸盐)可以在递送药物位置的近端的位置处被测量，其中所述分析物的系列浓度被供给至控制器以确定药物递送速率。处于近端或远端的各种位置的取向是为了示例的目的，并且可以根据本发明的实施方式的教导按照需要进行改变。
附图说明
通过以下结合附图的详细描述将容易理解本发明的实施方式。为了便于说明，用相同的附图标记表示相同的结构元件。将通过实施例的方式而不是以附图图示中限制的方式说明本发明的实施方式。
图1示出了根据本发明的实施方式的感测设备，其中各区块示出了设备的不同的层；
图2示出了根据本发明的实施方式的具有多个感测区域的感测和药物递送设备；
图3示出了根据本发明的实施方式的具有多个感测区域的感测和药物递送设备；
图4示出了根据本发明的实施方式的感测和药物递送设备；
图5示出了根据本发明的实施方式的结合至传感器模块的感测设备；
图6示出了根据本发明的实施方式的用于感测和药物递送设备的有翼的保持器；
图7示出了根据本发明的实施方式的具有多个感测区域的扁平感测设备；
图8示出了根据本发明的实施方式的感测和药物递送设备；
图9示出了根据本发明的实施方式的感测和药物递送设备，其中，在区块A中，感测和药物递送功能被整合在单一的管中，且在区块B中，感测和药物递送功能分开在不同的管中；以及
图10示出了根据本发明的实施方式的插入皮下的设备。
具体实施方式
在下文的详细说明中，将参考形成说明书一部分的附图，在所有附图中用相同的附图标记表示相同的部件，并且在附图中以示例的方式示出了可以实现本发明的实施方式。还应理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以利用其它的实施方式和进行结构或逻辑变化。因此，不应以限制的方式理解下文的详细说明，而根据本发明的实施方式的范围由所附权利要求及其等同物限制。
可以以有助于理解本发明的实施方式的方式将多种操作描述为多个按顺序的离散操作；然而，描述的顺序不应当被理解为表示这些操作是依赖于顺序的。
本说明可以采用诸如上/下、后/前、和顶部/底部之类的基于视角的描述。这种说明仅仅用作利于讨论，而并非旨在限制本发明的实施方式的应用。
就本发明的目的而言，措辞“A/B”指的是A或B。就本发明的目的而言，措辞“A和/或B”指的是“(A)、(B)或(A和B)”。就本发明的目的而言，措辞“A、B、和C中的至少一个”意味着“(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)、或(A、B和C)”。就本发明的目的而言，措辞“(A)B”意味着“(B)或(AB)”，即A为可选元素。
说明书可能会使用措辞“在一实施方式中”或“在多个实施方式中”，它们可以分别指一个或多个相同或不同的实施方式。此外，如相对于本发明的实施方式所使用的术语“由......构成”、“包括”、“具有”等是同义的。
基于在此的教导，本发明的实施方式可以设有这里单独地或以任何合适的组合而描述的特征，而无论是否组合地进行了具体描述。
图1示出了本发明的实施方式的基本设计。在图1的实施方式中存在多层，并且为此图1被分成三个区块，其中仅有底部的区块具有所有的层。图1的上部区块中示出了中空结构102，其从点A延伸至点B。在一实施方式中，结构102为由非导电性聚合物制成的管，然而也可以为由导电性金属、导电性聚合物、玻璃或其它适当的材料制成的管。在一实施方式中，用于形成管的适当聚合物包括含氟聚合物、聚乙烯、或用于静脉内导管的聚合物。
就本发明的目的而言，当指称根据本发明的实施方式的各种结构时，术语“中空”包括宽范围的横截面尺寸和形状。通常，中空结构为具有一个或多个气体或液体可在其中流通的通道的结构，而与通道是直的、弯曲的、弯折的、不规则的等无关。
材料104可以出现在结构102的所有或部分外表面上，在一实施方式中，这种材料可以为铂，然而也可以为金、银、钯、钽或碳。在材料104为碳的一实施方式中，可以为玻璃化炭黑、碳纤维、石墨或碳纳米管。在一实施方式中，材料104延伸至接近点B。在一实施方式中，材料104用作传感器的指示电极，并且可以通过电镀法、无电镀膜法、溅射法、金属蒸镀法、等离子体气相沉积法、光刻法、或金属墨(例如分散在聚合物基质中的铂墨)的移印、或者通过本领域技术人员所公知的其它方法被施用于结构102。
在本发明的实施方式中，指示电极可以具有多种形状和尺寸。指示电极可以以一个或多个环的形式包围中心管，或者可以设置在管上而不包围管，或者可以为结合的设置。在本发明的一实施方式中，指示电极可以形成沿管或平坦的表面或基片延伸的迹线。
在本发明的一实施方式中，绝缘层(电介质)(在此列举为结构106)可以位于材料104的部分表面上。电介质106可以通过若干方法(包括但不限于浸渍涂布、喷涂、喷墨印刷、或光刻法)中的一种而设置在材料104的上方和/或结构102上。在一实施方式中，电介质106可以通过紫外固化或热固化而交联，以使其更加坚固，而不易受到溶剂的溶解或受到极端环境的影响。
在图1的中间区块中示出了设备的更靠近表层的层。层108为作为分析物传感器的基准电极的表面，并且在一实施方式中可以由银制成。可以通过电镀法、无电镀膜法、溅射法、金属蒸镀法、或通过本领域技术人员公知的其它方法施用于基准电极。在一实施方式中，银基准电极可具有形成在表面上的氯化银层，这可以通过使用例如氯化铁处理或电解而实现。在后一种方法中，在浸在HCL和KCL的溶液中时使电流通过通过银，其被适当称作电解氯化。
在本发明的一实施方式中，银/氯化银层也可以应用于模块的与皮肤接触的整个或部分表面。在这种实施方式中，基准电极可以以与普通心电图用电极类似的方式与皮肤接触。
在一实施方式中，可以围绕部分或全部的电介质106和/或部分材料104同轴地施加基准电极108。在可选的实施方式中，指示电极和基准电极可以作为彼此不同轴的压平线而被施加。在这种实施方式中，指示电极和基准电极可以与基础基片一起进行共挤塑。
在一实施方式中，基准电极可以为银、银/氯化银、不锈钢、或根据本发明教导的其它适当材料。在一实施方式中，基准电极可以为固态金属或者可以以墨的形式沉积。在一实施方式中，基准电极的露出面积可以大于指示电极的露出面积，例如至少为其露出面积的3、4或5倍。
在一实施方式中，可以利用诸如反电极之类的附加电极。在利用反电极的实施方式中，电流可以流过反电极而不是流过基准电极，由此降低了用于改变极化电压的电位。
在一实施方式中，可以在材料104上涂敷一系列的膜，并且这些膜总体上可以称作转导层110。可以在两个授权的专利中发现本发明实施方式中的这些层的基本性质，即第5,165,407号美国专利(ImplantableGlucose Sensor，Wilson等)以及第6,613,379号美国专利(ImplantableAnalyte Sensor，Ward等)，通过参考在此并入它们的内容。在一实施方式中，这些层可以包括特异性膜作为最里侧的层，所述膜允许过氧化氢渗透入下面的电极，而不允许诸如抗坏血酸盐、醋氨酚、和尿酸之类的干扰物渗透。这种特异性膜可以由磺化聚醚砜制成(如第6,613,379号美国专利所教导的那样)，或者由诸如醋酸纤维素或NAFION之类的化合物制成。在一实施方式中，该特异性膜的表层可以为催化膜，其酶催化过氧化氢的形成。在一实施方式中(其中分析物为葡萄糖)，该催化膜可以含有已经在存在诸如白蛋白之类的蛋白质增量剂(extender)的情况下通过交联剂戊二醛而固定的葡萄糖氧化酶。如果乳酸为分析物，则酶可以为例如乳酸氧化酶或乳酸脱氢酶。本领域内公知某些酶基传感器的构造，并且许多这种可以用于各种分析物的分析目的的酶是公知的，并且被认为是在本发明的实施方式的范围内。
在一实施方式中，选择性渗透膜112可以为最表层的层，从而除了下面的催化膜之外还可以覆盖基准电极108。选择性渗透膜用来调节所关注的分析物的渗透和氧的渗透。例如，如果测量葡萄糖，则在本发明的实施方式中，选择性渗透膜可以对氧具有较高的可渗透性而对葡萄糖具有最小的可渗透性。通过这种方式，可以保持化学定量关系，并且可以使在高葡萄糖浓度的情况下受限的成氧潜力最小化。在一实施方式中，膜112可以由具有葡萄糖通过其渗透的亲水性嵌段和氧通过的疏水性嵌段的聚氨酯制成。在一实施方式中，选择性渗透膜可以具有硅氧烷或含氟聚合物部分，以有助于氧渗透。在本发明的一实施方式中，选择性渗透膜可以具有诸如聚环氧乙烷或聚乙二醇之类的亲水部分，以有助于分析物渗透。还有许多其它这种选择性渗透膜已经被描述过并且为本领域的技术人员所公知，它们也被考虑在本发明的实施方式的范围内。例如，PCT公报第WO 2004/104070号以及2006年4月14日递交的、名称为“Biosensor Membrane Material”的第11/404,528号美国专利申请提供了与适当选择性渗透膜的具体成分相关的细节，所述专利申请的整个公开内容在此通过参考而并入。
在结构102为金属化表面的实施方式中，整个表面可以覆盖有特异性膜，以避免来自施加极化偏压时可能产生电流的可氧化化合物的干扰。
在本发明的实施方式中，感测和/或药物递送管的长度可以为例如1-2英寸或者更长，例如中空线或管、周向插入的中心导管、颈静脉或锁骨下中心导管、Swan-Ganz导管、或者其它导管等。在一实施方式中，根据具体所需的应用，管在尺寸和形状方面可以具有多种截面。
一种制造根据本发明的实施方式的设备的可选方法是从平面结构开始，而不是从中空结构开始。例如，基础基片102可以为平面结构。在这种实施方式中，可以向基片102施加各层，随后作为最终的步骤，可以例如绕芯轴而将平面结构卷绕成中空结构。在这种实施方式中，在连接两个边缘时可能产生接缝。尽管根据在此的教导也可以利用其它方法，然而光刻法的工艺(利用负光刻胶或正光刻胶)尤其适于将化学层添加到平面结构上。
而制造根据本发明的实施方式的设备的另一种方法是将一个以上的中空结构结合起来。例如，其上可以施加有金属表面的基片102可以为第一管。第二管可以为较短的管，在所述较短的管上沉积有银/氯化银基准电极和多个转导膜。在制造过程中，可以通过嵌套和缩进式设置将第二管直接施加在第一管上。
在一实施方式中，具有单独一个内腔的替换方案是具有多于一个的内腔。在这种实施方式中，可以使用一个内腔作为导管，基准电极(例如，银/氯化银)通过所述导管可以进入组织。使用多个内腔还提供了以下优点，即，可灌注多于一种的药物或不同的药物混合物或多种浓度的药物。
在本发明的一实施方式中，具有一个其上可以施加感测化合物(compound)的指示电级(例如，铂表面)感测化合物的替代方案是具有多个指示电极，其中每个指示电极上都施加有感测化合物。在这种构造中，可以同时测量一个以上的分析物。
在一实施方式中，可以通过向传感器的更近端部分顺次添加各绝缘性电介质材料层并且在各电介质层上添加额外的指示电极而生成多个指示电极。在本实施方式中，各嵌套的、缩进式指示电极可以由允许指示电极测量特定分析物的酶覆盖。在一实施方式中，除了酶以外，各指示电极还可以覆盖有直接邻接电极表面的特异性膜和在催化酶层表面的选择渗透性屏障膜。在一实施方式中，一个基准电极可以服务于所有的指示电极。
在图2中示出了本发明的一实施方式。图2示出了具有三个示例性感测区域204的感测设备200。感测设备200具有例如为挠性管构造的芯核206，其具有例如为铂的外层202。在感测设备200的一个端部存在有例如用于在使用时递送药物的端口208。
在本发明的实施方式中，感测区域204可以用于感测一种或多种分析物。在一实施方式中，对各待感测的分析物而言，感测区域204可以具有分析物响应酶和提供被测分析物的浓度指示的指示电极。
在一实施方式中，诸如由管206示出的管可以由金属、聚合物、玻璃等构造。在一实施方式中，管可以为挠性的，这意味着管可以经受反复的挠曲而不会断裂，从而可以在身体中长时间(例如数天或数星期)使用。
在图3中示出了本发明的一实施方式。图3示出了具有三个示例性感测区域304的感测设备300。感测设备300具有例如为铂的层302。沿感测设备300存在有例如用于在使用时递送药物的端口308。在一实施方式中，还提供可以取下的插塞306，或者该设备可以被构造为在设备的一端被封闭或融合。
在本发明的实施方式中，可以提供任何合适数量(例如1、2、3、4个或更多)的感测区域。在一实施方式中，可以将一个以上的端口分别设置为例如连接至不同的内腔，由此能通过专用或至少有区别的内腔引入一种以上的药物。在本发明的一实施方式中，腔室可以通过分支、和/或通过由一个或多个分隔壁或膜而分隔成一个以上的通道而区别开。
图4示出了本发明的一种实施方式，其中感测设备400示出有诸如luer锁之类的附连机构402、以及多个迹线404和406。迹线404和406示出为彼此间或者与下面的管不完全同轴，但是在一些实施方式中，可以彼此同轴。对本发明的目的而言，术语“迹线”应被广泛地理解为指任何导电路径，并且可以呈各种物理布置。在感测设备400的一个端部存在例如在使用时用于递送药物的端口408。根据本发明的一实施方式，还可在迹线的外侧施加具有一层或多层的感测膜(未示出)。
在本发明的一实施方式中，可以通过例如双重挤出的方式将多根丝嵌入到管的套壁中。在一实施方式中，可以使用相同的材料，也可以使用具有不同温度和机械特性的材料，即，第一挤出物可以为例如聚四氟乙烯，接着圆形的或扁平的丝可以被供入并布置在四氟乙烯上，随后就在聚氨酯或某些其它温度较低的材料(该材料不会回流或融化第一压出物)的第一挤压机的头部之后成行地进行第二挤出。
在一实施方式中，嵌入的丝可以由激光触及或者通过另一方法(诸如另一类型的能量束或机械磨蚀)而露出，并且用作生物传感器。在一实施方式中，所述丝可以被用作施加至位于远端处的表面上的另外的宽频带传感器位置和在近端处的接线端所需的连接点之间的连接器丝。
图5示出了本发明的一实施方式，其具有连接至传感器模块504的诸如导管之类的管502。管502具有联接器(hub)506和远端药物递送端口508，传感器模块504被附连至该联接器506。在管502的外侧可以有经由迹线512电连接至传感器模块504的指示电极510。在管502的外侧还可以有经由迹线516电连接至传感器模块504的基准电极514。尽管电极510和514被示出为多个环，然而多种数量的环、和/或多种电极设置也被认为在本发明的实施方式的范围内。
图6示出了具有用于保持诸如导管之类的管604与使用者的皮肤相接触的具有有翼的保持器602的设备600。有翼的保持器602可以为各种形状，并且在一实施方式中可以为绷带或挠性电路的形式。在一实施方式中，保持器602可以具有粘性的衬背，以帮助将设备固定至使用者的皮肤上。保持器602还可以具有诸如天线608、电池610和发射器612之类的集成电路。按照特定应用的需要，可以设置与保持器602相连的或多或少的电路。此外，除了诸如泵、药物储器之类的药物递送机构之外，设备600还具有可以容置诸如处理和分析系统之类的附加电路的模块606。
图7示出了根据本发明的实施方式的相对平坦的感测设备700。设备700具有可以构造为不同形状或设置的感测区域702和708，并且它们可以以多种方式连接至阴极706。区域702和708，以及阴极706设置在基片704上，所述基片可以由例如聚酰亚胺或KAPTON构成。设备700可以具有相当的挠性，并且由此可以围绕心轴滚转或其自身滚转形成管或者其它多种形状。利用多个感测区域允许根据需要感测一个或多个分析物。
在本发明的一实施方式中，其上可以施加或形成多个传感器、电极和/或迹线的基片可以为多种形状和设置，包括平坦形状、圆柱形等。
图8示出了根据本发明的实施方式的感测设备800。设备800具有感测区域810和812，它们可以为例如与一个或多个分析物响应酶层一起工作的一种或多种贵金属。利用多种感测区域使得可根据需要感测一种或多种分析物。设备800还具有阴极808。在一实施方式中，在区域806处，设备的相当平坦的特性使得设备可围绕心轴滚转或其自身滚转形成管或者其它各种形状(与以上针对图7讨论的类似)。在一实施方式中，使用时设备800在区域804处可以位于身体外，并且可以与例如包括储器、泵之类的外部药物递送装置相配合。在一实施方式中，设备800在区域802处可以电连接至用于供能、分析和/或显示的另一设备。
在根据本发明的一实施方式的自动内分泌胰腺的操作过程中，可以将正极性偏压设置在相对于基准电极的指示电极上。在一实施方式中，该偏压可以介于约0.3V至0.7V之间。在一实施方式中，从贵金属表面处的过氧化氢的氧化中获得流入指示电极的电流，并且该电流与组织中存在的分析物(例如，葡萄糖)的浓度成比例。
根据本发明的一实施方式的设备可以在哺乳动物的多个部位和多种类型的组织中操作。例如，如果放置在皮下组织中，则可以测量皮下间质液中的葡萄糖，并且可以将胰岛素递送至皮下组织。重要的是要理解，在本发明的实施方式中，感测区域可以与药物递送位置分离。例如，如果胰岛素是通过本设备递送的药物，则它可以改变附近处的葡萄糖浓度。通过使葡萄糖从间质液转移到脂细胞(脂肪细胞)内部中，胰岛素从而在脂肪组织中发挥作用(脂肪组织存在于哺乳动物的皮下部位中)。此外，许多胰岛素被吸收入血流中，并由此导致葡萄糖被吸收到遍及身体的细胞中。
由于其将间质中的葡萄糖吸入到细胞中的效应，从而在存在高浓度的局部胰岛素时，间质中的葡萄糖可能会下降至较低的水平。为此，如果非常靠近胰岛素灌注位置测量葡萄糖，则所获得的值可能不能代表全身葡萄糖浓度。事实上，由于在局部递送位置处胰岛素的浓度通常最高，因此所获得的值在一定程度上会低于身体其他部位的葡萄糖浓度。为此，有利的是，感测位置与药物递送位置分离。通常认为，如果胰岛素被灌注入特定位置，则在该位置附近存在低葡萄糖区域。该区域的半径为约6mm～12mm，然而存在个体的差异。因此，在一实施方式中，如果在距离灌注位置至少6mm的位置处，例如至少6mm～12mm，例如至少8mm～10mm的位置处测量葡萄糖，则该葡萄糖浓度可以代表全身外周脂肪中的浓度。在递送相当高比率的胰岛素的情况下，诸如大于12mm或大于15mm的较大间隔距离是有益的。
在本发明的实施方式中，组合的感测和药物递送设备可以在放置于血管中时起作用。在这一位置中，由于胰岛素不在血流中起作用而是在从血流吸收后在组织中起作用，因此无须分离传感器与胰岛素灌注端口。
在一实施方式中，设备的静脉插入位置可以用来感测血液中的乳酸盐，乳酸可以用作灌注不足的指示。如果测得乳酸盐水平较高，则可以采用这种设备来引入流体和/或血液。在一实施方式中，可以在靠近或远离一个或多个药物递送端口感测乳酸盐。
在本发明的一实施方式中，当人受伤(例如在战争、交通事故、枪伤等情况下)时，他或她面临着出血和死亡的危险。在这种情况下，可将根据本发明一实施方式的乳酸盐感测导管插入到表层的血管中。在插入感测导管之后，可以校准导管上的乳酸盐传感器。主治医务人员可以利用任何广泛使用的刺破设备来从人体处(通常从指尖处)获得一滴血。在一实施方式中，可将这滴血放置在设置在乳酸盐测量计(例如，LactatePro带和测量计)中的乳酸感测带上。医务人员可将所得到的乳酸水平输入到电子监控单元(EMU)中，以校准乳酸感测导管。
在一实施方式中，EMU随后将例如每分钟在其显示器上显示连续的或近似连续的乳酸盐读数。在一实施方式中，EMU可以设定有报警水平。例如，在一实施方式中，可以设定当乳酸盐浓度超过限定值(例如2.5mM)时，EMU启动声音警报。在一实施方式中，当乳酸盐传感器(EMU)指示乳酸盐升高时，医务人员可以通过粘附在手指上的乳酸盐计获得确定的值。
在本发明的一实施方式中，当发现乳酸盐浓度升高时，由于患者很可能面临出血性休克，因此医务组必须作出快速反应。患者可能需要进行输血或输液，或者可能需要进行腹部检查操作以排除内出血。根据本发明的实施方式的闭环系统利于快速地检测并修正由血液中升高的乳酸盐水平所表明的灌注不足。
通过观察图9的实施方式可以理解使用所述设备的一种实施方式的方法。在部分A中，组合的传感器/药物灌注导管904的直径为约75微米～300微米，例如为约150微米～225微米。导管904附连到诸如皮肤上的电子模块902等设备上。模块902搁在皮肤910的表面上，从而导管904的末端位于皮下脂肪中。在本发明的一实施方式中，皮肤表面和设备904的深度之间的距离约为4mm～-7mm。然而，在本发明的实施方式中，可以考虑导管相对于皮肤表面的多种进入角度，例如90°或小于90°，例如10°、20°、30°或40°，这将影响设备相对于皮肤表面的刺入深度。在本发明的一实施方式中，为了将感测元件与胰岛素灌注端口分离(由此避免错误地降低分析物的测量值)，设备可以以例如20°～30°的角度脱离(exit)模块。
在图9的部分B中示出了本发明的另一实施方式。在本实施方式中，药物灌注导管906与分析物传感器908分离，并且存在设备可脱离皮肤上的电子模块的两个位置。本实施方式的有利之处在于，导管906可以以更大的距离与分析物感测设备908分离，由此降低测量分析物浓度错误地降低的风险。此外，因此各设备可以比图A示出的组合设备短，这是由于它们在模块中分开在各自的位置处。传感器908可以为中空的或者为实心的。
在一实施方式中，电子模块902具有向金属电极(例如为贵金属)提供连续的极化偏压的部件。此外，模块可以放大安培计信号并且可以处理该数据以达到经过校准的分析物值。可选的是，该信号可以被发送至其中进行处理的外部EMU。模块或EMU均可以显示并存储分析物数据，并且可以用作使用算法的处理器，通过该算法将分析物数据用来确定可变速率的药物递送速率。
在本发明的一实施方式中，存在有将设备插入组织中的若干装置。如果以较高的速率插入，则无须分离的套管针或针来刺入皮肤。可选的是，可将具有尖锐末端的探针放置在中空设备的内腔中。在刺入皮肤和皮下组织之后，探针可以被取出(以使疼痛最小并具有更大的灵活性)或被保留在适当的位置。在实心设备的情况下(例如传感器908可以为实心的)，中空套管针可以围绕传感器设置。在插入到组织中之后，套管针可以被取出至模块壳体902中(如Ward等人的第6,695,860号美国专利“Transcutaneous Sensor Insertion Device”中所教导的那样，该专利的全部内容在于通过参考并入)。
可选的是，套管针如果包括狭缝(例如纵向狭缝)，则无论其是直的或是螺旋的，都可以完全从模块中取出并移开。
通过内腔递送的药物可源自于定位在若干部位中的一个部位处的储器。例如，药物储器可以是模块902的一部分。在另一种实施方式中，药物储器可以位于更远的位置，而在一实施方式中，药物储器接合至泵、注射器、或其它用于递送药物的动力装置。
在其中药物储器远离模块定位的构造中，药物可以来自于商用胰岛素泵，诸如来自于以下公司的胰岛素泵：Medtronic、Smiths Medical、Animas、Sooil、或Nipro。在另一实施方式中，为了制造既能测量葡萄糖又能递送胰岛素的改型设备，葡萄糖传感器可以结合有Insulet OMNIPOD胰岛素递送系统。
在本发明的一实施方式中，一个或多个药物递送位置可以是沿设备定位的、或处于装置端部、或二者兼有的一个或多个端口。在其中药物递送端口沿设备设置的实施方式中，药物可经由设备的近端部而递送至身体中，而对分析物的感测可发生在远离药物递送端口的位于设备更远端的部分处。在其它实施方式中，这些取向可被反向。
在如图10所示的本发明的实施方式中，提供了具有插入设备的组织的横截面图。所述组织包括表皮1010、真皮1012、以及皮下组织1014。设备1008具有感测区域1004，在所述感测区域1004附近或其中还可以是药物递送端口。这一药物递送端口还可以在感测区域1004中，或者相对于感测区域1004处于近端或远端。可选的是，或除了上述之外，可设置有药物递送端口1002。在本发明的实施方式中，可设置插塞1006来盖住设备1008的端部。在本发明的实施方式中，设置有可取下的插塞，或者可选的是，所述设备构造为使所述设备的中空部仅仅部分地在设备中延伸，由此在设备的一个端部有效地形成盖或插塞。
在本发明的一实施方式中，处理器(可位于如结构902等电子模块中)获得分析物数据(如，葡萄糖数据)，计算适当的药物(例如胰岛素)递送速率，并向药物递送泵发送该信息，所述药物递送泵随后通过所述中空结构以适当速率灌注药物。在另一实施方式中，所述处理器通过遥测技术而与传感器和药物递送泵相通信，在这种情况下处理器远离佩戴在身体上的装置定位。
在本发明的一实施方式中，提供了一种设备，该设备具有构造成用于放置在哺乳动物的组织中的中空结构，所述中空结构具有外表面，在所述外表面上设置有能通过产生电流而响应于分析物的浓度的化合物；所述化合物包括感测化合物，而所述中空结构包括内腔，药物能通过所述内腔递送。
在本发明的实施方式中，药物递送速率可部分地基于分析物的浓度。
在本发明的实施方式中，分析物可以是葡萄糖而药物可以是胰岛素。
在本发明的实施方式中，分析物可以是乳酸盐而药物可以是诸如晶体质或胶体质之类的循环容积增容剂。
在本发明的实施方式中，分析物可以是乳酸盐而药物可以是增大心输出量的药物。
在本发明的实施方式中，感测化合物可以是氧化还原酶。
在本发明的实施方式中，中空结构可被构造为插入皮下、静脉内、或腹腔内。
在本发明的一实施方式中，提供了一种设备，该设备具有构造为放置在哺乳动物皮肤上的结构，所述结构连接至至少一个中空的药物递送设备和至少一个分析物传感器，其中每一个构造成穿过皮肤，所述药物递送设备和分析物传感器的出口点在使用中于可能在皮肤表面的位置处彼此分离，所述传感器含有氧化还原酶。
在本发明的实施方式中，药物递送设备和/或传感器可构造为截止在皮下脂肪中。
在本发明的实施方式中，药物递送设备和/或传感器可分别构造为截止在血管中。
在本发明的实施方式中，药物递送设备和分析物传感器的出口点之间分离的距离为约6mm以上。
在本发明的实施方式中，传感器能够测量一种化合物，或至少两种不同的化合物。
在本发明的实施方式中，将设备插入或附连至身体上以测量分析物的方法被提供有在此讨论的特性。在本发明的实施方式中，还提供有使设备具有在此讨论的特性的方法。
尽管为了说明优选实施方式的目的而在此对某些实施方式进行了说明和描述，然而本领域技术人员将理解，在不脱离本发明范围的情况下，可用旨在实现相同目的的多种可选和/或等同实施方式或实现方式来取代所示出和所描述的实施方式。本领域技术人员将易于理解，可以以多种方式具体实现根据本发明的实施方式。本申请旨在覆盖在此讨论的实施方式的任何改型或修改。因此，根据本发明的实施方式显然仅仅由权利要求及其等同物限制。

Claims (22)

1.一种药物递送和分析物传感器相结合的装置，其包括：
中空结构，其构造为放置在哺乳动物的组织中，所述中空结构具有外表面、近端和远端、以及至少一个内腔，所述至少一个内腔提供通道，药物可以通过该通道而递送至哺乳动物；
至少一个指示电极，其设置在所述中空结构的所述外表面的至少一部分上；以及
化合物，其设置在所述至少一个指示电极的至少一部分上，所述化合物响应于分析物的浓度，所述化合物包括感测化合物。
2.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述感测化合物包括氧化还原酶。
3.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述至少一个指示电极中的至少一个以一个或多个环的形式包围所述中空结构。
4.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述至少一个指示电极限定并且覆盖所述中空结构。
5.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述至少一个指示电极中的至少一个包括所述中空结构上的电迹线，所述迹线沿所述中空结构的所述外表面延伸，在所述中空结构的外侧，所述至少一个指示电极中的所述至少一个经由所述迹线电连接至一传感器模块。
6.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述至少一个指示电极中的每一个包含选自由铂、金、银、钯、钽、和碳构成的组中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述中空结构在所述近端结合至药物递送装置。
8.根据权利要求7所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述药物递送装置包括泵或药物储器。
9.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述至少一个内腔包括一个以上的内腔。
10.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述至少一个内腔包括在所述中空结构的所述远端处的药物端口。
11.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述至少一个内腔包括沿所述药物递送和分析物传感器相结合的装置，靠近所述中空结构的所述远端的一个或多个药物端口。
12.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述中空结构的所述远端被封闭。
13.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述中空结构包含金属、聚合物或玻璃。
14.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述中空结构在所述近端处结合至包括发射器的皮上电子模块。
15.根据权利要求14所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述皮上电子模块还包括泵或药物储器。
16.根据权利要求14所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述中空结构以相对于构造为与使用者的皮肤相接触的所述皮上电子模块的下表面成约20°～30°角而脱离所述皮上电子模块。
17.根据权利要求14所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述皮上电子模块还包括在所述皮上电子模块的下表面上的银/氯化银层，所述层构造为与使用者的皮肤接触。
18.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述化合物限定一个或多个感测区域，各感测区域与指示电极相关联。
19.根据权利要求18所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，各感测区域与不同的指示电极相关联。
20.根据权利要求19所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，各感测区域包含不同的感测化合物。
21.根据权利要求1所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述化合物构成一系列的膜层。
22.根据权利要求21所述的药物递送和分析物传感器相结合的装置，其中，所述一系列的膜层包括最里侧的特异性膜层、中间酶层、以及最外侧的选择性渗透膜层。
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