CN107072601A - 葡萄糖传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于测定血液中或组织液中的葡萄糖值的方法，并且涉及一种葡萄糖传感器，该葡萄糖传感器包括：导管(50)，该导管(50)在其远端(52)的区域中具有一个或更多个开口(54)；第一光波导(56)，该第一光波导(56)被布置在所述导管中并且在所述光波导的远端(58)处包括耦合表面(60)；测量探头(62)，该测量探头(62)被布置在所述导管(50)的远端(52)的区域中，并且被耦合到所述第一光波导(56)的耦合表面(60)，并且具有布置成与所述第一光波导的耦合表面相对的镜子(66)以及在所述第一光波导的耦合表面与所述镜子之间的检测室(64)；检测室(64)中的用于葡萄糖的检测液；以及膜，所述膜至少密封填充有检测液的检测室(64)并且具有最大20kDA的分离能力。

Description

葡萄糖传感器
本发明涉及用于测定血液中或组织液中的葡萄糖值，尤其是人或动物体的活体内测定葡萄糖值的葡萄糖传感器以及方法。
在实践中，葡萄糖浓度的测量通常通过葡萄糖的酶促转化并随后检测在转化反应期间释放并与葡萄糖浓度成比例的过氧化氢、或消耗的氧(例如通过颜色变化反应、荧光测量或电化学测定)来间接地进行。为此，例如，首先将血液样品放置在测试条上。基于葡萄糖的酶促转化的这种测量的缺点是其仅能间断地进行，并因此需要经常重复，并且测试条只能使用一次。还存在一种基于葡萄糖的酶促转化的借助于植入的、酶功能化的传感器表面的准连续测量。但是这种传感器的寿命受酶的逐渐消耗的限制。此外，酶的消耗需要每隔一定时间(一天几次)重新调整或校准传感器。最后，这种类型的最佳传感器在相关测量范围内的精度为约50至250mg/dl，平均绝对误差(MARE)小于10％。
DE 10 2009 010 955A1规定了一种用于借助于光谱法测定人血液中的葡萄糖或果糖形式的血糖值的方法和测量装置。提出在人体中植入光学、单片、小型化的光谱仪，所述光谱仪具有测量光纤形式的测量单元并通过其光纤端直接引入人的血流中。测量光纤在其远端处具有不断地被血液冲洗的凹部，并且在其相对的近端处具有连接到导光盘的耦合部位。导光盘与硅盘形成一个单元，在该单元上布置有评估单元。评估单元评估测量数据、存储测量数据或通过遥测技术将该测量数据发送到胰岛素泵或心率监视器以便显示。这种布置记录了人的血流中的散射光的逸出吸收光谱(remitted absorption spectrum)，根据该逸出吸收光谱确定血糖值和/或其它血液值。该方法和测量装置的缺点尤其在于，测量光纤中的凹部形成预定断裂点，并且增加了在患者的不当操作或不小心移动期间测量光纤的末端断裂进入血流并危及患者的风险。另一个缺点是血液中的吸收测量可能受到诸如血细胞在凹部的区域中的累积的其它效应的影响，这将损害葡萄糖检测精度。文献US 2009/0088615A1教导了相同的测量原理。
此外，如在L.Ben Mohamadi等人的文章“A minimally invasive chip basednear infrared sensor for continuous glucose monitoring”(Proc.of SPIE Vol.842784270K-1)中所描述的，已经存在发明人参与的借助测量近红外光谱中的差分吸光度进行的葡萄糖测定的研究。在该方法中，灌流液借助于透析泵通过皮下或静脉内应用的透析针(导管)被泵送穿过半透膜(通常具有20kDa的分离能力)，所述半透膜不能透过血细胞和较大的脂肪或蛋白质分子，但是对于灌注液和葡萄糖可以，葡萄糖是从血液或组织液扩散到灌注液中。将如此获得的样品(分析物)运送到具有红外光源和光敏检测器(GaAs光电二极管)的微流体芯片中，其中，将取决于葡萄糖浓度的NIR吸收的变化与填充有纯液体的参考单元处的参考测量值进行比较。这种所谓的吸收差异测量提供了具有大约5％的平均绝对相对误差(MARE)的测量精度。该测量方法的缺点是(除别的以外)一方面分析物的采样点(即，透析针)与另一方面检测单元之间的较大距离连同灌注液中葡萄糖充分积累所需的灌注液/分析物的低流速。这通常导致从采样到评估的约10分钟的时间延迟。此外，为了在相同的外部(尤其是热)条件下操作测量单元和参考单元，使得任何差异都不会不利地影响测量结果，需要相当大的费用。文献DE 20 2007 019 544U1教导了相同的测量原理。
因此，本发明提出要解决的问题是提供一种用于永久测定血糖值的葡萄糖传感器和方法，使得能够精确并及时地在体内测定血糖值，该血糖值是永久可靠的并且大体不会受外部影响而改变。
该问题通过根据专利权利要求1的葡萄糖传感器和根据权利要求16的方法来解决。
根据本发明的葡萄糖传感器包括：导管，所述导管在其远端的区域中具有一个或更多个开口；第一光波导，所述第一光波导被布置在导管中并在其远端具有耦合表面；测量探头，所述测量探头被布置在导管的远端的区域中并且被耦合到第一光波导的耦合表面，该测量探头具有布置成与第一光波导的耦合表面相对的镜子以及在第一光波导的耦合表面与镜子之间的检测室；检测液，所述检测液用于检测室中的葡萄糖；以及膜，所述膜至少密封填充有检测液的检测室，并且不能渗透细胞或大多数蛋白质，但是对葡萄糖是可渗透的。为此目的，所述膜具有至多20kDa的分离能力。以这种方式，确保了检测室被保护免于血细胞和较大分子(诸如，脂肪，蛋白质和其它)的侵入，而检测液和葡萄糖可以扩散通过该膜。
优选地，所使用的检测液是含电解质的等渗水溶液，以便为了浓度均衡的目的而将通过膜的交换基本上限制到葡萄糖。具体地，所谓的林格液(Ringer solution)将被认为是检测液。
如果检测液中的葡萄糖浓度(例如)最初为零或至少小于体液中的葡萄糖浓度，则首先发生从体液沿检测液的流向的交换。如果探头保持在血流中并且血液中的葡萄糖浓度随时间的推移而降低，则葡萄糖通过膜的扩散将沿相反的方向发生。
具有耦合的测量探头的光波导在下文中也称为测量通道。
因此，根据本发明的方法规定，耦合到第一光波导的耦合表面的测量探头(其包括布置成与第一光波导的耦合表面相对的镜子以及在第一光波导的耦合表面与镜子之间的检测室)包含用于葡萄糖的检测液并被不能渗透细胞和蛋白质但是对葡萄糖可渗透的膜密封，该测量探头与血液或组织液接触，其中，取决于浓度梯度的葡萄糖从血液或组织液扩散到检测液中或从检测液扩散到血液或组织液中，光被耦合到第一光波导中并且通过第一光波导被引导到检测室，在镜子处被反射，并且通过第一光波导返回，同时依赖于检测液中的葡萄糖浓度的光在检测室中被吸收，并且从检测室返回的光的强度被测量。
为此，该装置优选地还包括测量和评估装置，所述测量和评估装置包括耦合到第一光波导并且被设计为测量通过第一光波导从检测室返回的光的强度的检测器。
与前言中首先提及的方法不同，本发明的测量原理不是基于化学反应，而是基于光的吸收。同样如上所述的专利申请DE 10 2009 010 955A1以及文章因此构成了该类别。然而，与本专利申请中提到的不同，吸收测量不直接在血液中发生，而是在与血液分离但通过穿过半透膜的扩散的方式与血液相互作用的测量液中发生。后者基本上从上述文章也是已知的，然而，其中的吸收测量并不直接在与血液或组织液的接触区域中发生，而是在与其相距一段距离处、在人体外部发生，这导致以上说明的问题。本发明第一次使得可以间接通过检测液但直接在身体中测定在血液中或组织液中发生的葡萄糖浓度的变化，并且因此没有所述的负面影响，诸如，血细胞的累积、变化的环境条件或长的测量持续时间，并且因此尤其非常精确。
测量探头被布置在导管的远端的区域中，其中，该测量探头直接在患者的组织或血流中与组织液或血液接触(以下称为术语“体液”)，所述体液渗透到导管中的一个或更多个开口中。在最简单的情况下，开口可以被形成为使得导管被成型为在端面处的开口的套管和/或包括具有穿孔部分的外壁，该穿孔部分在轴向方向上优选被构造成测量探头的高度，并且因此部分地或完全地包围所述测量探头。导管尤其在测量探头的区域中形成用于膜的支撑结构。
在端面处的开口或甚至尖的插管对于长期驻留在身体中更是不利的。因此，优选地，导管在端面处是封闭的。优选地，借助于尖锐的套管或插管将导管插入体内，然后再次移除套管并且将所述导管保留在体内。
如果体液与膜接触，则取决于体液中的葡萄糖浓度，将发生葡萄糖通过膜的扩散控制交换，直到检测液和体液中的葡萄糖浓度基本上相等。(将仅渐进地达到完全均衡)在第一光波导的近端处耦合到第一光波导中的光在第一光波导的远端处经由耦合表面离开所述第一光波导并进入检测室。这里，所述光两次通过其路径上的检测液到达相对定位的镜子，并且从该镜子返回到所述耦合表面。
在近红外光谱中间接通过作为与葡萄糖的相互作用的结果的水的吸收带的偏移来检测葡萄糖。该偏移可以通过在某些特征波长处的吸收测量来记录。已经证明有利的是使用具有波长在800nm和3000nm之间，特别是在大约1000nm至2500nm的泛带区域中的光。然后，衰减的光通过相同的第一光波导被引导返回并且在所述第一光波导的近端处被提供给测量和评估装置的检测器。在这里以已知的方式进行强度测量，由此可以确定检测液或体液中的吸收并从而确定葡萄糖浓度。
为此目的，优选地在光波导的近端处设置有分束器或半透射的镜子，其允许入射光到达光波导并且将引导的光偏转返回到检测器。优选地，使用1x2耦合器。
优选地，测量和评估装置被耦合到参考通道并且被设计为测量参考通道中的光的强度，并将所述光的强度与从检测室通过第一光波导引导返回的光的强度进行比较。在方法方面，本发明的这种修改指定首先分割光束，然后将光的第一部分耦合到第一光波导中，并且将光的第二部分提供至参考通道，其中，对光的第二部分的强度进行测量，并且然后与从检测室引导返回的光的测量强度进行比较。
因此，在参考通道中，发生由光源发射的光的参考测量，使得能够从测量信号直接去掉光强度波动。这种方法在下文称为差值测量。例如在文献DE 10 2004 055 032A1中大体讨论了该差值测量。
特别优选地，提供了在测量探头附近布置在导管中的参考探头以及布置在导管中的在其远端处具有耦合表面的第二光波导，其中，所述参考探头和所述第二光波导形成参考通道，并且所述参考探头被耦合到所述第二光波导的耦合表面。所述参考探头具有与第二光波导的耦合表面相对布置的镜子以及在第二光波导的耦合表面与镜子之间的参考测量室，该参考测量室包含具有恒定葡萄糖浓度的参考介质，并且测量和评估装置包括耦合到第二光波导的检测器。
关于这种设计我们将在下面的“吸收差值测量”中介绍。参考测量室的布局和检测室的布局非常相似，尤其是在它们的几何尺寸方面，它们甚至是相同的。这同样适用于第一光波导和第二光波导。以这种方式，并且此外由于参考探头和测量探头的物理接近，参考通道中和测量通道中的光束路径大部分是相同的。此外，测量条件，尤其是测量探头和参考探头在测量期间所暴露于的热条件，几乎是相同的。因此，测量通道和参考通道中的强度测量的比较能够减少几乎所有的系统误差，并且因此能够进一步明显地提高测量的精度。以这种方式，可以实现不大于5％的平均绝对相对误差(MARE)的测量精度。如果有利地增加所使用的波长数量(即，通过在测量期间使用多个离散波长的光代替具有一个波长的光)，则可以实现进一步的改进。
吸收差值测量可以优选地针对测量通道和参考通道利用两个单独的检测器来执行。尽管也可以针对耦合到测量通道的参考通道使用相同的检测器，但是这需要顺序测量，这违背吸收差测量的某些优点，并且因此将仅结合短时间间隔的脉冲测量来考虑。
参考介质优选基本上是水或水溶液，因为葡萄糖溶解时的吸水率的变化是尤其明显的。为了使参考探头提供尽可能可靠的比较值，尤其优选地将使用相对于测量方法(即，吸收行为)等效的水溶液，并且此外优选地没有葡萄糖、脂肪或蛋白质。因此，除了葡萄糖浓度之外，检测液和参考介质不需要是完全相同成分的溶液，而是足以使它们在测量方法/吸收行为方面具有相同的效果的溶液。
当然，当参考介质和检测介质除了葡萄糖浓度之外是相同的时，这些条件被最佳地满足。因此，根据本发明的有利的实施方式，在参考测量室中在开始使用相同的等渗溶液(例如，所提到的林格液)作为参考介质。那么作为测量的结果，葡萄糖浓度仅在检测室中变化。
葡萄糖传感器的一个有利实施方式指定膜密封在第一光波导的耦合表面与镜子之间填充有检测液的检测室。在这里，“密封”意味着检测室被限定为四周都被界定的体积。检测液不是狭义地密封在其中，因为它通过扩散穿过膜与包围导管的体液进行交换。即使如此，与例如根据DE 20 2007 019 544U1的系统相反，它是具有检测液的物理上有界的体积。该实施方式不需要在循环或永久交换中移动检测液的技术费用。
在该实施方式中，参考探头优选地具有分隔部(partition)，其中，分隔部密封在第二光波导的耦合表面与镜子之间填充有参考介质的参考测量室，并且将参考介质保持在其中。
再一次，这里强调了测量探头和参考探头的非常相似的设计布局，而分隔部在功能上与膜不同，不同之处在于所述分隔部对葡萄糖(也)不是可渗透的，并且尤其优选地对参考介质也不是可渗透的，由此使得参考介质中的葡萄糖浓度保持恒定。因此，在该实施方式中，检测室和参考测量室被流体分离。
针对两个分离的检测室和参考测量室的替代构造要求葡萄糖传感器具有流通道，在所述流通道中布置有参考探头和测量探头并且检测液或参考介质可在其中流动，其中，膜在测量探头的区域中形成流通道的壁部分并且将检测液保持回流通道中。
此外，如此构造的葡萄糖传感器优选地包括输送装置，该输送装置被连接到流通道并且被设计成产生通过流通道的检测液或参考液的流。
在这些情况下，尤其优选地，参考探头和测量探头按照该顺序依次布置在流通道中。
在上述替代构造中，检测液以及参考介质不再被密封在测量探头的检测室或参考探头的参考测量室中。相反，检测室和参考测量室形成开放的测量室，接收通过流通道输送的检测液或参考液的连续流。流通道在参考探头的区域中优选地由布置在导管中的内管形成，并且在测量探头的区域中由布置在导管中的膜形成。当正流动的检测液首先通过参考探头时，其尚未流过膜，并且因此尚未与来自体液的葡萄糖接触。因此，检测液首先拥有具有(直到那一点)恒定的葡萄糖浓度的参考介质的功能性目的。在检测液已经通过参考探头并到达膜的部分之后，发生扩散控制的葡萄糖交换，使得布置在膜的区域中的测量探头与检测液中的改变的葡萄糖浓度接触。下面将借助于示例性实施方式来说明流通道的两种设计构造。
尤其优选地，第一光波导和/或第二光波导包括多模光纤或单模光纤。多模光纤是优选的，因为它不像单模光纤那样限制光功率，并且因此测量灵敏度总体上更好。基本上，第一光波导和/或第二光波导可以由单根光纤或由纤维束形成。
在本文献的意义上的葡萄糖传感器既是指具有或不具有其自身的光源以及同样地具有或不具有其自身的测量和评估装置的单元，即尤其也是指具有波导和测量探头的裸导管。然而，优选地，该葡萄糖传感器包括耦合到第一光波导并且如果存在的话耦合到参考通道的其自身的光源。
参考通道优选地由也为测量通道供给的相同光源供给，因为由此能够大部分消除源侧的光强度波动。
在这种情况下，葡萄糖传感器包括在光源与第一光波导之间挂接的分束器，所述分束器被设计成将光的第一部分耦合到第一光波导中，并将光的第二部分提供给参考通道。
因此，根据本发明的方法指定来自光源的光束首先被分割，然后光的第一部分被耦合到第一光波导，并且光的第二部分被耦合到第二光波导，并且通过该第二光波导将光引导到参考测量室，在镜子上反射，并且通过第二光波导返回，同时根据参考介质中的葡萄糖含量光在参考测量室中被吸收，并且测量从参考测量室返回的光的强度，并与所测量的从检测室返回的光的强度进行比较。
光源，尤其是红外光源，优选地包括LED或多个LED。
下面将参照附图借助于示例性实施方式进一步说明本发明的进一步细节和效果。附图示出了：
图1是在导管中具有光波导并且在导管外部具有单独的参考通道的葡萄糖传感器的第一示例性实施方式；
图2是在导管中具有第一光波导和测量探头以及第二光波导和参考探头的葡萄糖传感器的第二示例性实施方式；
图3是具有测量探头和参考探头的第一实施方式的导管的远端的剖视图；
图4是具有测量探头和参考探头的第二实施方式的导管的远端的剖视图；
图5是具有测量探头和参考探头的不同的布置的导管的远端的剖视图。
根据图1的本发明的葡萄糖传感器的示例性实施方式包括具有远端12的导管10，该远端12成形为针尖或套管并且在其前端具有开口14。在导管10中布置有光波导16，该光波导16在其远端18处具有耦合表面20。此外，在导管10的远端12的区域中布置有测量探头22，该测量探头22被光学耦合到光波导16的耦合表面20。测量探头22包括填充有用于葡萄糖的检测液的检测室24和布置成面向耦合表面20的镜子26。细节将在下面借助图3至图5来说明。
这种形式的葡萄糖传感器可以皮下注射或注射到人的血流中，由此血液或组织液凭借毛细作用力通过端部开口14渗透到导管10的腔中，并在那里与测量探头22接触。
此外，图1示意性地简化示出了壳体28，光源30以及测量和评估装置都被组装在该壳体28中。测量和评估装置的部件包括耦合到光波导10的检测器32以及未示出的电子读取单元。这被设计为测量通过光波导10从检测室24返回的光的强度，并且可选地设计为显示它或者将其作为控制信号输出，例如，用于连接的胰岛素泵。
由光束34指示的光在光波导16内沿与其到达测量探头22的相同路径返回。因此，返回光束必须在分光器36或者单侧或部分透明的镜子处偏转并引至检测器32。
此外，在壳体28中示出了完全独立的参考通道38，该参考通道38包括其自身的光源40和其自己的检测器42。该简单实施方式中的参考通道仅用于检测电源电压或环境条件(尤其是电子器件的温度)中的任何波动，并且通过将参考信号与测量信号进行比较(优选地从测量信号中减去该参考信号)来消除它们对测量信号的影响。当然，这仅是用于监测系统误差的各种选择之一。例如，当参考通道38和测量通道使用公共光源时，出现对系统误差的更精确的监测，其光束在进入光波导之前被分割并与参考通道的检测器协调。图2的示例性实施方式示出了进一步改进的参考测量。
图2的葡萄糖传感器包括具有成形为针尖或套管的远端52的导管50，在该导管50的末端处再次具有开口54。在导管50中布置有第一光波导56，在该光波导56的远端58处设置有用于将光耦合到测量探头62中的耦合表面60。如前述示例中的测量探头62包括在耦合表面60与面对该耦合表面布置的镜子66之间的检测室64，并且该检测室64包含(至少在测量期间)用于体液中的葡萄糖的检测液。
与图1中的示例相反，该葡萄糖传感器在导管50中还包括第二光波导70，在该第二光波导70的远端72处具有耦合表面74，参考探头76被光耦合到该耦合表面74。参考探头76包括与第二光波导70的耦合表面74相对设置的镜子78以及在耦合表面74与镜子78之间的参考测量室80，该参考测量室80填充有具有恒定葡萄糖浓度的参考介质。第二光波导70和参考探头76在这里形成参考通道。
此外，该示例性实施方式中的葡萄糖传感器在示意性地示出的壳体82中包括光源84，该光源84向测量探头62和参考探头76二者提供光。为此目的，由光源84发射的光借助于分束器86被分成两个光束，其中一个光束被耦合到第一光波导56中，一个光束被耦合到第二光波导70中。从测量探头62通过第一光波导50返回的光借助于另一个分束器88或者单侧或部分透明镜子到达同样存在于壳体82中的测量和评估装置的第一检测器90。类似地，从参考探头76经由第二光波导70返回的光通过第三分束器92偏转，并引至测量和评估装置的第二检测器94。
与图1的示例性实施方式相比，参考信道的测量条件变得甚至更类似于测量信道的测量条件。这主要是由于测量探头62和参考探头76之间的物理接近(它们都位于导管50的远端52的区域中)以及从测量和评估装置和到测量和评估装置大体相同的光导向。此外，还由于两个通道使用相同的光源84而产生相同的条件。作为结果，通过将测量信号与参考信号进行比较并从测量信号中减去参考信号，可以消除在源处引起的光强度的波动，并且可以避免测量期间的物理条件的差异(温度差)。
图3是导管100在其远端102的区域中的更详细的表示。作为示例，该实施方式包括圆形导管尖端103。导管具有以导管壁的外围穿孔的形式的多个开口104，体液可以通过所述开口104进入导管的腔132中。导管在所希望位置处被插入体内，优选借助于中空针，并然后将中空针抽出。
如结合图2的示例性实施方式所说明的，在导管中布置有第一光波导108和第二光波导112，所述第一光波导108具有光耦合到其端侧耦合表面109的测量探头110，所述第二光波导112具有光耦合到其端侧耦合表面113的参考探头114。测量探头110转而包括填充有用于葡萄糖的检测液的检测室115以及布置成与耦合表面109相对的镜子116。该镜子116在这里例如被形成为一条光纤118的镜像表面。
该实施方式中的检测室115由膜120围绕其周边来界定，所述膜120对于葡萄糖是可渗透的，而对于细胞和大多数蛋白质是不可渗透的。膜的一部分通过支撑元件121围绕其周边来密封，支撑元件121在膜上赋予必要的机械稳定性，并将镜子116和耦合表面109保持在限定的距离处。支撑元件121可以由刚性金属或塑料管形成，该支撑元件121在至少一个部分上被穿孔以用于葡萄糖交换。支撑元件121与膜120一起在一个轴向端处被连接到光波导108，并且在另一个轴向端处被连接到光纤段118，而在两个端处的接头122也都形成用于检测室115的密封。为此目的，支撑元件121和膜120可以例如借助于有机硅粘合剂流体密封地粘合到光波导108和光纤段118。
参考探头114的结构设计是相同的。这也包括空腔、参考测量室124以及布置成与第二光波导112的耦合表面113相对的镜子126，该镜子126同样由单侧镜像的玻璃光纤128形成。在耦合表面113与镜子126之间形成的参考测量室124由分隔部130密封，该分隔部130包封位于其中的参考介质，并且将其与导管尖端102中的腔132中的周围体液完全分离，使得在参考测量室124与腔132之间不会发生葡萄糖、检测液或其它物质的交换。这里的分隔部同样设计有位于内侧的膜以及在其周边围绕膜的加强支撑元件。但是这里的支撑元件被成型为用于密封的目的的周向密封的管。基本上，参考探头不需要膜，因为不需要渗透性。但是为了在参考探头114和测量探头110中创建相同的条件，尤其是相同的热条件，大体相同的设计是优选的。在这种情况下，光波导112以及形成镜子126的光纤段128在接头122的区域中流体密封地被粘合到管状或软管状的分隔部分130中。
如果注射导管100的针状远端102，则体液通过开口104和106进入导管的腔132中，并且与测量探头110的膜120以及参考探头114的分隔部130接触。以这种方式，测量探头和参考探头它们自身处于相同的热水平。然而，葡萄糖仅能通过膜120进入检测室115，其中，由于耦合的光的吸收而发生强度损失，这可以利用图2的先前表示的测量和评估装置来检测，并与参考通道的测量结果进行比较。
图4示出了导管150在其远端152的区域中的第二构造，其针状尖端具有与前述示例性实施方式相同的形状以及开口。葡萄糖传感器还包括在其远端处具有耦合表面159的第一光波导158，测量探头160以上述方式被耦合到该耦合表面159。第二光波导162同样具有耦合表面163，其中，参考探头164被耦合到该耦合表面163。
然而，与先前描述的示例性实施方式相比，检测室165和参考测量室174不是单独密封的，而是成型为具有开放的壁，使得可以发生参考介质或检测液的交换(下文中统称为术语灌注液)。这以受控的方式进行，因为设置了围绕第二光波导162和参考探头164并且在其远端182处开口的内管180。此外，内管180与第一光波导158和测量探头160一起被半透膜184包围，该半透膜184将导管150的内部分割为内部腔186和外部腔188，该内部腔186对灌注液密闭但是对葡萄糖开放。内管180在压力侧在其近端(未示出)被附接到输送装置(未示出)。膜184内部的内部腔186被连接到输送装置的吸入侧。输送装置被设计成输送灌注液并且产生灌注液流通过内管180进入内部腔186，如流箭头190所示。因此，内管180与膜184一起形成流通道，其中布置有参考探头164以及下游的测量探头160。这确保参考探头168浸入具有恒定葡萄糖浓度的参考介质中，然后所述介质进入内部腔186，在那里其借助扩散控制通过膜184吸收或释放葡萄糖。然后其与测量探头160接触，其中，可以根据葡萄糖来检测光的不同吸收。
图5的构造在功能方面类似于图4的构造，因为这里也构造了流通道。然而，设计手段不同。首先，在导管200中在其远端202的区域中还设置具有耦合到该导管200的测量探头210的第一光波导208和具有耦合到该导管200的参考探头214的第二光波导212。类似地，在该示例性实施方式中，测量探头210和参考探头214被构造有开口壁。第二光波导212和参考探头214再一次被内管230包围。主要的设计差异在于，半透膜234被不漏流体地粘合到内管230，如接头235所示，并且以基本相同的横截面继续内管230的流通道。半透膜234被制成管或软管。这次，其仅包围测量单元210，而不包围内管。
如前所述，内管230可以在压力侧处并且膜234可以在吸入侧处连接到输送装置。因此，灌注液可以利用流240从参考探头214输送到测量探头210。因此，这里也确保首先参考探头214与具有恒定葡萄糖浓度的参考介质接触，并且仅在摄取葡萄糖之后才与测量探头210接触。
在测量探头210的下游，膜234可以以未示出的方式被引入完全不漏流体的第二内管中，因为在那里针对葡萄糖不再需要任何渗透性。在所有实施方式中，第一内管和(如果存在)第二内管以及导管优选地由精炼钢、过渡金属(诸如，钛)、贵金属或塑料制成。
附图标记列表
10 导管
12 导管的远端
14 导管的开口
16 第一光波导
18 第一光波导的远端
20 第一光波导的耦合表面
22 测量探头
24 检测室
26 镜子
28 壳体
30 光源
32 检测器
34 光束
36 分束器
38 参考通道
40 光源
42 参考检测器
50 导管
52 导管的远端
54 导管的开口
56 第一光波导
58 第一光波导的远端
60 第一光波导的耦合表面
62 测量探头
64 检测室
66 镜子
70 第二光波导
72 第二光波导的远端
74 第二光波导的耦合表面
76 参考探头
78 镜子
80 参考测量室
82 壳体
84 光源
86 分束器
88 分束器
90 检测器
92 分束器
94 检测器
100 导管
102 远端
103 圆形导管尖端
104 开口
108 第一光波导
109 第一光波导的耦合表面
110 测量探头
112 第二光波导
113 第二光波导的耦合表面
114 参考探头
115 检测室
116 镜子
118 光纤段
120 膜
121 支撑元件
122 接头
124 参考测量室
126 镜子
128 光纤段
130 分隔部
132 导管的内腔
150 导管
152 导管的远端
158 第一光波导
159 第一光波导的耦合表面
160 测量探头
165 检测室
162 第二光波导
163 第二光波导的耦合表面
164 参考探头
174 参考测量室
180 内管
182 内管的远端
184 膜
186 内腔
188 外腔
190 流方向
200 导管
202 导管的远端
208 第一光波导
210 测量探头
212 第二光波导
214 参考探头
230 内管
234 膜
235 接头
240 流方向

Claims (18)

1.一种葡萄糖传感器，所述葡萄糖传感器具有：
导管(10、50、100、150、200)，所述导管(10、50、100、150、200)在其远端(12、52、102、152、202)的区域中具有一个或更多个开口(14、54、104、106)；
第一光波导(16、56、108、158、208)，所述第一光波导(16、56、108、158、208)被布置在所述导管中，并且在其远端(18、58)具有耦合表面(20、60、109、159)；
测量探头(22、62、110、160、210)，所述测量探头(22、62、110、160、210)被布置在所述导管(10、50、100、150、200)的所述远端(12、52、102、152、202)的区域中，并且被耦合到所述第一光波导(16、56、108、158、208)的所述耦合表面(20、60、109、159)，并且具有布置成与所述第一光波导的所述耦合表面相对的镜子(26、66、116)以及在所述第一光波导的所述耦合表面与所述镜子之间的检测室(24、64、115、165)；
所述检测室(24、64、115、165)中的用于葡萄糖的检测液；
膜(120、184、234)，所述膜(120、184、234)至少密封填充有所述检测液的所述检测室(24、64、115、165)并且具有最大20kDa的分离能力。
2.根据权利要求1所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，测量和评估装置，所述测量和评估装置包括检测器(32、90)，该检测器耦合到所述第一光波导(16、56、108、158、208)并且被设计成测量通过所述第一光波导从所述检测室(24、64、115、165)返回的光的强度。
3.根据权利要求2所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，所述测量和评估装置被耦合到参考通道(38)并且被设计成测量所述参考通道中的光的强度，并将该光的强度与通过所述第一光波导(16、56、108、158、208)从所述检测室(24、64、115、165)返回的所述光的强度进行比较。
4.根据权利要求3所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，参考探头(76、114、164、214)，所述参考探头(76、114、164、214)在所述测量探头(22、62、110、160、210)的附近被布置在所述导管中，以及
第二光波导(70、112、162、212)，所述第二光波导(70、112、162、212)被布置在所述导管(50、100、150、200)中，并且在其远端(72)具有耦合表面(74、113、163、213)，
其中，所述参考探头(76、114、164、214)和所述第二光波导(70、112、162、212)形成所述参考通道，并且所述参考探头被耦合到所述第二光波导的所述耦合表面(74、113、163、213)，并且包括被布置成与所述第二光波导的所述耦合表面相对的镜子(78、126)以及在所述第二光波导的所述耦合表面与所述镜子之间的具有恒定葡萄糖浓度的参考测量室(80,124,174)，
并且其中，所述测量和评估装置包括耦合到所述第二光波导(70、112、162、212)的检测器(94)。
5.根据权利要求4所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，所述参考介质是水或水溶液。
6.根据前述权利要求中的一项所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，所述膜(120、184、234)密封在所述第一光波导(16、56、108、158、208)的所述耦合表面(20、60、109、159)与所述镜子(26、66、116)之间填充有所述检测液的所述检测室(24、64、115、165)。
7.根据权利要求4至6中的一项所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，所述参考探头(76、114、164、214)包括分隔部(130)，其中，所述分隔部密封在所述第二光波导(70、112、162、212)的所述耦合表面(74、113、163、213)与所述镜子(78、126)之间填充有所述参考介质的所述参考测量室(80、124、174)，并将所述参考介质保持在其中。
8.根据权利要求4所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，流通道，在所述流通道中布置有所述参考探头(76、114、162、212)和所述测量探头(22、62、110、160、210)，并且所述流通道能够接收所述检测液或所述参考介质的流，
其中，所述膜(120、184、234)在所述测量探头(22、62、110、160、210)的区域中形成所述流通道的壁部，并将所述检测液保持在所述流通道中。
9.根据权利要求8所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，输送装置，所述输送装置被连接到所述流通道并且被设计成产生通过所述流通道的所述检测液或所述参考液的流。
10.根据权利要求9所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，首先所述参考探头(76、114、164、214)并且然后所述测量探头(22、62、110、160、210)沿流方向依次布置在所述流通道中。
11.根据前述权利要求中的一项所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，所述第一光波导以及如果存在的话所述第二光波导(16、56、70、108、112、158、162、208、212)是多模光纤。
12.根据前述权利要求中的一项所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，光源(30、84)，所述光源(30、84)被耦合到所述第一光波导(16、56、108、158、208)并且如果存在的话，被耦合到所述参考通道。
13.根据权利要求12所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，分束器(86)，所述分束器(86)被挂接在所述光源(30、84)与所述第一光波导(16、56、108、158、208)之间，所述分束器(86)被设计成将所述光的第一部分耦合到所述第一光波导(16、56、108、158、208)中，并将所述光的第二部分提供给所述参考通道。
14.根据权利要求12或13所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，所述光源(30、84)是红外光源。
15.根据权利要求12至14中的一项所述的葡萄糖传感器，
其特征在于，所述光源(30、84)包括LED或多个LED。
16.一种用于测定血液中或组织液中的葡萄糖值的方法，其中，
耦合到第一光波导的耦合表面的测量探头包括布置成与所述第一光波导的所述耦合表面相对的镜子以及在所述第一光波导的所述耦合表面与所述镜子之间的检测室，所述检测室包含用于葡萄糖的检测液并被具有最大20kDa的分离能力的膜密封，并被使得与所述血液或所述组织液接触，其中，取决于浓度梯度的所述葡萄糖从所述血液或所述组织液扩散到所述检测液中或从所述检测液扩散到所述血液或所述组织液中，
光被耦合到所述第一光波导中并且通过所述第一光波导被引导到所述检测室，在所述镜子处被反射，并通过所述第一光波导返回，同时，光根据所述检测液中的葡萄糖浓度在所述检测室中被吸收，以及
从所述检测室返回的光的强度被测量。
17.根据权利要求16所述的方法，
其特征在于，首先分割光束，然后将所述光的第一部分耦合到所述第一光波导中，并且将所述光的第二部分提供给参考通道，其中，所述光的所述第二部分的强度被测量，然后将所述光的所述第二部分的强度与所测量的从所述检测室返回的光的强度进行比较。
18.根据权利要求17所述的方法，
其特征在于，所述参考通道具有带有耦合表面的第二光波导以及在所述测量探头附近的参考探头，所述参考探头被耦合到所述第二光波导的所述耦合表面，并且包括被布置成与所述第二光波导的所述耦合表面相对的镜子以及在所述第二光波导的所述耦合表面与所述镜子之间的包含具有恒定葡萄糖浓度的参考介质的参考测量室，
所述光的所述第二部分被耦合到所述第二光波导中并且通过所述第二光波导被引导到所述参考测量室，在所述镜子处被反射，并且通过所述第二光波导返回，同时光根据所述参考介质中的所述葡萄糖浓度在所述参考测量室中被吸收，并且
从所述参考测量室返回的所述光的强度被测量，并与所测量的从所述检测室返回光的强度进行比较。
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