DE10020352A1 - Implantierbares Blutzuckermessgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein implantierbares Blutzuckermessgerät für die klinische Kontrolle, bzw. die Selbstkontrolle des Diabetes-Patienten. Das Gerät erlaubt eine sehr häufige quasi kontinuierliche Bestimmung des Blutzuckers. Es kann gegebenenfalls für die Steuerung einer Insulinpumpe eingesetzt werden. Dieses Meßinstrument benutzt optische, photochemische, photoelektronische oder elektronische Sensor zur Bestimmung der Glucosekonzentration im Blut, bzw. in der ISF des Patienten. Das Gerät gewinnt Blut und/oder ISF und vermischt diese mit einem Reaktionsmedium, beispielweise dem Enzym Glucoseoxidase. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung könnte das Blut oder die ISF zunächst dialysieren, bevor es zur Vermischung mit dem Reaktionsmedium kommt. Das Reaktionsgemisch wird anschließend über einen optischen, photochemischen oder elektronischen Sensor ausgewertet. Jede Reaktionskammer kann nur einmal für eine Messung verwendet werden. Die hohe Anzahl der Reaktionskammern und Sensoren erlaubt eine sehr häufige, quasi kontinuierliche Messung beispielsweise im Minutentakt. Die Meßergebnisse werden mit Hilfe eines Induktions­ verfahrens und/oder über Funksignale drahtlos zu einer außerhalb des Körpers befindlichen Gegenstation übertragen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung gewinnt das Gerät mittels kleiner Poren an der Oberfläche des Implantats, die nur für Moleküle einer definierten Größe passierbar sind, eine glucosehaltige Dialyseflüssigkeit aus dem Zellgewebe oder dem Blutkreislauf. Unterhalb der Oberflächenporen sind Aktoren angebracht, die die Dialyseflüssigkeit ansaugen und auf eine Reaktionskammer schleudern, welche beispielsweise mit Glucoseoxidase befüllt ist. Die Aktoren sind vorteilhafterweise als Piezoaktoren ausgeführt, die Reaktionskammern können beispielsweise nach dem Verfahren des Electroforming, der LIGA-Technik oder mittels Elektronenstrahl-Schweißens erzeugt werden. Die Befüllung der Reaktionskammern mit dem Reaktionsmedium kann beispielsweise mittels Pipettier-Roboter durchgeführt werden. Ein vorteilhaftes Verfahren zur Befüllung der Kammern könnte auch das Kapseln der Reaktionsmedien in einseitig durchgängigen Membranen sein, die anschließend über dem Wafer ausgerollt und somit in die Kammern eingebracht werden.

In der Reaktionskammer reagiert die in der Dialyseflüssigkeit enthaltene Glucose mit dem Reaktionsmedium, beispielsweise Glucoseoxidase. In dem hier geschilderten Beispiel setzt das Reaktionsenzym im Laufe der Reaktion einen Farbstoff frei, der zuvor chemisch an das Enzym gebunden wurde. Die Menge der in der Dialyseflüssigkeit enthaltenen Glucose definiert den Farbumschlag in der Reaktionskammer, welcher durch den an das Reaktionsenzym gebundenen Farbindikator erzeugt wird.

Alternativ können auch synthetisch erzeugte Glucose-Imprints oder andere geeignete Reaktionsmedien verwendet werden. Für die Auswertung stehen neben optischen Verfahren auch photochemische und elektronische Verfahren zur Verfügung.

Blutzuckermeßgeräte zur Selbstkontrolle sind aus einer Vielzahl von Patentanmeldungen bekannt. Bei den Geräten der genannten Art wird versucht, aus einem Tropfen Vollblut, der auf einen Teststreifen aufgetragen wird, eine Bestimmung der Glucosekonzentration vorzunehmen. Hierzu sticht sich der Patient mit Hilfe einer feinen Lanzette und gewinnt so einen Tropfen Kapillarblut. Die Blutgewinnung erfolgt zumeist aus der Fingerkuppe. Der Blutstropfen wird auf einen Teststreifen aufgetragen, auf dem ein Reaktionsenzym, in diesem Fall Glucoseoxidase, enthalten ist. Die Reaktion zwischen Blutglucose und Enzym kann photo-chemisch, bzw. optisch durch den Farbumschlag eines beigefügten Indiktors gemessen werden.

Alternativ kann ein Zerfallsprodukt dieser Reaktion, in diesem Fall Wasserstoffperoxid, welches an einer Elektrode einen definierten Stromfluß erzeugt, elektronisch gemessen werden. Die Höhe des Stromflusses erlaubt dann eine Bestimmung des Glucosewertes.

Unabhängig vom gewählten Verfahren liegt der Meßbereich dieser Geräte gewöhnlich bei 20 bis 600 mg/dl, bzw. 1,1 bis 33,3 mmol/l. Die erzielbare Genauigkeit dieser portablen Geräte gegenüber einer Labormessung, die zumeist mit Hilfe der Hexokinase-Methode erfolgt, liegt bei ca. 10 bis 15 Prozent.

Die heute verwendeten Geräte sind für den Patienten aus mehreren Gründen nachteilig:
Der Blutzuckerspiegel eines Diabetes-Patienten unterliegt im Tagesverlauf starken Schwankungen. Die wenigen im Tagesverlauf durchgeführten Messungen (normalerweise zwischen 2 und 7 Messungen pro Tag) liefern viel zu wenig Datenpunkte, um eine Einschätzung des Verlaufs der hyper- und hypoglykämischen Phasen zu erhalten. Die Folge sind langanhaltende Überzuckerungen oder versehentliche Unterzuckerungen durch falsche Dosierung der Insulinmenge.

Häufige Überzuckerungen führen zu Langzeitschäden wie Sehstörungen, Gefäßerkrankungen und Nekrosen, sowie einem erheblich gesteigerten Herzinfarkt- und Schlaganfallsrisiko. Bei starker Unterzuckerung fällt der Patient in ein lebensbedrohliches Koma.

Darüber hinaus ist die mehrfache Messung am Tag für den Patienten schmerzhaft und umständlich. Für jede Messung muß ein Blutstropfen durch Einstich in die Fingerkuppe oder das Ohrläppchen gewonnen werden. Der Patient muß ständig ein Etui mit vielen verschiedenen Utensilien mit sich führen. Hierzu zählen das Meßgerät, eine Dose mit Teststreifen, ein Vorrat an Glucoseflüssigkeit zur Kalibrierung und Überprüfung der Meßgenauigkeit, Stechlanzetten und ein Stechhilfegerät. Darüber hinaus müssen nahezu alle heute erhältlichen Geräte zunächst auf die jeweilige Produktionscharge der Teststreifen durch Eingabe eines Codes eingestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angesprochenen Probleme zu lösen.

Dies geschieht dadurch, daß dem Patienten ein Sensor in das Fettgewebe unter die Haut oder unmittelbar in den Blutkreislauf eingesetzt wird. Der Sensor würde vorteilhafterweise in der Leistengegend durch einen ca. 1,5 bis 2 cm langen Schnitt eingeschoben werden. Dieser Eingriff kann ambulant durchgeführt werden. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung würde Aktoren, Reaktionskammern, Meßsystem, Prozessor, Sender und Stromversorgung so miniaturisieren, daß das Gerät etwa die Größe und Form moderner Herzschrittmacher erreichen würde.

Beispielsweise könnte das Gerät zusätzlich mit einem Anticoagulant oder einer anderen geeigneten Oberfläche beschichtet werden, um eine Kapselbildung im Fettgewebe, bzw. eine Stehnosenbildung im Blutkreislauf zu vermeiden.

Das Gerät erlaubt eine quasi kontinuierliche Bestimmung des Glucosegehaltes des Blutes bzw. der ISF und erlaubt eine unmittelbare Warnung bei Entgleisung des Blutzuckerspiegels. Durch die miniaturisierte Ausführung der Reaktionskammern und der dazugehörigen Sensoren kann eine hohe Anzahl der Reaktionskammern in dem Gerät untergebracht werden. Da jede Reaktionskammer nur einmal für eine Messung verwendet werden kann, ist die Anzahl der Kammern ausschlaggebend für Langlebigkeit des Implantats und Häufigkeit der Messungen. So ist bei entsprechender baulicher Ausführung eine Messung im Abstand weniger Minuten bei gleichzeitiger mehrjähriger Verweildauer des Implantats im Körper des Patienten möglich. Dies stellt eine dramatisch verbesserte Diagnostik und damit eine wesentlich wirksamere Diabetes-Therapie als in der Vergangenheit dar. Langzeitschäden wie Lähmungen, Amputationen, Nierenversagen, Wundheilungsstörungen und Erblindung werden vermieden.

Das Implantat wird vorteilhafterweise durch eine Batterie versorgt. Alternativ kann Energie auch mittels eines Induktionsfeldes von außerhalb des Körpers in das Gerät gespeist werden.

Das Implantat überträgt die ermittelten Blutzuckerwerte mittels eines Funksignals oder eines anderen geeigneten Verfahrens an eine außerhalb des Körpers befindliche Gegenstation, welche beispielsweise die Meßdaten speichert, Warnsignale bei Überschreiten von Grenzwerten gibt und Kurvenverläufe anzeigt. Die Gegenstation ist portabel ausgeführt, so daß der Patient sie immer mit sich führen kann.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Implantats erläutert.

Fig. 1 stellt eine schematische Darstellung des Implantats gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Die Poren im Gehäuse werden vorteilhafterweise mit Hilfe des Elektronenstrahlschweiß-Verfahrens eingebracht. Das Gerät beinhaltet beispielsweise folgende Komponenten/Merkmale:

• - Titan-Gehäuse (a)
• - Mikroporen (b)
• - Piezoaktoren (c)
• - Reaktionskammern-Wafer (d)
• - Reaktionsenzym (e)
• - Wafer mit optischen Emittern/Sensoren (f)
• - Prozessor (g)
• - Niederfrequenz-Sender als ASIC ausgeführt (h)
• - Batterie (i)

Eine vorteilhafte Ausführung des Gerätes würde zusätzlich die Möglichkeit einer Vorwärts/Rückwärtsschaltung der Piezoaktoren zur Reinigung der Mikroporen bieten.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Auslegung der Mikroporen und der Piezoaktoren zur Beschickung der Reaktionskammer.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die Auslegung der Reaktionskammer und der optischen Sensoren.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung möglicher Implantationsstellen und des Zusammenwirkens von Implantat (a) und Gegengerät (b).

Claims (3)

1. Blutzuckermessgerät auf der Basis photochemischer, optischer oder elektronischer Meßverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Implantat Blut und/oder interzellulärer Flüssigkeit gewinnt, mit einem geeigneten Reaktionsmedium vermischt und das Gemisch mit Hilfe optischer, photochemischer oder elektronischer Sensoren hinsichtlich der Glucosekonzentration auswertet. Das Gerät verfügt über eine hohe Anzahl von Reaktionskammern und dazugehörigen Sensoreinheiten, die jeweils nur für eine Messung verwendet werden. Durch die Vielzahl der Reaktionskammern ist eine häufige, quasi kontinuierliche Messung bei gleichzeitig langer Verweildauer des Implantats im Körper möglich. Die Meßergebnisse werden anschließend mit Hilfe eines Funksignals oder über ein Induktionsfeld drahtlos an eine Gegenstation außerhalb des Körpers übertragen.

2. Blutzuckermessgerät auf der Basis photochemischer, optischer oder elektronischer Meßverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Implantat glucosehaltige Dialyseflüssigkeit aus Blut und/oder interzellulärer Flüssigkeit gewinnt, mit Glucoseoxidase vermischt und das Gemisch mit Hilfe optischer, photochemischer oder elektronischer Sensoren hinsichtlich der Glucosekonzentration auswertet. Das Gerät verfügt über eine hohe Anzahl von Reaktionskammern und dazugehörigen Sensoreinheiten, die jeweils nur für eine Messung verwendet werden. Durch die Vielzahl der Reaktionskammern ist eine häufige, quasi kontinuierliche Messung bei gleichzeitig langer Verweildauer des Implantats im Körper möglich. Die Meßergebnisse werden anschließend mit Hilfe eines Funksignals oder über ein Induktionsfeld drahtlos an eine Gegenstation außerhalb des Körpers übertragen.

3. Blutzuckermeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät eine Vorwärts/Rückwärts-Schaltung der Aktoren zum Reinigen seiner Eintrittsöffnungen besitzt.