KR20100095000A

KR20100095000A - 신속한 혈액 압착 및 샘플링

Info

Publication number: KR20100095000A
Application number: KR1020107014319A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 웡; 폴 파텔
Original assignee: 에프. 호프만-라 로슈 아게
Priority date: 2008-01-28
Filing date: 2009-01-23
Publication date: 2010-08-27
Also published as: SG187527A1; HK1152633A1; CA2711573C; BRPI0906665B1; KR20100103647A; BRPI0906665A2; MX2010007680A; JP5509096B2; WO2009095184A1; US7766846B2; JP2011510699A; EP2234536B1; KR20120082954A; CA2713211A1; EP2237717B1; CN101938936A; US20090192409A1; CN102088897A; KR101178746B1; US20110125059A1

Abstract

체액을 수용하기 위한 수집 영역을 구비하는 피부 찌름 요소를 포함하는 체액 샘플링 장치로서, 이 체액 샘플링 장치는, 수집 영역으로부터 멀리 떨어져 있어 수집 영역의 체액이 초기에 접촉하지 않는 체액 수용 수단을 더 포함한다. 수집 영역은 0.5 초 미만의 매우 짧은 시간에 약 10 nℓ 내지 500 nℓ 의 매우 작은 용적의 체액을 취한다. 체액 수용 수단은 분석적인 반응을 실행하기 위한 시험 영역을 가질 수도 있다. 수집 영역으로부터의 체액 샘플은 체액이 시험 영역과 접촉되도록 체액 수용 수단에 자동으로 또는 수동으로 전달된다.

Description

신속한 혈액 압착 및 샘플링{RAPID BLOOD EXPRESSION AND SAMPLING}

본 발명은 일반적으로 체액의 수집 및 분석 분야에 관한 것이다.

혈당, 콜레스테롤 등을 위한 것과 같은 휴대용 혈액 시험 장치가 그 향상된 편리성으로 인해 홈 진단, 의학, 및/또는 수의 환경에서 대중적으로 늘어나고 있다. 휴대 시험에서의 한가지 중요한 결점은 체액 샘플을 수집하기 위해 피부를 랜싱 (lancing) 하는 것과 관련된 고통이다. 고통은 더 얕은 깊이로 피부를 관통함으로써 감소될 수 있지만, 전형적으로 더 적은 혈액 및/또는 간질액이 생산된다. 홈 진단 시장에서, 소비자는 하루하루의 활동을 최소한으로 방해하도록 시험이 고통없고, 편리하며, 짧기를 원한다. 현재의 시장에서는, 체액 샘플을 생산하고 분석하기 위해 별도의 란셋 및 시험 스트립이 사용되는 비통합형 (non-integrated) 시험 제품이 우위를 차지하고 있다.

그러나, 성공적인 시험을 보장하기 위해서, 이런 비통합형 접근법은 일반적으로 비교적 큰 샘플 용적을 요구하며, 따라서 이 비통합형 접근법은 고통스럽게 깊은 절개부를 필요로 한다. 포함된 별도의 단계의 수로 인해, 이런 비통합형 시스템은 그다지 편리하지 않으며 성공적인 시험을 실행하기 위해 상당한 시간을 필요로한다.

랜싱, 체액 수집, 및 샘플 분석 단계가 단일 유닛 내에서 거의 동시에 나타나도록 시험 스트립과 같은 시험 수단과 어떤 유형의 란셋 또는 니들을 통합하는 통합형 일회용품 (disposable) 이 제안되었다. 통합형 일회용품은 더 편리하고 더 얕은 관통 깊이에서 더 적은 혈액 샘플을 수집할 수 있고, 통합형 일회용품은 많은 요인으로 인해 이제 상업적인 성공을 달성해야 한다. 상업적으로 성공적인 통합형 일회용품은 몇몇 요인으로 인해 실행되지 않았다. 한가지 주요 요인은 통합형 일회용품의 통용되는 배치 (batch) 의 낮은 시험 성공률이다. 통용되는 시험 방법론이 별도의 란셋 및 시험 스트립을 사용한다. 전통적인 시험에서, 란셋은 피부를 찌르기 위해 사용되고, 혈액의 방울이 피부에 형성될 때, 별도의 시험 스트립이 샘플을 수집 및 분석하기 위해 사용된다. 이런 통용되는 방법론에 관하여, 단계 중 하나가 문제가 있는 것으로 입증되는 경우, 전체 절차를 중단할 필요 없이 유용한 시험이 달성될 수 있도록 다른 단계 또는 선택사항이 취해질 수 있다. 즉, 전통적인 비통합형 접근법에 관하여, 사용자는 성공적인 시험이 실행될 수 있는 것을 보장하기 위해 수집 과정에 개입할 수 있다. 예컨대, 사용자는 시험 스트립의 낭비 없이 추가의 체액을 압착하기 위해 절개부 주위의 피부를 조이며 그리고/또는 피부를 재랜싱할 수 있다. 반대로, 통합형 일회용품의 체액 수집 실패의 다양한 원인은 사실상 누적되며, 따라서 실패한 시험은 통합형 일회용품의 완전한 유실을 야기한다. 전형적으로, 통합형 일회용품에 관하여, 사용자는 한 번의 발사를 하고, 따라서 피부를 찌르는 단계, 체액을 빨아내는 단계 및 체액을 분석하는 단계의 다양한 단계 모두가 완벽하게 실행되어야 한다. 일 단계가 성공적이지 않은 경우, 전체 시험은 실패하고, 통합형 일회용품은 일반적으로 폐기되며 새로운 것으로 교체되고, 그에 따라 통합형 시스템의 이점의 일부를 제거한다. 인식되어야 하는 바와 같이, 이런 시험 실패는 시스템에 대한 작동 비용이 꽤 많이 들게 할 수 있다. 또한, 성공적인 시험을 실행하기 위한 다수의 시도에 대한 이런 필요성은 사용자를 실망시킬 수 있다.

따라서, 이런 분야에 대하여 개선에 대한 필요성이 있다.

상기 문제의 견지에서, 발명자는, 높은 수집 성공률을 달성하기 위해 통합형 일회용품으로 체액을 수집하는 것의 문제점은 피부를 찌르고 반사 작용이 나타나기 전에 피부로부터 체액을 수집하는 것으로 해결된다는 것을 발견하였다. 반사 작용은 일반적으로 샘플 수집 동안 피부를 찌르는 것과 관련된 고통의 응답으로 나타난다. 예컨대, 누군가가 그의 손가락을 벨 때, 그의 첫 번째 경향은 고통의 원인으로부터 손가락을 당기는 것이다. 이런 반사 작용은 추가의 상처를 회피하기 위해서 많은 경우에 유용하지만, 이런 반사 운동은 체액 수집 및 시험에 부정적일 수 있다. 특히, 사용자는, 충분한 샘플이 수집될 수 있기 전에, 그의 손가락 또는 다른 신체 부위를 수집 장치로부터 당기거나 이동시킬 수 있다. 또한, 손가락 또는 다른 신체 부위는 고통의 결과로 긴장될 수 있고, 그에 따라 혈관을 수축시키고 관련된 출혈을 감소시킨다. 또한, 반사 운동은 장치를 손상시킬 수 있고 장치 밖으로 체액을 탈락시킬 수 있어, 성공적이지 않은 시험을 야기한다. 한편, 반사 작용이 나타나기 전에 피부 또는 다른 조직으로부터 체액을 수집하고 란셋 또는 니들과 같은 피부 찌름 장치를 제거함으로써, 체액은 높은 성공률로 수집될 수 있다.

통용되는 고통 이론하에서, 고통에 대한 신경 임펄스는 초당 약 10 미터 (m/s) 의 속도로 이동하는 경향이 있다. 개인의 크기, 나이, 건강 등에 따라, 손가락에서 느낀 고통에 대한 반응 시간은 약 200 ms 내지 500 ms 일 것으로 예상된다. 발명자에 의해 실행된 시험에서, 고통에 대한 가장 빠른 반응 시간은 시험된 개인에 대해 약 150 ms 인 것을 알아냈다. 고통을 느끼는 것 이외에, 시각적 또는 청각적 자극과 같은 다른 감각 신호의 결과로 반사 작용이 나타날 수 있다. 예컨대, 라이트 플래쉬 (light flash) 의 징후를 검출하기 위한 단순 반응 시간은 대략 200 ms 내지 300 ms 이다. 트랙의 출발신호원의 권총과 같은 청각적인 자극에 대한 최고의 운동선수의 반응 시간은 일반적으로 약 120 ms 내지 160 ms 이다. 그들의 통찰의 그리고 시험 결과에 의해 지지되는 결과로서, 발명자는 약 200 ms 내에 그리고 더 구체적으로는 약 150 ms 내에 절개부로부터 찌름 부재를 제거하는 것이 바람직하다는 것을 발견하였다. 그러므로, 안전 여유 (safety buffer) 를 제공하기 위해서, 전체 찌름 과정이 100 ms 이하에서 발생하는 것이 바람직하다. 이하에서 인식되는 바와 같이, 발명자는 찌름 부재의 초기 관통으로부터 약 75 ms 내에 찌름 부재를 회수함으로써 상업적으로 성공적인 수준에서 체액 샘플을 수집하였다.

또한, 부정확한 시험 결과는 통합형 장치에서의 실패한 시험과 관련이 있을 뿐만아니라 그것이 원인일 수 있다. 상기와 같이, 통합형 장치를 위한 체액 샘플 양은 비교적 적을 수 있는데, 즉 서브-마이크로리터 범위일 수 있다. 일 특정 실시예에서, 샘플 용적은 20 나노리터 (nℓ) 내지 200 나노리터 (nℓ) 일 수 있으며, 여전히 정확한 시험이 비교적 짧은 시간에 달성된다. 이런 더 적은 샘플 양은 더 빠른 시험을 가능하게 하지만, 이런 샘플 양은 부정확함의 수많은 원인이 되기 쉬우며, 실질적으로 체액 샘플을 정확하게 시험하기 위한 더 낮은 용적 제한이 있다. 발명자는, 서브-마이크로리터 또는 나노리터 범위의 샘플에서의 부정확한 시험 결과의 한가지 원인은 체액 수집 및 분석 동안의 체액의 증발에 의한 것임을 알아냈다. 이런 적은 시험 용적에 있어서, 용적의 작은 변화만으로도 분석물 농도 수치에서 상당한 차이가 초래될 수 있다. 개방된 모세관 채널을 가지는 통합형 장치는 특히 체액 증발 문제의 여지가 있다는 것이 발견되었다. 개방된 모세관 채널을 가지는 통합형 장치에서의 1 나노리터 미만의 샘플 양에 대한 부정확한 시험 결과의 문제는 피부를 찌르고나서 500 ms 내에 샘플 분석 수단에 샘플을 빨아내고 퇴적시킴으로써 해결된다. 다른 양태에서, 체액은 증발을 더 감소시키기 위해 150 ms 또는 200 ms 내에 퇴적되고, 추가의 양태에서, 체액은 100 ms 및 심지어 75 ms 내에 퇴적되고, 이는 추가의 이점을 제공한다. 이러한 신속한 방식으로 수집된 체액을 퇴적시킴으로써, 단지 최소의 증발만이 나타날 수 있고, 그에 따라 더 정확한 결과를 가져온다.

짧은 시간에 통합형 장치에 대한 높은 체액 수집 성공률을 달성하기 위해서, 발명자는 이하의 적어도 3 개의 일반적인 요인이 성공적인 체액 수집에 기여한다는 것을 발견하였다: 찌름 부재의 첨단 구성; 찌름 프로파일; 및 피부에 가해진 힘의 양. 또한, 발명자는 상기 요인 중 어떤 것도 단독으로 일관되고 신속한 체액 수집에 기여할 수 없다는 것을 발견하였다. 대신, 이런 요인의 특정 조합 및 레벨이 필요하였다. 특히, 발명자는, 높은 수집 성공률을 달성하기 위한 체액 수집의 문제는, 체액이 찌름 부재의 첨단으로부터 오프셋된 채널 입구를 가지는 모세관 채널 안으로 용이하게 도입되도록 피부 밑의 체액을 가압하고, 피부로의 관통 스트로크 동안 보다 더 느린 속도로 피부로부터 찌름 부재를 회수하고, 반사 작용이 나타나기 전에 피부로부터 찌름 부재가 완전히 제거됨으로써 해결된다는 것을 발견하였다.

찌름 부재가 체액을 수집해야 하는 비교적 짧은 시간 프레임을 고려하면, 찌름 부재의 모세관 채널은 때때로 피부로부터 회수되기 전에 충분히 충전되지 않을 수도 있다. 수집되고 있는 혈액 (및/또는 다른 체액) 의 속도 또는 다른 특성은 모세관 채널이 충전될 수 있는 율을 제한할 수도 있는 것으로 가정된다. 찌름 부재로 피부를 찌르는 것과 관련된 고통에 실험대상이 반응하기 전에 시험을 위해 충분한 양의 체액을 수집하는 문제는 피부로부터 찌름 부재를 회수한 후 찌름 부재에 부착된 체액으로 모세관 채널을 완전히 충전함으로써 해결된다. 즉, 발명자는, 찌름 부재가 회수되기 전에 샘플 모두를 모세관 채널 안에 있게 할 필요가 없고, 단지 회수 후 모세관 채널 안으로 빨릴 수 있는 위치에서 찌름 부재에 부착된 그리고/또는 모세관 채널 내측에 있는 샘플만이 요구된다는 것을 발견하였다. 앞에서 언급한 바와 같이, 찌름 부재의 첨단 구성은 성공적인 체액 수집에서 역할을 한다는 것을 예상치않게 알아냈다. 일 실시형태에서, 찌름 부재의 첨단은 찌름 부재가 피부 및 피부의 표면에 고여있는 어떤 체액의 양자로부터 회수된 후 모세관 채널의 입구에 체액이 남아 있도록 구성되었다.

앞에서는 모세관 채널 입구의 오프셋 거리가 체액 수집 속도에 있어서의 요인인 것으로 인식되지는 않았지만, 이 거리는 체액 수집의 속도를 증가시키기 위한 요인이라는 것을 놀랍게도 발견하였다. 일 특정 양태에서, 찌름 부재의 모세관 채널의 입구는 찌름 부재의 첨단으로부터 특정 거리가 오프셋되어 있다. 발명자는, 모세관 채널의 입구가 너무 가까우면, 피부를 찌르는 것에 의해 발생되는 관련된 고통이 수용할 수 없을 정도로 높다는 것을 알아냈다. 또한, 수반되는 짧은 찌름 시간과 관련하여, 모세관 입구가 첨단에 너무 가까우면 시험을 위한 샘플 용적이 불충분하게 수집된다는 것을 예상치않게 발견하였다. 발명자는 명확한 해답을 가지고 있지 않지만, 이런 결과를 설명할 수도 있는 수개의 이론을 가지고 있다. 한가지 이론은 모세관 입구를 첨단에 가깝게 하면 피부 밑의 체액에 대해 작은 고임 영역만이 만들어진다는 것이다. 다른 가능한 이론은, 첨단에 대한 모세관 입구의 상대적인 근접함은, 찌름 부재의 체액이 다시 배수되거나 피부의 체액의 방울 및/또는 절개부에 부착되기 때문에, 회수 후에 체액이 찌름 부재에 부착하는 것을 막는다는 것이다. 고임의 용적이 더 커질 것이기 때문에, 모세관 채널 입구와 찌름 부재의 첨단 사이의 거리를 증가시키는 것이 수집 성공률을 향상시킬 것으로 생각되었다. 그러나, 모세관 채널 입구가 찌름 부재의 첨단으로부터 과도하게 멀리 있어 체액 수집에 대한 성공률에 부정적이 될 수 있다는 것을 예상치못하게 발견하였다. 이런 예상치못한 결론의 실제 원인을 알지는 못하지만, 이는 모세관 채널 입구가 과도하게 멀리 있어 피부로부터의 회수 전에 절개부로부터의 체액이 모세관 채널 입구에 거의 부착될 수 없는 결과일 수도 있다는 것이 이론화된다. 일 양태에서, 첨단으로부터 350 ㎛ 내지 600 ㎛ 사이에 모세관 채널의 개구부 또는 입구를 위치시키면 원하는 수집 성공률이 제공된다는 것이 발견되었으며, 더 특정한 실시형태에서 모세관 채널의 입구는 첨단으로부터 382 ㎛ 내지 5730 ㎛ 사이에 위치된다. 일 특정 실시형태에서, 개구부는 첨단으로부터 약 425 ㎛ 에 위치되는 것이 바람직하다. 인식되는 바와 같이, 찌름 부재의 첨단 구성은 신속한 체액 수집의 다른 양태에 대해서도 바람직할 수도 있다.

신속하고 정확한 체액 수집을 달성하기 위해서, 발명자는 또한 압력이 피부에 가해져야 한다는 것을 알아냈다. 특히, 10 N 내지 12 N 사이의 힘이 체액을 신속하게 압착하기 위해서 압착 링에 가해질 필요가 있다는 것이 발견되었다. 12 N 초과의 피부에 가해진 어떤 힘은 상당한 고통을 일으키며 그리고/또는 상처를 야기하는 경향이 있다. 추가의 실험에서, 발명자는, 8 N 의 힘을 가하면 상업적으로 수용가능한 결과가 만들어지고, 어떤 경우에는 적어도 6 N 의 힘이 압착 링에 의해 가해질 수 있으며 신속한 체액 수집이 여전히 실행된다는 것을 알아냈다. 본질적으로, 특정된 힘으로 피부에 압착 링을 누르는 것으로 피부 밑의 혈액을 가압했고, 이는 다시 대개 가압된 혈액이 신속한 방식으로 모세관 채널 안으로 주입되게 하였다.

또한, 신속한 체액 수집을 촉진하기 위한 인자로서 찌름 프로파일을 알아냈다. 특히, (내부로의) 찌름 스트로크와 그 후의 더 긴 (외부로의) 회수 스트로크가 고통을 최소화시키고 체액 수집을 촉진하는 경향이 있다는 것을 알아냈다. 피부 밑에서 일정 시간 체재하는 일정한 회수 스트로크 또는 회수 스트로크와 그 후의 피부로부터의 신속한 회수는 모두 신속한 체액 수집에 적합하다는 것을 알아냈다. 일 특정 양태에서, 3 ms 내지 5 ms 의 찌름 스트로크와 그 후의 더 긴 70 ms 내지 197 ms 의 회수 시간이 신속하고 일관된 결과를 가져왔다. 찌름 동안, 찌름 부재의 전형적인 관통 깊이는 약 1.6 mm 로 설정되었지만, 실제 관통 깊이는 0.8 mm 로부터 1.2 mm 로 변할 수 있다.

다른 양태는 고통을 최소화하고 체액 수집을 향상시키기 위한 압착 부재의 특별한 특징과 찌름 부재의 특정 치수에 관한 것이다. 일 양태에서, 첨단은 20 °내지 40 °사이 및 더 바람직하게는 약 30 °의 기울기 또는 블레이드 각을 가진다. 첨단의 섕크 (shank) 는 300 ㎛ 내지 700 ㎛ 사이의 폭, 및 일 특정 형태에서는 약 300 ㎛ 의 폭을 가진다. 찌름 부재는 50 ㎛ 내지 150 ㎛ 사이의 두께, 및 일 특정 형태에서는 약 127 ㎛ 의 두께를 가진다. 첨단의 모세관 채널은 친수성이며, 약 0.7 내지 1.6 의 가로세로비 (깊이/폭), 및 일 특정 형태에서는 약 1.4 의 가로세로비를 가진다.

이하의 상세한 설명으로부터 다른 특징 및 이점이 인식될 것이다.

도 1 은 일 실시형태에 따른 통합형 계기 시스템의 개략도이다.
도 2 는 도 1 의 시스템에서 사용되는 마이크로-샘플러의 확대 평면도이다.
도 3 은 도 2 의 마이크로-샘플러의 첨단 구간의 확대 평면도이다.
도 4 는 도 2 의 마이크로-샘플러의 첨단 구간의 확대 측면도이다.
도 5 는 도 4 의 선 5-5 를 따라 취한 도 2 의 마이크로-샘플러의 단면도이다.
도 6 은 다른 실시형태에 따른 마이크로-샘플러의 평면도이다.
도 7 은 도 2 의 마이크로-샘플러를 통합하는 압착 조립체의 사시도이다.
도 8 은 o-링 유형 압착 링의 사시도이다.
도 9 는 반 S 자형 유형 압착 링의 사시도이다.
도 10 은 코너스 유형 압착 링의 사시도이다.
도 11 은 고무로 오버몰딩되는 황동 압착 링의 사시도이다.
도 12, 도 13, 도 14, 도 15, 도 16, 도 17 및 도 18 은 체액 샘플을 수집하기 위한 다양한 단계 동안의 마이크로-샘플러의 확대 사시도이다.
도 19 는 일 실시형태에 따른 느린 연속적인 회수 상태를 가지는 랜싱 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 20 은 다른 실시형태에 따른 체류 상태를 가지는 랜싱 프로파일을 나타내는 그래프이다.
도 21 은 도 2 의 마이크로-샘플러로 실행된 실험에 대한 성공률 그래프이다.
도 22 는 도 8 의 o-링 유형 압착 링으로 실행된 실험에 대한 성공률 그래프이다.
도 23 은 도 9 의 반 S 자형 유형 압착 링으로 실행된 실험에 대한 성공률 그래프이다.
도 24 는 도 10 의 코너스 유형 압착 링으로 실행된 실험에 대한 성공률 그래프이다.
도 25 는 도 11 의 경질-링 유형 압착 링으로 실행된 실험에 대한 성공률 그래프이다.

본 발명의 원리의 이해를 촉진하기 위해서, 이제 도면에 도시된 실시형태를 참조하고, 그것을 설명하기 위해서 특정 용어가 사용될 것이다. 그렇지만, 본 발명의 범위를 그에 따라 제한하려는 것은 아니다. 기재된 실시형태에서의 어떤 변경 및 추가의 변형 및 본원에 기재된 바와 같은 본 발명의 원리의 추가의 적용이 당업자에게 떠오르는 바와 같이 고려된다.

앞에서 충분히 설명한 바와 같이, 상업적으로 실행가능한 통합형 시험 장치를 개발하는 것이 진단 산업에서의 목표였다. 용어 "통합형 장치" 는 체액 (혈액, 간질액 등) 을 시험하기 위해 요구되는 모든 다양한 단계를 자동으로 실행하는 장치를 말하기 위해 산업에서 통상적으로 사용되어 왔다. 통합형 장치에서의 이런 단계는 일반적으로 피부 또는 다른 조직을 찌르는 단계, 피부로부터 체액의 샘플을 빨아내는 단계, 및 샘플을 시험하는 단계와 선택적으로는 절개부로부터 체액이 배어나오게 하거나 그렇지 않으면 이런 체액의 생산을 촉진하는 단계를 일반적으로 포함한다. MEDISENSE ® SOF-TACT™ 상표의 당뇨병 관리 시스템과 같은 통합형 장치가 상업적으로 판매되어 왔지만, 이런 통합형 장치는 장치의 대형성 및 낮은 시험 성공률을 포함하는 수개의 요인으로 인해 지금까지 시장에서 상업적으로 실패해 왔다. 앞에서 언급한 바와 같이, 통합형 장치의 자동적인 특징으로 인해, 시험 동안 시험 오차에 대해 정정하는 것이 매우 어렵기 때문에, 시험 신뢰성 또는 성공은 통합형 장치에서 특히 중요하다.

교차 오염의 문제를 회피하기 위해서 각각의 시험 후 체액과 접촉하는 다양한 구성요소가 폐기되고 새로운 것으로 교체되는 통합형 일회용품이 제안되었다. 이런 통합형 일회용품은 전형적으로 더 작은 샘플 크기를 분석하고 수집할 수 있으며, 그에 따라 신체로부터 체액이 수집될 수 있는 융통성 (flexibility) 을 증가시키고 체액 수집과 관련된 고통을 감소시킨다. 산업에서, 용어 "통합형 일회용품" 은 통상적으로 피부를 찌르는 단계, 샘플을 빨아내는 단계, 및 샘플을 적어도 부분적으로 분석하는 단계와 같은 시험 단계의 대부분 또는 모두를 실행하는 비교적 작으며 저렴한 장치를 말한다. 통합형 일회용품은 일반적으로 샘플을 분석하기 위해 시험 스트립 및/또는 화학물질과 같은 시험 또는 분석 수단과 함께 란셋 또는 니들 같은 찌름 수단의 어떤 유형을 통합한다. 통합형 일회용품 상의 시험 수단은 통상적으로 체액을 분석하기 위한 전극, 효소, 시약, 매개물질 등을 포함한다. 통합형 일회용품이 탑재되는 계기 (meter) 는, 통합형 일회용품의 시험 수단과 함께, 몇몇 예를 들어 전기화학 및/또는 광도측정 기법과 같은 어떤 수의 분석 기법을 이용하는 샘플의 분석을 용이하게 하는 전자기기, 표시장치 등을 포함한다. 통상적으로, 계기는 더 비싼 구성요소를 포함하는 반면, 통합형 일회용품은 각각의 사용 후 폐기될 수 있는 덜 비싼 구성요소를 포함한다. 대부분의 경우에, 시험 수단은 어떤 방식으로 찌름 수단에 고정되지만, 찌름 수단 및 시험 수단이 시험 중에 단지 짧은 시간 동안만 함께 연관되는 어떤 통합형 일회용품 구성이 있다.

통합형 일회용품은 특정 구성 부류로 더 하위분류될 수 있다. 어떤 더 통상적인 통합형 일회용품 유형은 란셋 통합형 시험 요소 (또는, 줄여서 "LIT") 및 "마이크로-샘플러" 를 포함한다. LIT 는, 시험 스트립이 고정되거나 운동가능한 방식으로 란셋에 고정되는 통합형 일회용품으로 고려된다. LIT 는 전형적으로 흡혈박쥐와 유사한 형태로 피부의 표면으로부터 체액을 수집한다. 한편, 마이크로-샘플러는 일반적으로 모기와 유사한 방식으로 피부의 밑에서 체액의 대부분을 수집한다. 용어 "마이크로-샘플러" 는 전형적으로 시험 수단과 부착되거나 연관되는 니들과 기능면에서 유사한 찌름 부재를 구비하는 통합형 일회용품을 말한다. 마이크로-샘플러의 찌름 부재는 피부 밑의 체액을 시험 수단 위로 빨아내는 모세관 채널을 구비한다. 마이크로-샘플러의 모세관 채널은 밀폐된 구성, 개방된 구성 또는 이 양자의 조합을 가질 수 있다. 밀폐된 모세관 채널 구성에 있어서, 첨단의 모세관 채널의 단부만이 주위로 개방되고 그에 따라 체액을 수집할 수 있다. 한편, 개방된 모세관 구성에 있어서, 모세관 채널의 전체 길이가 주위로 개방되고 그에 따라 체액을 수집할 수 있다. 개방된 모세관 채널 구성은, 제조를 간략화시킬 수 있고, 체액이 모세관 채널의 전체 길이를 따라 그리고 피부의 표면 위에서도 수집될 수 있기 때문에 체액 수집을 향상시킬 수 있다. 그러나, 발명자는 어떤 경우 시험 결과에 영향을 줄 수 있는 이런 개방된 모세관 구성과 관련된 문제를 발견하였다. 특히, 마이크로-샘플러가 서브-마이크로 리터 범위 (1 ㎕ 미만), 어떤 경우에는 20 nℓ 로부터 200 nℓ 에서 체액을 전형적으로 수집한다고 하면, 개방된 모세관 채널을 따른 증발이 약간이나마 농도 레벨을 변화시킬 수 있고 따라서 시험 결과에 부정적으로 영향을 줄 수 있다는 것을 발명자는 발견하였다. 개방된 모세관 채널은 샘플에 대해 증발을 촉진하는 상대적으로 큰 표면적을 만들어낸다는 것을 알아냈다. 발명자는 샘플을 빨아내는 단계 및 샘플을 시험 수단 위에 신속하게 퇴적시키는 단계가 증발의 영향을 상당히 감소시킨다는 것을 발견하였다. 구체적으로는, 발명자는 처음의 피부를 찌르는 단계로부터 500 ms 내에 시험 수단 위에 샘플을 퇴적시키면 증발이 감소된다는 것을 알아냈다. 체액의 이러한 신속한 퇴적이 과연 가능한지의 여부에 대한 의문이 있었다. 그렇지만, 심지어 150 ms 또는 200 ms 내에 체액을 퇴적시키는 것이 가능하고, 이는 증발을 더 감소시키며, 100 ms 및 심지어 75 ms 내에 퇴적시키는 것이 추가의 이점을 제공한다는 것을 더 알아냈다.

상기와 같이, 상업적으로 성공적인 통합형 장치를 달성하는 것에 대한 주요 장애물 중 하나는 체액 샘플을 일관된 원칙 (consistent basis) 으로 체액 샘플을 확실하게 흡수하는 능력이다. 전통적인 비통합형 접근법에서는, 사용자가, 성공적인 시험이 실행될 수 있도록 보장하기 위해 수집 공정에 개입할 수 있다. 통합형 장치, 특히 통합형 일회용품은 체액 수집 단계를 자동으로 실행하고 따라서 일반적으로 성공을 보장하기 위해 단계를 반복하지 않아도 된다. 높은 체액 수집 성공률은 통합형 장치가 상업적으로 실행가능하게 될 지의 여부를 결정하는 주요 요인 중 하나이다. 수집 성공률을 결정하기 위해, 시험은, 시험 수단이 체액 샘플을 정확하게 분석할 수 있도록 충분한 용적을 가지는 체액 샘플이 수집될 때 성공적인 것으로 고려된다. 시험 수단을 위한 용적 충분함은 사용되는 시험 기법에 의존한다. 오늘날, 광도측정 및 전기화학 시험 스트립과 같은 대부분의 통용되는 시험 스트립은 10 초 이하 및 심지어 5 초 이내에 1 ㎕ 미만의 용적을 가지는 체액 샘플을 충분히 분석할 수 있다. 그러나, 샘플 용적은 정확한 시험 결과를 달성하기에는 너무 적을 수 있다. 즉, 오늘날의 시험 기술은 정확한 유체 분석을 위해 필요한 최소 체액 용적에 대하여 제한이 없다. 통용되는 상업적인 제품은 체액이 최소 약 200 nℓ 내지 300 nℓ 되어야 정확하게 시험할 수 있다. 정확한 시험을 위한 이런 최소 용적은 현대의 기술/화학에 의해 20 nℓ 로 감소될 수 있지만, 지금 20 nℓ 미만의 어떤 샘플 용적은 일관된 원칙으로 정확한 시험 결과를 산출하기 쉽지 않다. 상업적으로 수용가능한 통합형 장치를 위한 체액 수집 성공률에 대한 최소 요건은 적어도 약 80 % 일 필요가 있는 것으로 고려되어 왔다. 실질적으로, 성공률은 상업적으로 성공적인 통합형 장치에 대해 95 % 이상이어야 한다. 현재로서는, 발명자는 실제 조건에서 (in real world conditioin) 이런 높은 체액 수집 성공률을 달성할 수 있는 어떤 상업적인 통합형 일회용품 또는 다른 통합형 장치도 알지 못한다.

실제로 체액 시험 성공에 불리한 영향을 주는 발명자가 발견한 한가지 주요 요인은 피부를 찌르는 동안 경험하는 고통의 결과로서 발생하는 반사 작용이다. 상업적으로 수용가능한 수집 성공률을 성취하도록 통합형 장치를 이용하여 체액을 수집하는 것의 문제점은 피부를 찌르고, 피부로부터 체액을 수집하며, 반사 작용이 나타나기 전에 피부로부터 찌름 부재를 제거함으로써 해결된다는 것을 알아냈다. 최악의 경우의 시나리오에서, 개인에 따라, 처음에 피부를 찌르는 단계로부터 약 200 ms 내에 반사 작용이 나타날 수 있다. 그러므로, 발명자는, 처음에 피부의 찌름으로부터 약 200 ms 내에 그리고 더 구체적으로는 약 150 ms 내에 절개부로부터 찌름 부재를 제거하는 것이 바람직하다는 것을 알아냈다. 추가의 성공적인 시험은 찌름 부재의 처음의 관통으로부터 100 ms 및 심지어 75 ms 내에 성취되었으며, 이는 추가의 안전 여유를 제공한다.

원래, 단지 몇 나노리터의 체액의 극소량이 신속한 방식으로 수집될 수도 있는 것으로 생각되었지만, 실제로 수집된 샘플 용적은 정확한 시험을 위해서는 너무 적을 것이다. 상기와 같이, 체액 수집은, 수집된 체액이 어디서든 이상적인 조건하에서는 이론적으로 20 nℓ 로부터 실제 시험 조건하에서는 최대 200 nℓ 인 정확한 시험을 실행하기에 충분한 용적일 때만 성공적인 것으로 고려된다. 많은 예기치 않은 발견 중 하나는, 피부로부터 찌름 부재를 제거할 때 체액 모두가 모세관 채널 내측에 있을 필요는 없다는 것이다. 오히려, 피부로부터 회수된 후 모세관 채널로 빨릴 때 모세관 채널 외측에서 찌름 부재에 체액이 부착될 수 있다. 개방된 모세관 채널 구성을 가지는 찌름 부재는 이런 점에서 유용한데, 이는 체액이 모세관 채널의 전체 길이를 따라 빨릴 수 있기 때문이다.

짧은 기간에 통합형 장치를 위한 높은 체액 수집 성공률을 달성하기 위해서, 이하의 3 개의 일반적인 요인이 성공적인 체액 수집에 일반적으로 기여한다는 것을 발명자는 발견하였다: 피부에 가해진 힘의 양; 찌름 부재의 첨단 구성; 및 찌름 프로파일. 또한, 발명자는 상기 요인 중 어떤 것도 단독으로는 일관되고 신속한 체액 수집을 이끌 수 없다는 것을 발견하였다. 대신, 이런 요인의 특정 조합 및 수준이 필요했다. 구체적으로는, 이러한 짧은 기간 (즉, 반사 작용 전) 에 상업적으로 수용가능한 원칙에서 나타나는 성공적인 체액 수집에 대하여, 체액을 가압하기 위해 적어도 6 N 의 힘이 피부에 가해져야 하고, 모세관 채널의 입구는 첨단으로부터 350 ㎛ 와 600 ㎛ 사이에서 우묵하게 형성되어야 하며, (외부로의) 회수 스트로크의 시간은 (내부로의) 찌름 스트로크의 시간보다 더 길어야 한다는 것을 발견하였다.

신속한 샘플 수집 및/또는 퇴적을 달성하기 위한 일 실시형태에 따른 통합형 장치 또는 시스템 (30) 이 도 1 에 도시되어 있다. 볼 수 있는 바와 같이, 시스템 (30) 은 분석 결과와 다른 정보를 제공하기 위한 표시장치 (50) 를 구비하는 계기 (40), 계기에의 데이터 입력과 제어를 위해 사용되는 적어도 하나의 버튼 (60), 및 발사 기구 (70) 를 포함한다. 계기 (40) 는 또한 계기를 소정의 힘으로 피부에 누를 때 발사 기구 (70) 를 활성화시키는 압력 반응형 트리거 (pressure sensitive trigger) (80) 를 통합한다. 한가지 이러한 계기 및 압력 반응형 트리거의 실시예가 Douglas 등의 미국특허 제 6,319,210 호에 기재되어 있으며, 이것은 그 전체가 참조로서 여기 통합된다. 압력 반응형 트리거는 다른 방식으로도 구성될 수 있다. 예컨대, 압력 반응형 트리거 (80) 는 특성에 있어서 기계적이거나, 전기적이거나, 또는 양자의 조합일 수 있다. 일 변형에서, 트리거 (80) 는 안전장치를 해방시켜 조작자가 발사 기구 (70) 를 수동으로 발사시킬 수 있게 하고, 또 다른 실시형태에서, 소정의 힘이 가해질 때, 표시장치 (50) 는 발사 기구 (70) 가 발사될 수 있다는 표시를 제공한다. 시스템 (30) 은 피부 밑의 체액을 가압하기 위해 사용되는 압착 또는 체액 가압 부재 (90) 및 피부를 찌르고 체액 샘플을 분석하기 위해 사용되는 통합형 일회용품 (100) 을 더 통합한다. 통합형 일회용품 (100) 은 카트리지, 드럼, 휠, 카세트 등 같은 것에서 그룹으로 또는 단일 유닛으로 배치될 수 있고 탑재 (loading) 및/또는 탈거 (unloading) 될 수 있다.

인식되어야 하는 바와 같이, 계기 시스템 (30) 은 더 많거나 더 적은 구성요소를 포함할 수 있고, 그리고/또는 다른 실시형태에서는 상이하게 구성될 수 있다.

도시된 실시형태에서, 통합형 일회용품 (100) 은 마이크로-샘플러이지만, 일정 특징 (certain feature) 이 다른 유형의 통합형 일회용품 및 장치에서 사용되게 될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 신속한 체액 수집을 실행하기 위해 사용되는 마이크로-샘플러 (100) 의 실시예가 도 2, 도 3 및 도 4 를 참조하여 먼저 설명될 것이다. 인식되는 바와 같이, 다른 유형의 통합형 일회용품은 도시된 마이크로-샘플러 (100) 로부터의 특징을 통합하도록 변형될 수 있다. 다른 유형의 통합형 일회용품과 마찬가지로, 도 2 의 마이크로-샘플러 (100) 는 전형적으로 절개부를 형성하고, 체액 샘플을 빨아내며, 수집된 체액 샘플을 분석하도록 구성되는 단일 용도의 장치이다. 마이크로-샘플러 (100) 는 개별적으로 또는 집합적으로 (예컨대, 카트리지에서) 계기 (40) 또는 랜싱 장치에 탑재되며, 이 계기 (40) 또는 랜싱 장치는 후속하여 발사 기구 (70) 를 통해 피부에 마이크로-샘플러 (100) 를 발사한다. 개별적으로 탑재될 때, 마이크로-샘플러 (100) 는 일반적으로 교차-오염의 위험을 최소화하기 위해 각각의 시험 후 계기로부터 탈거되어 폐기된다. 카트리지, 카세트, 드럼 등에 탑재될 때, 전체 카트리지는 마이크로-샘플러 (100) 의 모두 또는 대부분이 사용된 후 탈거되고 적절히 폐기된다. 마이크로-샘플러 카트리지 구성의 실시예에 대하여, 참조로서 여기 통합되는 2006년 10월 13일에 출원된 미국특허출원 제 11/549,302 호를 참조하라.

도 2 는 마이크로-샘플러 (100) 의 평면도를 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로-샘플러 (100) 는 본체 (102), 본체 (102) 로부터 연장되는 생크 또는 축 (104), 및 절개부를 절삭하도록 형상화되어 있는 축 (104) 의 단부에 있는 첨단 (106) 을 포함한다. 본체 (102) 는 발사 기구 결합 개구부 (108) 를 구비하고, 이 발사 기구 결합 개구부 (108) 에서 계기 (40) 의 발사 기구 (70) 는 피부 또는 다른 조직의 랜싱 동안 마이크로-샘플러 (100) 를 지탱한다. 인식되어야 하는 바와 같이, 마이크로-샘플러 (100) 는 다른 방식으로 발사 기구 (70) 에 고정될 수 있거나 그렇지 않으면 기계적으로도 발사 기구에 연결될 수 있지만, 전자기력의 사용을 통하는 것 등에 의해 직접 발사될 수 있다. 본체 (102) 는 체액 샘플이 수집되어 시험 장치 또는 분석 수단 (111) 을 통해 분석되는 샘플 분석 캐비티 또는 챔버 (110) 를 더 구비한다. 마이크로-샘플러 (100) 의 시험 장치 (111) 는 체액 샘플을 분석하기 위해 시약, 효소, 매개물질 등과 같은 화학물질과 전극 같은 다른 연관된 구성요소를 포함할 수 있다. 다른 형태에서, 분석 챔버 (110) 는 또한 분석을 위한 별도의 시험 스트립에의 퇴적을 위한 수집 지점으로 사용될 수 있다. 어느 쪽이든, 체액 샘플은 몇몇 예를 들어 전기화학 (예컨대, 전류측정, 전량분석 등) 및/또는 광도측정 분석 기법과 같은 어떤 수의 분석 기법을 통해 분석될 수 있다. 체액은 10 초 미만 또는 심지어 0.1 초 ~ 6 초 내에 신속하게 분석될 수 있다. 이러한 신속한 분석 기법의 실시예가 참조로서 여기 통합되는 미국특허 제 7,276,146 B2 호에 설명되어 있다. 도 2 를 계속 참조하면, 모세관 작용을 통해 체액 샘플을 이동시키도록 구성되는 모세관 채널 (112) 이 축 (104) 을 따라 첨단 (106) 으로부터 시험 장치에 인접한 분석 챔버 (110) 로 연장된다. 마이크로-샘플러 (100) 는 금속, 세라믹, 및/또는 플라스틱 등과 같은 다양한 재료로 이루어질 수 있지만, 일 실시형태의 마이크로-샘플러 (100) 는 수술 등급의 스테인리스강 (surgical grade stainless steel) 으로 이루어진다. 통상적으로, 수술 등급의 스테인리스강은 소수성 (hydrophobic) 이고, 소수성일 때, 샘플 분석 챔버 (110) 와 모세관 채널 (112) 은 모세관 작용을 촉진하기 위해 전체적으로 또는 부분적으로 소수성으로 처리 및/또는 형성될 수 있다.

상기와 같이, 특히 첨단 (106) 에 가까운 마이크로-샘플러 (100) 의 치수 및 구조가, 비교적 짧은 기간 (반사 작용이 일어나기 전) 에 수집 성공률을 상당히 향상시킴으로써 체액 수집을 강화하고 고통을 감소시킨다는 것을 발견하였다. 도 3 은 마이크로-샘플러 (100) 의 첨단 (106) 에 가까운 축 (104) 의 확대된 평면도를 나타내고, 도 4 는 팁 (106) 에 가까운 축 (104) 의 측면도를 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로-샘플러 (100) 는 끼인 또는 블레이드 각 (116) 을 형성하도록 첨단 (106) 에서 교차하는 2 개의 날카로운 절삭날 (114) 을 구비한다. 일 형태에서, 블레이드 각 (116) 은 20 °내지 40 °이고, 일 특정 형태에서, 블레이드 각 (116) 은 약 30 °이다. 첨단 (106) 으로부터 멀어지면서, 절삭날 (114) 은 축 (104) 의 대향하는 평행한 측부 (118) 로 천이된다. 측부 (118) 에서, 축 (104) 은 300 ㎛ 와 700 ㎛ 사이의 폭 (120) 을 가지며 일 특정 형태에서 약 300 ㎛ 의 폭을 갖는다. 일 실시형태의 마이크로-샘플러 (100) 는 또한 50 ㎛ 내지 150 ㎛ 의 두께를 가지며 일 특정 형태에서는 약 127 ㎛ 의 두께 (119) 를 가진다.

도 3 및 도 4 를 보면, 축 (104) 의 측부 (118) 는 모세관 채널 (112) 을 규정하는 측벽 (122) 을 가진다. 측벽 (122) 을 따른 모세관 채널 (112) 은 모세관 작용을 통해 체액을 빨아내는 것을 강화하기 위해 친수성으로 처리, 코팅 및/또는 형성된다. 모세관 채널 (112) 은 모세관 작용을 통해 절개 부위로부터 분석 챔버 (110) 로 체액 샘플을 빨아내도록 크기가 정해지고 그렇게 구성된다. 모세관 채널 (112) 이 개방되어 있는 상태에서, 체액은 그 전체 길이를 따라 수집될 수 있다. 이는, 형상에 있어서, 단일 개구부를 통해 유체를 빨아내는 전통적인 (밀폐된) 피하 니들에 대비된다. 절삭되는 피부 밑의 모세관 (또는 혈관) 의 무작위적인 분포로 인해, 절개부 내의 혈액 또는 다른 체액 분포는 반드시 고르지 않을 수도 있다. 즉, 절개부를 따라 다른 곳보다 더 많은 체액을 공급할 수도 있는 영역이 있을 수도 있다. 모세관 채널 (112) 이 개방된 상태에서, 공급이 많은 영역으로부터의 과도한 혈액은 마이크로-샘플러 (100) 의 수축 동안 모세관 채널 (112) 의 길이를 따라 모세관 채널 안으로 펴지거나 빨릴 수 있다.

도시된 실시형태에서, 측벽 (122) 은 첨단 (106) 으로 충분히 연장되지 않고, 측벽 (122) 의 단부 (128) 에 의해 규정된 바와 같은 모세관 채널 (112) 의 개구부 (126) 와 마이크로-샘플러 (100) 의 첨단 (106) 사이에 개방된 구간 (124) 이 형성된다. 도 4 에 도시된 바와 같이, 측벽 (122) 의 단부와 첨단 (106) 사이에서, 마이크로-샘플러 (100) 는 마이크로-샘플러 (100) 의 하측 (134) 에 대해 각 (132) 으로 연장되는 개방된 구간 (124) 에 각진 벽 구간 (130) 을 구비한다. 일 형태에서, 각진 벽 구간을 위한 각 (132) 은 약 35 °이다. 모세관 채널 (112) 을 따른 측벽 (122) 은 일반적으로 모세관 작용을 통해 체액을 빨아내기에 충분한 높이를 가지며, 반면 개방된 구간 (124) 을 따른 각진 벽 구간 (130) 은 일반적으로 모세관 작용을 통해 체액을 빨아내기에 불충분한 접촉 면적을 제공한다. 이것은, 측벽 (122) 의 단부 (128) 가 모세관 채널 (112) 의 개구부 (126) 를 규정하고, 측벽 (122) 의 단부 (128) 와 첨단 (106) 사이의 부분이 개방된 구간 (124) 으로 고려되는 이유이다. 대안적으로 또는 부가적으로, 다른 실시형태의 개방된 구간 (124) 은 소수성이거나 그렇지 않다면 개방된 구간 (124) 을 따라 모세관 작용을 억제하도록 형성된다. 일 형태에서, 개방된 구간 (124) 은 350 ㎛ 내지 600 ㎛ 사이의 첨단 (106) 으로부터 모세관 채널 개구부 (126) (또는 단부 (128)) 까지의 거리로 규정된 길이 (136) 를 가지며, 일 특정 실시형태에서 채널 개구부 (126) 는 첨단 (106) 으로부터 약 425 ㎛ 에 위치된다. 하기와 같이, 개방된 구간 (124) 의 길이 (136) 는 체액 샘플을 성공적으로 수집하는데 필요한 시간을 상당히 감소시킨다는 것을 예상치않게 발견하였다.

상기와 같이, 모세관 채널 (112) 은 친수성이며 모세관 작용을 통해 절개부로부터 분석 챔버 (110) 쪽으로 체액 샘플을 빨아내도록 크기가 정해진다. 일반적으로, 모세관 작용은 빨리는 체액 (샘플) 의 표면 장력과 샘플과 모세관 채널 사이의 부착력에 기초한다. 구체적으로는, 모세관 채널 (112) 의 벽에의 샘플의 부착은 샘플의 가장자리가 전방으로 이동하게 하여 볼록하게 형상화된 메니스커스 (meniscus) 를 만들어 낸다. 샘플의 표면 장력은 표면을 그대로 유지시켜, 단순이 가장자리가 이동되는 대신에, 전체 샘플 표면이 모세관 채널 (112) 안으로 더 멀리 이동하게 한다. 인식되어야 하는 바와 같이, 샘플의 메니스커스와 채널의 벽 사이의 전체적인 접촉은 샘플과 벽 사이의 부착력을 제어하는 요인 중 하나이고, 이것은 다시 모세관 작용이 나타나는지 아닌지의 여부와 모세관 유동의 범위 및 율을 결정한다. 개방된 모세관 채널 구성에 대해서, 밀폐된 모세관 구성에서 부착력을 통상적으로 만들어내는 측부 중 하나는 샘플과 벽 사이의 전체적인 부착력이 감소되도록 제거된다. 마이크로-샘플러의 모세관 채널 (112) 의 벽은 신속한 모세관 작용이 발생할 수 있도록 이런 효과를 보상하도록 치수가 정해진다. 도 5 는 도 4 의 선 5-5 를 따라 취한 모세관 채널 (112) 의 단면도를 나타낸다. 모세관 채널 (112) 은 깊이 (138) 및 폭 (140) 양자를 갖는다. 일 실시형태에서, 깊이 (138) 는 약 0.501 mm 이고, 폭은 약 0.358 mm 이다. 모세관 채널 (112) 에 대한 가로세로비 (aspect ratio) 는 깊이 (138) 를 폭 (140) 으로 나눈 것이다. 일 형태에서, 모세관 채널 (112) 은 친수성이고 0.7 내지 1.6 사이의 가로세로비 (깊이 (138)/폭 (140)) 를 가지며, 일 특정 형태에서, 모세관 채널은 약 1.4 의 가로세로비를 가진다. 개방된 모세관 구성에서의 상기 가로세로비는 혈액과 유사한 점도를 가지는 체액 샘플에 관해서 신속한 체액 수집을 촉진한다는 것을 알아냈다.

도 6 은 도 2 의 마이크로-샘플러 (100) 와 공통적으로 본체, 축 (104), 첨단 (106), 및 모세관 채널 (112) 같은 수개의 특징을 공유하는 마이크로-샘플러 (142) 를 나타낸다. 도 6 의 마이크로-샘플러 (142) 의 다양한 치수 및 특징은 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명한 것과 동일하다. 그러나, 본체 (102) 의 전체적인 형상 및 분석 챔버 (110) 는 상기한 것과 상이하게 형상화되어 있다. 특히, 도 6 의 분석 챔버 (110) 는 시험 요소 (111) 에의 체액의 고임을 허용하는 개구부의 형태이다. 또한, 도 6 의 마이크로-샘플러 (142) 는 더 큰 발사 안전성을 제공하기 위해서 하나 대신 두 개의 발사 기구 결합 개구부 (108) 를 구비한다.

반사 작용이 나타나기 전에 체액이 수집될 수 있도록 체액 수집 시간을 감소시키기 위해서, 절개부 주위의 체액을 가압함으로써 절개부로부터의 출혈률을 증가시키도록 체액 압착이 이용된다. 발명자의 조사 동안, 발명자는 신속한 체액 수집을 위한 성공률에 대해 다양한 유형의 압착 부재 (90) 의 효과를 연구하였다. 다양한 압착 부재에 관한 발명자의 발견을 이하에서 상세하게 설명할 것이다. 도 7, 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 은 도 1 의 시스템 (30) 과 관련하여 피부 밑의 체액을 가압하기 위해 사용되는 압착 부재 (90) 의 다양한 다른 실시예를 나타낸다.

도 7 은 체액을 압착하기 위해 사용되는 압착 유닛 또는 부재 (146) 및 마이크로-샘플러 (100) 를 포함하는 압착 조립체 (144) 의 실시예를 나타낸다. 압착 유닛 (146) 은 체액 압착 동안 손가락 같은 신체 부위 주위를 유닛 (146) 이 감싸도록 허용하는 주위 감쌈 구성 (wrap-around design) 을 가진다. 볼 수 있는 바와 같이, 압착 유닛은 신체 부위 수용 캐비티 (150) 주위에 연장되는 커프 형상 본체 (cuff-shaped body) (148) 를 가진다. 마이크로-샘플러, 또는 란셋 또는 니들과 같은 다른 절개부 형성 수단이 절개부를 형성하는 것을 허용하는 절개 부위 개구부 (insision site opening) (152) 가 본체 (148) 에 규정되어 있다. 일 형태에서, 절개 부위 개구부 (152) 는 4.0 mm 내지 7.0 mm 의 안쪽 직경을 가진다. 캐비티 (150) 내측에서, 압착 유닛 (146) 은 절개 부위 개구부 (152) 를 둘러싸는 원뿔형 부분 (154) 을 구비한다. 원뿔형 부분 (154) 주위에서, 압착 유닛 (146) 은 절개 부위 주위의 체액의 한정 (confinement) 을 촉진하는 격리 링 (isolation ring) (156) 을 구비한다. 도시된 실시형태에서, 격리 링은 안장 형상이고 (saddle-shaped) 압착 유닛 (146) 의 안쪽 표면으로부터 돌출한다.

도 8 은 반경질 재료 경도 (semi-hard material hardness) 를 가지는 o-링을 이용하는 o-링 유형 압착 부재 또는 링 (160) 을 나타낸다. 이러한 o-링 압착 링의 실시예가 2006년 8월 26일에 출원된 미국특허출원 제 11/466,202 호에 기재되어 있으며, 이것은 전체가 참조로서 통합된다. 도 9 는 경질 재료 경도를 가지는 반 S 자형 압착 링 (negative sigmoid expression ring) 또는 부재 (162) 를 나타낸다. 반 S 자형 압착 링 (162) 의 전체적인 형상에 대한 추가의 설명에 대하여, 전체가 참조로서 통합되는 2005 년 9월 29일에 공개된 미국특허출원공보 제 2005/0215923 A1 호를 참조하라. 도 10 은 가요성 또는 연질 재료 (35 쇼어 (shore) A) 로 만들어지는 "코너스 (konus)" 또는 가요성 원뿔 유형 압착 부재 또는 링 (164) 을 나타낸다. 고무로 오버몰딩되는 (over molded) 황동 압착 링 (166) 이 도 11 에 도시되어 있으며, 황동 압착 링 (166) 은 일반적으로 경질이다. 인식되어야 하는 바와 같이, 도 11 의 경질 압착 링 (166) 은 강, 철 등과 같은 다른 경질 재료로 만들어질 수 있고, 다양한 플라스틱과 같은 다른 유형의 탄성 재료로 덮일 수 있다. 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 의 압착 부재 (90) 는 모두 5.5 mm 의 안쪽 직경을 가진다. 도 8 의 o-링 압착 링 (160), 도 9 의 반 S 자형 압착 링 (162), 도 10 의 코너스 압착 링 (164), 및 도 11 의 경질 압착 링 (166) 의 바깥쪽 직경은 각각 9.8 mm, 10.0 mm, 10.7 mm 및 8.3 mm 이다.

이해 및 인식을 돕기 위해, 우선 도 12 내지 도 18 을 참조하여 체액 샘플을 신속하게 수집하기 위한 전체적인 기법을 설명하고, 그 후 반사 작용이 나타나기 전에 상업적으로 성공적인 체액 수집을 달성하기 위해 요구되는 특정 변수를 상세하게 논의한다. 도 12 내지 도 18 은 체액 수집의 다양한 단계 동안의 마이크로-샘플러 (100) 의 확대된 사시도를 나타낸다. 손가락 (168) 으로부터 체액을 수집하는 것을 참조하여 체액을 수집하기 위한 기법을 설명하겠지만, 체액은 다른 신체 부위로부터도 수집될 수 있다는 것이 인식되어야 한다. 또한, 도 2 의 마이크로-샘플러 (100) 를 참조하여 기법을 설명하겠지만, 이런 기법에 관하여 다른 유형의 통합형 장치 또는 일회용품이 이용될 수 있다. 절개부를 형성하기 전에, 도 12 에 도시된 바와 같이, 압착 부재 (90) 가 손가락 (168) 에 눌린다. 압착 부재 (90) 는 충분한 힘으로 손가락 (168) 의 원하는 절개 부위 (170) 에 눌리며, 그에 따라 압착 부재 (90) 는 랜싱 동안 절개 부위 (170) 로부터의 혈액 (및/또는 간질액) 의 누출을 억제하도록 격리 영역의 주변을 규정한다. 주변 힘은 피부의 격리된 퍼진 영역 (isolated perfused area) 을 형성하도록 짧은 기간 동안 압착 부재 (90) 에 의해 가해진다. 도 13 을 보면, 마이크로-샘플러 (100) 는, 첨단 (106) 이 압착 부재 (90) 의 개구부를 통해 연장되어 비교적 짧은 시간에 충분한 깊이로 피부 (168) 를 베어 하나 이상의 모세관을 절단하도록, 발사 기구 (70) 에 의해 발사된다. 일 형태에서, 마이크로-샘플러 (100) 는 1.2 m/s 이상의 속도로 발사되고, 최적의 속도는 1.5 m/s 이다. 마이크로-샘플러 (100) 는 5 ms 에 또는 그 이내에, 그리고 바람직하게는 3 ms 에 또는 그 이내에 그 최대 관통 깊이에 도달한다. 이러한 신속한 랜싱이 고통을 최소화시킨다는 것을 알아냈다.

약간의 체액은 초기 관통 동안 모세관 채널 (112) 에서 수집될 수도 있지만, 체액의 대부분은 최대 관통 깊이가 도달된 후에 수집된다. 최대 관통 깊이에 도달한 후, 마이크로-샘플러 (100) 의 첨단 (106) 은 최대 깊이에서 유지되거나 체재할 수 있고, 또는 부분적으로 수축될 수 있지만, 계속 피부 (168) 의 표면 밑에서 유지된다. 발명자는, 개방된 모세관 채널 (112) 의 적어도 일부를 마이크로-샘플러 (100) 의 초기 관통보다 더 긴 기간 동안 피부 내측에 체재하게 하는 것이 신속한 체액 수집을 상당히 향상시킨다는 것을 알아냈다. 이러한 체재 시간 동안, 마이크로-샘플러 (100) 는 고정되거나 피부 (168) 로부터 회수되는 과정에 있을 수 있다.

사용되는 통합형 일회용품에 따라, 체액 수집은 수개의 방식으로 나타날 수 있다. 예컨대, 체액 수집은 모기처럼 피부 (168) 아래서 나타나거나, 흡혈박쥐처럼 피부 (168) 위에서 나타나거나, 양 기법의 조합을 이용하여 나타날 수 있다. 예컨대, 상기 마이크로-샘플러 (100) 는 피부 표면 아래 및/또는 위에서 체액을 수집할 수 있지만, 선택된 실시형태에서, 마이크로-샘플러 (100) 는 일반적으로 모기처럼 피부 밑에서 체액의 대부분을 수집한다. 마이크로-샘플러 (100) 의 모세관 채널 (112) 은 그 길이를 따라 개방되어 있어, 개방된 모세관 채널 (112) 은 모세관 작용을 통해 피부 밑에서 혈액을 빨아내는 동시에 피부의 표면 위에 고여 있는 혈액 (또는 다른 체액) 을 수집하도록 피부 표면 위로 연장될 수 있다. 더 작은 샘플 크기가 더 얕은 관통 깊이를 허용하고 이는 다시 랜싱 동안 경험하게 되는 고통을 감소시키기 때문에, 샘플 크기는 분석을 위해 가능한 작은 것이 바람직하다. 또한, 더 작은 샘플 크기는 전형적으로 소비자를 위해 바람직한 특성인 더 빠른 분석 시간을 허용한다.

도 14 는, 첨단 (106) 이 피부 (168) 밑에 유지되는 동안 체액 (172) 이 모세관 채널 (112) 을 따라 끌어 올려지는 것을 나타낸다. 도면 부호 174 는 모세관 채널 (112) 을 따라 빨리는 체액 (172) 의 최전방부 (leading edge) 또는 메니스커스를 나타낸다. 이하에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 체액 (172) 의 일부는, 체액이 나중에 모세관 채널 (112) 안으로 빨릴 수 있는 위치에서, 모세관 채널 (112) 의 외측에서 마이크로 샘플러 (100) 에 부착되어 있을 수 있다. 체액 (172) 의 하나 이상의 방울 (176) 이 모세관 채널 (112) 을 따라 마이크로 샘플러 (100) 에 및/또는 피부 (168) 에 형성될 수 있다. 도 15 에서 볼 수 있는 바와 같이, 첨단 (106) 이 피부 (168) 로부터의 제거에 가까워짐에 따라, 단일 방울 (176) 이 마이크로-샘플러 (100) 의 축 (104) 을 따라 피부 (168) 에 형성된다. 특히, 방울 (176) 은 모세관 채널 개구부 (126) 부근에 형성된다. 방울 (176) 은 다른 곳에도 형성될 수 있다. 도 16 을 보면, 체액 (172) 의 제 2 방울 (178) (또는, 때때로 공기 방울이기도 함) 이 마이크로 샘플러 (100) 에서 축 (104) 과 본체 (102) 사이의 천이부에 형성된다. 방울 형성을 용이하게 하기 위해서, 축 (104) 과 같은 마이크로 샘플러 (100) 의 부분 및/또는 모세관 채널 (112) 을 따른 부분이 친수성으로 처리되거나 친수성으로 만들어질 수 있다. 체액 (172) 이 모세관 채널 안으로 빨릴 수 없는 그리고/또는 개방된 구간 (124) 에 있는 영역과 같은 마이크로-샘플러 (100) 의 다른 영역은 소수성으로 처리되거나 소수성으로 만들어질 수 있고, 그에 따라 선택된 영역에서 방울 형성을 억제한다.

상기와 같이, 마이크로-샘플러 (100) 의 개방된 구간 (124) 의 특별한 크기가 신속한 체액 수집을 촉진하기 위한 요인이라는 것을 예상치않게 발견하였다. 전혀 확실하지는 않지만, 개방된 구간 (124) 은 체액 (172) 의 방울 (176) 을 마이크로 샘플러 (100) 의 모세관 채널 입구 (126) 에 유지시키는 역할을 할 수도 있고, 따라서 체액 (172) 은 마이크로 샘플러 (100) 가 피부 (168) 로부터 제거된 후에 모세관 채널 (112) 안으로 나중에 빨릴 수 있는 것으로 생각된다. 도 16 을 참조하면, 모세관 채널 입구 (126) 의 방울 (176) 은 개방된 구간 (124) 에서 피부의 방울 (180) 로부터 분리된다. 도 16 및 도 17 에 도시되어 있는 바와 같이, 개방된 구간 (124) 은, 피부 (168) 의 방울 (180) 이 마이크로 샘플러 (100) 의 방울 (176) 로부터 체액 (176) 을 빨아내지 않는 상태에서, 마이크로 샘플러 (100) 의 방울 (176) 및 피부 (168) 의 방울 (180) 이 분리되는 것을 허용한다는 것이 이론화된다. 마이크로 샘플러 (100) 는, 개인에 따라 전형적으로 대략 약 100 ms 내지 200 ms 내인 반사 작용 시간 내에 피부 (168) 로부터 완전히 회수된다. 피부 (168) 로부터의 첨단 (106) 이 회수되면, 방울 (176) 은 모세관 채널 입구 (126) 주위에서 마이크로 샘플러 (100) 에 유지된다. 피부 (168) 로부터의 마이크로 샘플러 (100) 의 회수 전, 회수시 또는 회수 후에, 압착 부재 (90) 에 의해 가해진 힘은 해제될 수 있다.

마이크로 샘플러 (100) 의 방울 (176, 178) 은, 본질적으로 마이크로 샘플러 (100) 의 첨단 (106) 이 피부 (168) 로부터 회수된 후에도 모세관 채널 (112) 의 충전이 계속되도록 하는 마이크로 샘플러 (100) 상의 공급원을 형성한다. 회수 후 모세관 채널을 충전시키는 이런 능력은, 마이크로 샘플러 (100) 가 피부 (168) 를 관통하고 반사 작용이 나타나기 전과 같은 짧은 기간에 회수되는 경우에도, 성공적인 체액 수집을 용이하게 한다. 도 17 및 도 18 은 마이크로 샘플러 (100) 상의 체액 (172) 의 방울 (176, 178) 이 모세관 채널 (112) 의 충전을 어떻게 완료하는지를 나타낸다. 도 17 의 체액 (172) 의 최전방부 (174) 에 의해 보이는 바와 같이, 체액 (172) 은 아직 모세관 채널 (112) 을 완전히 충전하지 않았지만, 방울 (176) (및 방울 (178)) 은 모세관 안으로 빨릴 수 있는 체액 (172) 의 보존물 (reserve) 을 제공한다. 도 18 은, 모세관 채널 입구 (126) 에서 방울 (176) 을 형성한 체액 (172) 이 체액 (172) 의 최전방부 (174) 가 모세관 채널 (112) 의 단부에 위치되도록 모세관 채널 (112) 을 충전하고 있는 것을 나타낸다.

상기 도면의 모두 (도 12 ~ 도 18) 에서, 시험 장치 (111) 는, 모세관 채널 (112) 을 충전하는 체액 (172) 을 쉽게 볼 수 있도록 도시되어 있지 않다. 체액 (172) 은 모세관이 부분적으로 또는 완전히 충전될 때 시험 장치 (111) 에의 퇴적을 시작할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 일 실시형태에서, 모세관 채널 (112) 은 정확한 시험을 위해 요구되는 용적 이상의 용적을 가지며, 마이크로 샘플러 (100) 는 모세관 채널 (112) 이 체액 (172) 으로 충전된 후에만 시험 장치 (111) 에 체액을 퇴적시키도록 구성된다.

상기와 같이, 발명자는, 서브-마이크로리터 또는 나노리터 범위의 샘플에서의 부정확한 시험 결과에 대한 한가지 원인은 체액 수집과 분석 동안의 샘플의 증발에 의해 유발된다는 것을 발견하였다. 이런 작은 시험 용적에 있어서, 용적의 약간의 변동만으로도 분석물 농도 수치에서 상당한 차이가 유발될 수 있다. 마이크로 샘플러 (100) 의 모세관 채널 (112) 은 증발이 쉬운 개방된 구성을 가진다는 것을 인식하여야 한다. 이러한 개방된 모세관 채널로부터의 이런 증발의 문제는 피부를 찌르고 나서 500 ms 내에 샘플 분석 장치 (111) 에 샘플을 빨아내고 퇴적시킴으로써 다루어진다. 다른 양태에서, 체액은 증발을 더 감소시키기 위해서 150 ms 또는 200 ms 내에 퇴적되고, 추가의 양태에서, 체액은 100 ms 및 심지어 75 ms 내에 퇴적되고 이는 추가의 이점을 제공한다. 이러한 신속한 방식으로 수집된 체액을 퇴적시킴으로써, 최소한의 증발만이 발생할 수 있고, 이에 따라 더 정확한 결과가 나온다. 상기 시간은 피부 (168) 안으로의 마이크로 샘플러 (100) 의 초기의 관통으로부터 측정된다. 일 실시형태에서, 이런 시간의 측정은 시험을 위한 충분한 양의 체액이 시험 장치 (111) 에 퇴적되면 멈춰진다. 이런 최종 시간은 마이크로 샘플러 (100) 내의 방울 검출기 등의 사용을 통해 감지될 수 있다. 신속한 퇴적은 다른 기간에 대해 측정되거나 다른 기간에 기초한다는 것을 인식해야 한다. 예컨대, 퇴적 시간은, 샘플이 시험 수단에 퇴적 및/또는 흡수되기 전에 공기에 얼마나 오랫동안 노출되는지에 기초할 수 있다.

반사 작용이 나타나기 전 성공적인 체액 수집을 달성하기 위한 상기 한가지 요인은 절개부 형성 동안 마이크로 샘플러 (100) 를 연장 및 수축시키기 위해 사용되는 랜싱 또는 찌름 프로파일이다. 프로파일은 비교적 빠른 찌름 또는 연장 상태와 그 후의 피부로부터의 마이크로 샘플러 (100) 의 비교적 긴 회수 상태를 포함해야 한다는 것을 발견하였다. 빠른 관통 스트로크는 고통을 감소시키고 회수 스트로크를 위해 가용한 시간을 증가시키기 위한 것으로 생각되며, 더 긴 회수 스트로크는 피부 밑의 모세관 채널 (112) 의 체류 시간을 증가시키며, 이는 수집된 체액의 양을 증가시키기 위한 것으로 생각된다.

도 19 는 신속한 방식으로 체액을 채취하는 일 기법에 따른 마이크로 샘플러 (100) 에 대한 랜싱 프로파일을 설명하는 그래프 (190) 를 나타낸다. 그래프 (190) 의 X 축 (192) 은 시간을 나타내고, Y 축 (194) 은 마이크로 샘플러 (100) 의 첨단 (106) 의 이동 거리를 나타낸다. 프로파일 라인 (196) 은 마이크로 샘플러 (100) 의 랜싱 프로파일을 설명하고, 파선 (198) 은 피부 표면을 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로 샘플러 (100) 가 발사되고 3 ms 내에 최대 관통 깊이에 도달한다. 일단 이 실시예에서 약 1.6 mm 내지 1.7 mm 인 첨단 (106) 의 최대 관통 깊이가 도달되면, 마이크로 샘플러 (100) 는 일반적으로 일정한 율로 회수되기 시작한다. 즉, 이 실시예의 마이크로 샘플러 (100) 의 첨단 (106) 은 일반적으로 피부로부터 수축되기 전에 최대 관통 깊이에서 체재하거나 체류하지 않는다. 도시된 경우에 있어서, 첨단 (106) 은 피부로부터 회수되기 전에 약 497 ms 동안 일반적으로 연속적인 율로 회수되고, 피부 내에서의 총 체재 시간이 약 500 ms 이다. 마이크로 샘플러 (100) 의 첨단 (106) 이 피부 내에서 회수될 때, 마이크로 샘플러 (100) 는 체액을 수집하고, 한 번은 피부로부터 제거되며, 마이크로 샘플러 (100) 는 적어도 짧은 기간 동안 피부의 표면으로부터 체액을 수집할 수 있다.

도 20 은 체액을 신속하게 채취하는 다른 기법에 따른 마이크로-샘플러 (100) 에 대한 랜싱 프로파일을 도시하는 그래프 (200) 를 나타낸다. 프로파일 라인 (206) 은 마이크로-샘플러 (100) 의 랜싱 프로파일을 나타내고, 파선 (198) 은 피부 표면을 나타낸다. 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로-샘플러 (100) 의 첨단 (106) 은 약 1.6 mm 내지 1.7 mm 의 최대 관통 깊이에 도달하고 3 ms 내에 약 0.8 mm 로 회수된다. 첨단 (106) 의 부분적인 회수는 절개부 내의 체액의 고임을 촉진하고, 이 체액은 다시 모세관 채널 (112) 에 의해 수집될 수 있다는 것이 이론화된다. 마이크로-샘플러 (100) 의 첨단 (106) 은 약 477 ms 동안 체액을 수집하기 위해 0.8 mm 깊이에서 체재하고, 마이크로-샘플러 (100) 의 첨단 (106) 은 약 5 ms 내에 피부로부터 신속하게 제거된다. 마이크로-샘플러 (100) 가 피부 내에 체재하는 총 시간은 이 실시예에서 대략 485 ms 이다. 도 20 에 도시된 기법에서의 빠른 랜싱 (lance), 부분적인 회수, 긴 체재, 및 빠른 완전한 회수 단계는 성공적인 신속한 체액 수집을 촉진시킨 것으로 생각된다. 다른 실시예에서 특정 시간은 변화될 수 있는 것으로 인식되어야 한다.

일 실험에서, 20 실험대상 (subject) 에 대하여 마이크로-샘플러 구성 당 140 스틱 (stick) 을 포함하는 마이크로-샘플러 충전의 성공률을 평가하였다. 3 가지 유형의 마이크로-샘플러 구성을 사용하였다: 구성 A, 구성 B 및 구성 C. 실제 실험에서, 마이크로-샘플러 구성 A, B 및 C 를 각각 마이크로-샘플러 구성 "87", "88" 및 "89" 라 하였다. 마이크로-샘플러 구성 A, B 및 C 는 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5 에 도시된 마이크로-샘플러 (100) 와 유사하였다. 그러나, 이런 구성에서 첨단 (106) 으로부터 모세관 채널 개구부 (126) 까지의 거리에 의해 규정된 바와 같은 개방된 구간 (124) 의 길이 (136) 는 변한다 (도 3 참조). 특히, 마이크로-샘플러 구성 A, B 및 C 에 대한 개방된 구간 (124) 의 길이 (136) 는 각각 382 ㎛, 425 ㎛ 및 573 ㎛ 였다. 실험에서, 4.5 mm 및 8.6 mm 의 길이를 가지는 모세관 채널 (112) 을 시험하였다. 충전은, 모세관 채널 (112) 의 전체 길이가 이 경우에는 혈액을 포함한 체액으로 충전될 때 성공적인 것으로 고려되었다. 인식되어야 하는 바와 같이, 모세관 채널 (112) 의 거의 전체 길이가 충전되지 않은 경우, 혈액은 분석 장치 (111) 에 퇴적될 수 없을 것이다.

모든 실험대상을 1.6 mm 의 동일한 깊이로 랜싱하였다. 실험에서, 압착 조립체 (144) (또는, "코너스" 라고도 함) 는 체액 압착을 위해 실험대상의 손가락에 10 N 의 힘을 가하였다. 피부 내의 체액을 가압하기 위해 절개부가 형성되기 전에 압착 유닛 (146) 으로 손가락에 힘을 가하였다. 이런 힘은 절개부가 형성될 때 그리고 샘플 수집 동안 연속적으로 가해졌다. 도 19 의 상기 그래프 (190) 는 실험에서 사용된 찌름 프로파일의 실시예를 나타낸다. 프로파일의 랜싱 부분은 비교적 빠르고 일정했으며, 마이크로-샘플러 (100) 의 회수는 비교적 느린 연속적인 단일 상태 단계였다. 일 실시예에서, 초기 접촉에서의 마이크로-샘플러 (100) 의 속도는 1.3 m/s 이상이었고, 마이크로-샘플러 (100) 의 첨단 (106) 은 3 ms ~ 5 ms 내에 1.6 mm 의 최대 관통 깊이에 도달했다. 회수 시간은 25 ms 내지 500 ms 에서 변하였다. 실험의 모든 경우에서, 피부 밖으로의 마이크로-샘플러의 완전한 회수는 1000 ms 미만에 나타났다. 이하의 표 1 은 마이크로-샘플러 구성 A, B 및 C 를 가지는 4.5 mm 및 8.6 mm 의 긴 모세관 채널 (112) 의 충전에 대한 성공률을 나타낸다. 도 21 의 그래프 (210) 는 4.5 mm 의 긴 모세관 채널 (112) 을 가지는 구성에 대한 동일한 데이터의 확장도 (expanded view) 를 나타낸다. 도 21 의 그래프 (210) 의 "채널 충전 시간" 은 이하의 표 1 에 나타낸 "회수 시간" 과 동일하다는 것을 유의해야 한다. 또한, 회수 시간은 회수 시점까지 경과된 총 시간에 기초하고, 따라서 총 시간은 최대 관통 깊이에 도달하는데 필요한 시간과 피부로부터 마이크로-샘플러 (100) 를 회수하는데 요구되는 시간을 모두 포함한다. 예컨대, 이하의 표 1 의 500 ms 의 회수 시간은 최대 관통 깊이에 도달하는데 요구되는 3 ms 와 피부로부터 마이크로-샘플러 (100) 를 회수하는데 요구되는 497 ms 를 포함한다.

개방된 구간 (124) 의 길이 (136) 는 비교적 짧은 체액 수집 시간 동안 성공률을 급격하게 향상시켰다는 것을 예상치않게 알아냈다. 도 21 에서 볼 수 있는 바와 같이, 200 ms 의 회수 시간을 가지는 찌름 프로파일 및 손가락에 10 N 의 힘을 가하는 압착 유닛 (146) 을 가지는 4.5 mm 의 긴 모세관 채널에 대하여 마이크로-샘플러 구성 (B) (425 ㎛ 길이 (136) 를 가지는 개방된 구간 (124)) 으로 100 % (n = 140 스틱) 모세관 충전의 성공률이 달성되었다. 다른 구성과 비교하여, 마이크로 샘플러 B 구성은 상당히 더 짧은 기간에 100 % 충전 성공률을 달성하였다. 절개부 형성 및 샘플 수집 단계의 양자에 대한 100 % 채널 충전 성공률에 관하여, 전체적인 시험에 대한 성공률을 제어하는 유일한 변수는 체액 샘플을 분석하기 위해 사용된 시험 스트립 (또는 다른 시험 수단) 의 신뢰성이다. 이런 100 % 샘플 수집 성공률의 중요성은, 마이크로-샘플러에 대한 전체적인 성공률이 오늘날의 (또는 심지어 미래의) 시험 스트립과 유사하거나 또는 심지어 동일할 것이라는 것이다.

모든 단계가 신속하게 실행되도록 통합되어 있는 구성에 관하여, 전체적인 시험 성공률은 사용자에 의한 수동적인 처리가 더 적기 때문에 전통적인 구성에서 보다 심지어 더 우수할 수도 있다는 것이 예상된다. 전통적인 (비통합형) 시험 스트립에 관하여, 체액 샘플 크기는 사용자의 손-눈 조합 (hand-eye coordination) 및 운동 기능 (motor skill) 에 의해 다소 제한된다. 혈액의 방울이 너무 작은 경우, 사용자는 혈액 또는 다른 체액 샘플을 수집하도록 시험 스트립을 적절히 위치시킬 수 없을 것이다. 더 작은 샘플 크기를 허용하는 시험 스트립 기술의 도래로, 제한 요인은 샘플을 수집하기 위한 사용자의 능력이 될 것이다. 인식되어야 하는 바와 같이, 더 작은 샘플 크기는 더 얕은 관통 깊이에서 획득될 수 있고, 이런 더 얕은 관통 깊이는 다시 사용자에게 더 적은 고통을 준다. 마찬가지로, 샘플이 수집되고 분석되는 속도는 샘플을 수집하고 시험 스트립을 계기에 탑재하기 위한 사용자의 능력으로 제한될 것이다. 시험이 더 빨리 완료될수록, 사용자가 시험을 하는데 걸리는 시간을 덜 낭비하기 때문에 사용자에게는 더 편리하다.

피부 탄력과 같은 피부 특성의 변화에 따라 피부 안으로의 실제 관통 깊이가 변화될 수 있다. 예컨대, 발사 기구 (70) 는 1.6 mm 로 설정되지만, 실제 관통 깊이는 실제로 1.2 mm 일 수도 있다. 이와 관련하여, 피부 변화를 보상한 제 2 연구가 2 명의 개인에 대해 실행되었다. 즉, 피부 관통 깊이가 개인마다 정확하게 제어되거나 조정되었다. 이 실험에서의 랜싱 깊이는 원래 1.6 mm 로 설정되었다. 실험대상이 랜싱되었고 체액이 수집되었다. 상기 유형의 압착 유닛 (146) 은, 피부가 뚫리기 전 그리고 샘플이 수집될 때까지, 손가락에 대해 피부에 4 N 내지 10 N 사이의 힘을 가하기 위해 사용되었다. 도 19 의 그래프 (190) 에 도시된 랜싱 프로파일이 실험 동안 사용되었다 (즉, 최대 깊이로의 신속한 진입 및 피부 밖으로의 비교적 느린 연속적인 회수). 300 nℓ 의 체액이 수집된 경우, 발사 기구에서의 설정은 절반으로 감소되었고, 300 nℓ 가 일관되게 수집될 수 있는 최소 깊이가 달성될 때까지 체액 수집 과정이 반복되었다.

최소 또는 조정된 깊이 설정이 개별 실험대상으로부터 체액을 수집하기 위해 사용되었다. 이하의 표 2 및 표 3 은 각각 마이크로-샘플러 구성 A 및 B 로 8.6 mm 채널을 충전하는 것에 대한 이 실험에서의 성공률을 나타낸다.

표 2 및 표 3 에서 볼 수 있는 바와 같이, 마이크로-샘플러 구성 A 및 B 의 양자로 적어도 10 N 의 압착력 및 75 ms 의 회수 시간을 가지는 8.6 mm 채널 충전 (또는 그 미만) 에 대하여 100 % 성공률이 달성되었다. 75 ms 의 회수 시간에, 개인의 반사 작용 전에 체액 수집이 나타날 수 있다. 구성 A 에 비해, 마이크로-샘플러 B 구성은 다른 회수 시간에 향상된 체액 수집 성공을 가졌다.

성공적인 신속한 체액 수집을 달성하는, 압착에 의해 피부에 가해질 수 있는 최소 힘을 결정하기 위해 추가의 실험이 실행되었다. 도 8, 도 9, 도 10 및 도 11 에 도시된 압착 유닛 (90) 은 마이크로-샘플러 구성 B 에 대해 상이한 힘 레벨에서 시험되었다. 구체적으로는, 4.0 N, 6.0 N 및 8.0 N 이 각각의 압착 유닛 (90) 에 의해 피부에 가해졌다. 또한, 마이크로-샘플러 (100) 가 피부 밑에 체재하는 총 시간 (초기 관통으로부터 완전한 제거까지) 이 3 개의 상이한 시간에서 시험되었다: 75 ms, 500 ms 및 1000 ms. 도 19 의 그래프의 랜싱 프로파일 (196) 이 체액 수집 동안 사용되었다. 각각의 시험에서, 모세관 채널 (112) 의 적어도 4.5 mm 길이가 충전되었을 때, 모세관 채널 충전이 성공적인 것으로 고려되었다. 도 22 의 그래프 (220) 는 도 8 에 도시된 o-링 유형 압착 부재 (160) 에 대한 시험 결과를 나타낸다. 도 23 에서, 그래프 (230) 는 도 9 의 반 S 자형 압착 부재 (162) 에 대한 시험 결과를 나타낸다. 도 24 의 그래프 (240) 는 도 10 의 코너스 유형 압착 부재 (164) 에 대한 시험 결과를 나타내고, 도 25 에서 그래프 (250) 는 도 11 의 경질 압착 부재 (166) 에 대한 시험 결과를 나타낸다. 이런 결과로부터, 일반적으로 시험되는 압착 유닛 (90) 의 어떤 것으로 8.0 N 의 압착력 또는 가압력이 피부에 가해졌을 때, 반사 작용이 발생할 수 있기 전에, 마이크로-샘플러 (100) 가 초기 관통으로부터 75 ms 내에 회수되었을 때, 체액이 성공적으로 수집될 수 있었다는 것을 인식하여야 한다. 6.0 N 의 힘 레벨에서, 상업적으로 수용가능한 샘플 수집 성공률이 코너스 (164) 및 경질 (166) 압착 유닛에 대하여 75 ms 의 시간에 달성되었다.

본 발명을 도면 및 상기 설명에서 상세하게 도시하고 설명하였지만, 이는 특징을 설명하기 위한 것이지 제한하려는 것은 아니며, 단지 바람직한 실시형태가 도시되었고 설명되었으며, 이하의 청구항에 의해 규정되는 본 발명의 사상 내에 있는 모든 변화, 균등물 및 변형은 보호될 것이 소망된다.

Claims

피부에 누르기 위한 압착 유닛;
피부를 찌른 후에 체액을 수집하기 위한 체액 수집 구조체를 포함하는 피부를 찌르기 위한 피부 찌름 부재; 및
피부로부터 피부 찌름 부재를 제거하기 위한 수단을 포함하고, 그리고
피부를 찌른 결과로서 반사 작용이 나타나기 전에 체액을 수집하고 피부 찌름 부재를 제거하는, 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 체액의 수집은 적어도 350 ㎛ 및 최대 600 ㎛ 의 길이를 가지는 개방된 구간을 가지는 첨단을 구비하는 피부 찌름 부재로 체액을 수집하는 것을 포함하는, 장치.
피부로부터 체액을 빨아내기 위한 개방된 모세관 채널을 가지는 마이크로-샘플러, 및
시험 결과에 상당히 영향을 주는 샘플의 증발을 감소시키는 기간 내에 개방된 모세관 채널로부터의 체액이 퇴적되는 분석 수단을 포함하는, 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 체액의 퇴적은 상기 체액의 빨아내기로부터 500 ms 내에 발생하는, 장치.
피부에 압착 유닛을 누르는 단계;
체액 수집 구조체를 포함하는 피부 찌름 부재로 피부를 찌르는 단계;
상기 피부를 찌르는 단계 후에 체액 수집 구조체로 체액을 수집하는 단계;
피부로부터 피부 찌름 부재를 제거하는 단계를 포함하고; 그리고
상기 체액을 수집하는 단계 및 상기 피부 찌름 부재를 제거하는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계의 결과로서 반사 작용이 나타나기 전에 발생하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 체액을 수집하는 단계는 적어도 350 ㎛ 및 최대 600 ㎛ 의 길이를 가지는 개방된 구간을 가지는 첨단을 구비하는 피부 찌름 부재로 체액을 수집하는 것을 포함하는, 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 개방된 구간의 길이는 약 425 ㎛ 인, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 체액을 수집하는 단계 및 상기 피부 찌름 부재를 제거하는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계의 시작으로부터 150 ms 내에 발생하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 체액을 수집하는 단계 및 상기 피부 찌름 부재를 제거하는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계의 시작으로부터 100 ms 내에 발생하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 체액을 수집하는 단계 및 상기 피부 찌름 부재를 제거하는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계의 시작으로부터 75 ms 내에 발생하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 추가로,
압력 반응형 트리거로 소정의 힘이 도달되는지를 검출하는 단계; 및
상기 검출에 대한 응답으로 상기 피부를 찌르는 단계를 개시하는 단계를 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 누르는 단계는 피부에 적어도 6 N 의 힘을 가하는 것을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 누르는 단계는 피부에 적어도 8 N 의 힘을 가하는 것을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 누르는 단계는 피부에 적어도 10 N 의 힘을 가하는 것을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 누르는 단계는 피부에 적어도 12 N 의 힘을 가하는 것을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 체액을 수집하는 단계는 20 nℓ 내지 1 ㎕ 의 체액을 수집하는 것을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 체액을 수집하는 단계는 200 nℓ 내지 300 nℓ 의 체액을 수집하는 것을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 찌르는 단계는, 찌름 부재가 최대 관통 깊이로 연장되는 연장 상태와 그 후에 찌름 부재가 최대 관통 깊이로부터 수축되는 회수 상태를 포함하고; 그리고
회수 상태는 연장 상태보다 더 긴, 방법.
제 18 항에 있어서,
상기 찌르는 단계는 회수 상태 동안 피부 밑의 체재 깊이에 찌름 부재를 유지시키는 것을 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 추가로,
상기 체액 수집 구조체는 개방된 모세관 채널을 포함하고; 그리고
상기 피부를 찌르는 단계로부터 200 ms 내에 분석 수단에 체액을 퇴적시키는 단계를 포함하는, 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 퇴적 단계는 상기 피부를 찌르는 단계로부터 75 ms 내에 발생하는, 방법.
제 20 항에 있어서,
분석 수단으로 체액을 분석하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 추가로,
상기 체액을 수집하는 단계는 피부 찌름 부재의 외측에 체액을 부착시키는 것을 포함하고; 그리고
상기 피부로부터 피부 찌름 부재를 제거하는 단계 후에, 피부 찌름 부재의 외측의 체액을 체액 수집 구조체 안으로 빨아내는 단계를 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 찌르는 단계로부터 10 초 내에 체액 샘플을 분석하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 체액을 수집하는 단계 및 상기 피부 찌름 부재를 제거하는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계의 시작으로부터 75 ms 내지 200 ms 에 발생하는 것을 더 포함하는, 방법.
제 5 항에 있어서, 추가로,
피부 찌름 부재가 마이크로-샘플러를 구비하고,
이 마이크로-샘플러는, 첨단을 가지는 축, 축을 따라 규정된 개방된 모세관 채널, 및 축의 첨단으로부터 350 ㎛ 내지 600 ㎛ 에 우묵하게 형성되는 모세관 채널의 입구를 구비하며; 그리고
상기 피부를 찌르는 단계 동안보다 더 느린 속도에서 피부로부터 마이크로-샘플러를 제거하는 단계; 및
정확한 시험을 위한 충분한 체액 샘플이 적어도 마이크로-샘플러에 달라붙은 상태에서 반사 작용이 나타나기 전에 피부로부터 마이크로-샘플러를 완전히 제거하는 단계를 포함하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 누르는 단계는 적어도 6 N 의 힘으로 피부에 압착 부재를 누르는 것을 포함하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 제거하는 단계는 상기 찌르는 단계로부터 75 ms 내에 발생하는, 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 누르는 단계는 적어도 8 N 의 힘으로 피부에 압착 부재를 누르는 것을 포함하는, 방법.
제 29 항에 있어서,
상기 압착 부재는 링-형상인, 방법.
제 30 항에 있어서,
상기 압착 부재는 가요성 원뿔-유형 압착 링을 포함하는, 방법.
제 29 항에 있어서,
상기 모세관 채널의 입구는 축의 첨단으로부터 약 425 ㎛ 에 우묵하게 형성되어 있는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 누르는 단계는 적어도 8 N 의 힘으로 피부에 압착 부재를 누르는 것을 포함하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 누르는 단계는 최대 12 N 의 힘으로 피부에 압착 부재를 누르는 것을 포함하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 정확한 시험을 위한 충분한 체액 샘플은 적어도 200 nℓ 및 최대 1 ㎕ 인, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 제거하는 단계는 상기 찌르는 단계로부터 150 ms 내에 발생하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 피부로부터 마이크로-샘플러를 완전히 제거하는 단계 후에 모세관 채널 외측에 있는 마이크로-샘플러에 달라붙은 체액의 적어도 일부를 모세관 채널 안으로 빨아내는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 피부로부터 마이크로-샘플러를 완전히 제거하는 단계 전에 정확한 시험을 위한 충분한 체액 샘플을 모세관 채널 안으로 빨아내는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 피부로부터 마이크로-샘플러를 완전히 제거하는 단계는 촉각에 기초한 반사작용 전에 발생하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 피부로부터 마이크로-샘플러를 완전히 제거하는 단계는 시각에 기초한 반사작용 전에 발생하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
압착 부재가 적어도 소정의 힘까지 피부에 눌릴 때 마이크로-샘플러를 발사하는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 26 항에 있어서,
체액 샘플의 상당한 증발이 발생하기 전에 마이크로-샘플러의 분석 수단 위에 체액 샘플을 퇴적시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
제 42 항에 있어서,
상기 분석 수단 위에 체액 샘플을 퇴적시키는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계로부터 약 500 ms 내에 발생하는, 방법.
제 43 항에 있어서,
상기 분석 수단 위에 체액 샘플을 퇴적시키는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계로부터 약 75 ms 내에 발생하는, 방법.
제 26 항에 있어서, 추가로,
상기 피부를 찌르는 단계 전에 계기에 마이크로-샘플러를 탑재하는 단계; 및
상기 피부로부터 마이크로-샘플러를 완전히 제거하는 단계 후에 계기로부터 마이크로-샘플러를 탈거하는 단계를 포함하는, 방법.
피부로부터의 체액을 마이크로-샘플러의 개방된 모세관 채널 안으로 빨아내는 단계; 및
시험 결과에 상당한 영향을 주는 샘플의 증발을 감소시키는 기간 내에 개방된 모세관 채널로부터의 체액을 분석 수단 위에 퇴적시키는 단계를 포함하는, 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 체액을 퇴적시키는 단계는 상기 체액을 빨아내는 단계로부터 500 ms 내에 발생하는, 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 체액을 퇴적시키는 단계는 상기 체액을 빨아내는 단계로부터 75 ms 내에 발생하는, 방법.
제 46 항에 있어서,
상기 빨아내는 단계 전에 마이크로-샘플러로 피부를 찌르는 단계를 더 포함하고; 그리고
상기 체액을 퇴적시키는 단계는 상기 피부를 찌르는 단계로부터 75 ms 내에 빨아내는, 방법.
반사 작용이 나타나기 전에 피부로부터 체액을 수집하도록 구성된 마이크로-샘플러를 포함하고, 이 마이크로 샘플러는,
본체,
피부를 관통하도록 본체로부터 연장되는 뾰족한 첨단을 가지는 축, 및
모세관 작용을 통해 체액을 수집하기 위한 모세관 채널 개구부를 구비하는 축을 따라 연장되는 개방된 모세관 채널을 포함하고, 모세관 채널은 친수성이며, 모세관 채널 개구부는 뾰족한 첨단으로부터 350 ㎛ 내지 600 ㎛ 사이에 위치되는, 장치.
제 50 항에 있어서,
상기 모세관 채널 개구부는 뾰족한 첨단으로부터 약 425 ㎛ 에 위치되는, 장치.
제 50 항에 있어서,
상기 뾰족한 첨단은 20 °내지 40 °의 블레이드 각을 가지는, 장치.
제 50 항에 있어서,
상기 모세관 채널은 0.7 내지 1.6 의 가로세로비를 가지는, 장치.
제 50 항에 있어서,
마이크로-샘플러를 피부 안으로 발사하기 위한 발사 기구를 더 포함하고, 이 발사 기구는 적어도 6 N 의 힘이 피부에 가해질 때 발사 기구를 발사하도록 구성된 압력 반응형 트리거를 포함하는, 장치.
제 50 항에 있어서,
마이크로-샘플러가 탑재되어 있는 계기를 더 포함하고, 이 계기는 가요성 재료로 오버몰딩되는 경질 내측 링으로 형성된 압착 링을 포함하는, 장치.
제 5 항 내지 제 50 항에 따른 방법의 이용을 위한 제 1 항 또는 제 3 항의 장치.