[发明专利]皮下葡萄糖传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量皮下组织内的葡萄糖的传感器和皮下葡萄糖测量的方法。

背景技术

对1型和2型糖尿病患者的研究成果(The Diabetes Control and Complications Trial、Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications 和United Kingdom Prospective Diabetes Study)已表明，通过频繁监测以及治疗应用或饮食管理更好地控制葡萄糖会改善患者的结果(减缓眼、肾和神经疾病和降低心脏血管疾病和中风的风险)。然而，使用者反对通过指刺频繁采血，然后通过多种可用的手持式血糖仪测量葡萄糖浓度。

对于目前使用的葡萄糖监测技术的另一难点在于它仅提供葡萄糖水平的间歇测量。对于“脆弱的”糖尿病，葡萄糖起伏现象经常猛烈且频繁，并难以置于控制之下，因而作为预防低血糖，连续监测葡萄糖具有显著优点，尤其是在睡眠期间。

有时，将不固定的胰岛素输液泵植入糖尿病患者。在此类病人中，需要连续监测葡萄糖以避免疏忽低血糖。

家庭类糖尿病患者连续地测量葡萄糖必须通过实际接入部位来进行。接入静脉或动脉放置传感器对于家庭糖尿病患者将会是行不通的。然而，皮下组织已被确定为可行的接入点。已开发了通过皮下组织接入葡萄糖的连续的葡萄糖传感器，通常基于电化学技术和葡萄糖选择性酶，如葡萄糖氧化酶。这些传感器对酶的变性敏感，尤其是在生物环境下对酶的变性敏感。而且，因为它们消耗葡萄糖，且依赖葡萄糖对传感器电极的恒定扩散，所以易受误差和漂移影响。对于“植入”1至5天或更久的传感器，传感器漂移是主要问题。

因此，目前可用的技术对于开发在家庭环境内连续监测葡萄糖的可行葡萄糖传感器存在重大阻碍。

对于电化学装置的可替代技术为使用光学传感器，例如基于荧光强度测量的那些传感器。例如，已开发了利用荧光团硼酸化学品作为葡萄糖指示剂的可逆非消耗性荧光光学传感器。此类传感器作为测定葡萄糖浓度的单元测量发射的荧光强度上的变化。此类硼酸葡萄糖指示化学试剂具有对葡萄糖可逆、非消耗且比常用于电化学葡萄糖传感器的酶如葡萄糖氧化酶更稳定的优点。它们在水凝胶内还能够容易地固定到光学纤维上。

然而，对于此类荧光强度测量装置的具体缺点在于需要校准装置。对于荧光强度测量，发射信号取决于指示剂浓度、路径长度和激发强度。为了提供精确读数，必需校准该装置。对于荧光强度测量的更多难点在于指示剂能承受表现为传感器漂移的光漂白，从而需要定期重新校准。考虑到家庭使用传感器的校准，使用者依从是特殊问题，因而重新校准或实际上完全校准的需要是不令人满意的。

因此，尽管已进行大量工作去开发适用于家庭使用的葡萄糖传感器，但仍需要适用于在家庭环境下连续监测葡萄糖的葡萄糖传感器。该传感器应为非侵害的或使用可行的接入点，如皮下组织。而且，传感器应最小化或避免传感器漂移的难点并理想地避免使用者校准的需要。

发明内容

本发明提供一种适用于家庭使用，例如糖尿病病人使用的皮下光学传感器，所述皮下光学传感器用来解决这些困难。本发明的传感器利用荧光团的荧光寿命上的变化，通过监测特定类型荧光团的寿命来精确测量皮下组织内的葡萄糖浓度。

指示剂的荧光寿命为固有性能，且与光源强度、检测器灵敏度、光学系统(如光学纤维)的光通量、固定的传感厚度和指示剂浓度上的变化无关。此外，在测量荧光强度时转化为信号漂移的荧光团的光漂白(photo bleaching)远小于测量荧光寿命时的显著性。这意味着与基于强度的测量相比，在测量荧光寿命时无需补偿这些变量。因而，对于此类装置的终端使用者，这意味着不需要校准或重新校准。因此，皮下葡萄糖的寿命测量在传感器性能、校准和终端使用者易于使用方面具有超出基于强度的测量的显著优势。

然而，本领域中对于开发实际有用的寿命测量装置存在相当大的障碍。精确测量荧光寿命所需的仪器目前昂贵且体积庞大。这不适于发展为家庭使用的传感器，家庭使用中最需要小型、便宜且易于操作的仪器。