[发明专利]准确的汗液酶感测分析

说明书

用于感测生物流体(18)的装置(200)包括至少一个分析物消耗传感器(220)，用于测量生物流体(18)中的分析物的至少第一分析物浓度，以及至少一个附加部件(248)。如果生物流体(18)样品流动速率小于或等于第一生物流体(18)样品的由装置(200)测量的流动速率的测量值的2倍，则至少一个附加部件(248)维持分析物消耗传感器(220)的测量值在第一浓度测量值的20％内。用于感测生物流体(18)的方法包括使用分析物消耗传感器(220)测量生物流体(18)中的分析物的第一分析物浓度，测量第一生物流体样品流动速率，当随后测量的生物流体(18)流动速率小于或等于第一生物流体样品流动速率的2倍时，将随后的分析物浓度测量值维持在第一分析物浓度测量值的20％内。

背景技术

非侵入式生物感测技术具有巨大的潜力，应用范围从体育运动到新生儿、到药理学监测、到个人数字健康，仅举几个应用。汗管可以提供访问血液中携带的许多相同生物标记物、化学物质或溶质的路径，并且可以提供重要信息，使人们即使在任何体征之前也可以诊断疾病、健康状况、毒素、表现和其他生理属性。汗液含有许多与血液和组织间液中找到的相同的分析物和分析物浓度。组织间液甚至具有比汗液更接近血液浓度的更多分析物，特别是对于更大尺寸和更亲水的分析物(例如蛋白质)。

如果通过皮肤获取的生物流体作为感测范例具有如此显著的潜力，那么为什么在用于囊肿性纤维化(Cystic Fibrosis)的婴幼儿氯化物汗液测定中或在非法药物监测贴剂中数十年的使用后它还没有出现？或者，为什么过去用于组织间液提取的反向离子电渗疗法产品(如手表式血糖仪)在商业上失败了？过去的挑战和失败至少部分是由于难以找到符合人体工程学和可接受的方式来产生用于采样的生物流体(非侵入性的、连续性的、无刺激性的等)。此外，过去的努力难以获得用于测量这些类型的生物流体中的分析物的足够的样品体积。减少样品体积对于快速采样或允许较低的生物流体产生速率(例如，较少的反向离子电渗电流和皮肤上的相关应力)是至关重要的。然而，简单地减少生物流体体积，尤其是在使用反向离子电渗疗法时，会引起二次挑战，诸如pH变化。

现在提供生物流体采样率的更详细的背景描述。假设汗腺主要提供用于生物流体提取的预先存在的路径。接下来，参考Cunningham在2010年的体内葡萄糖感测(In VivoGlucose Sensing)，假设将具有1cm²的采样面积的装置应用于佩戴者的手腕。假设手腕的汗腺密度为150/cm²，半径为0.55cm(直径1.1cm)的传感器将覆盖约1cm²的面积或约150个汗腺。接下来，假设该装置在0.3mA/cm²下施加3分钟的反向离子电渗疗法，并产生15至150nL的生物流体。因此，每分钟产生大约5至50nL的生物流体，这是大约0.03至0.3nL/min/gland的样品产生速率。如果1cm²装置的流体部分是127μm厚(与手表式血糖仪一起使用的凝胶厚度相同)，则流体体积为12,700nL。如果该体积完全被新的生物流体填充，则需要282至2822分钟(47至4.7小时)，这表示采样间隔非常缓慢。

接下来，考虑感测模式对所需采样间隔和装置的分析物检测范围的影响。传感器在检测时是否消耗感测的分析物，或者将分析物结合并释放回溶液中，是采样间隔和分析物检测范围的感测模式的主要区别。消耗感测的分析物的传感器(诸如酶和电流传感器)随时间聚集感测的分析物，因此不需要完全更新生物流体样品体积，并且不受生物流体中瞬时分析物浓度的限制。因此，这里对采样率和检测范围的讨论将不适用于这种传感器。另一方面，平衡局部分析物浓度的传感器，例如离子选择性电极和基于电化学适体的传感器，将仅按时间顺序确保采样间隔(即，当样品体积被新生物流体完全更新时)来产生新数据，如果生物流体样品含有传感器检测范围内的浓度，则仅记录测量值。