專利名稱：：利用反向離子電滲檢測(cè)血液中尿素水平的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種利用反向離子電滲檢測(cè)人體血液中尿素水平的方法和一種使用該方法的尿素檢測(cè)裝置——尿素計(jì)。尿素水平的檢測(cè)和確定對(duì)腎功能不全的患者、新生兒、孕婦或?qū)α餍胁W(xué)篩查都是非常重要的。
背景技術(shù)：
：已經(jīng)進(jìn)行了檢測(cè)和確定人體血液中尿素水平的各種嘗試，其中包括基于生物學(xué)的方法和人體血液采樣。這些傳統(tǒng)上使用的方法提供了一些合理的人體血液中尿素水平檢測(cè)結(jié)果。然而就如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所承認(rèn)的那樣，由于這些已使用的方法涉及生物樣品或血樣的采集以及隨后對(duì)樣品進(jìn)行分析以確定血液中尿素水平，所以這些操作中存在包括微生物污染、栓塞及導(dǎo)致患者疼痛在內(nèi)的一些缺點(diǎn)。所述操作的風(fēng)險(xiǎn)并不僅僅限于前述操作的風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)椴杉獦訉?duì)糖尿病、血友病患者或一些凝血障礙患者，尤其是對(duì)血友病患者特別重要?？紤]到感染的風(fēng)險(xiǎn)及從新生兒和嬰兒中進(jìn)行所述血樣采集的困難性，在新生兒和嬰兒中實(shí)施的所述操作具有更多的缺點(diǎn)。在尿毒癥的流行病學(xué)篩查中，存在混淆血樣/注射器而導(dǎo)致更為嚴(yán)重的傳染性污染的可能性。對(duì)于孕婦而言，目前的操作顯然存在另一個(gè)缺點(diǎn)，因?yàn)閺幕颊呱砩喜杉獦右苍斐深~外的不適和麻煩。為了實(shí)施隨后的透析而頻繁地采集血樣，尿毒癥患者的身心受到不良的影響。本發(fā)明涉及反向離子電滲。所述方法曾用于例如專利申請(qǐng)WO03000340中，該專利申請(qǐng)公開了一種無創(chuàng)確定生物體系中兩種物質(zhì)的相對(duì)水平的方法，該方法包括以下步驟通過反向離子電滲從所述生物體系中提取帶電荷和不帶電荷的物質(zhì)。WO03000340僅公開了反向離子電滲在生物體系方面的應(yīng)用，但沒有教導(dǎo)或提出用于檢測(cè)和確定人體血液中尿素水平的任何方法。WO03010538公開了一種通過增加反向離子電滲流而例如透過皮膚無創(chuàng)提取帶電荷和不帶電荷的永久分子的方法及裝置。因此，WO03010538沒有提供有關(guān)檢測(cè)和確定人體血液中尿素水平的方法的任何啟示。從所附參考文獻(xiàn)列表報(bào)道的不同應(yīng)用中，已知離子電滲的用途是使一些化合物透過人體皮膚或增強(qiáng)其滲透性。然而，反向離子電滲是用以從血液中提取葡萄糖進(jìn)而檢測(cè)血糖水平。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是安全且無任何污染風(fēng)險(xiǎn)地檢測(cè)和確定人體血液中的尿素水平。本發(fā)明的另一目的是無痛檢測(cè)和確定人體血液中的尿素水平。本發(fā)明進(jìn)一步的目的是監(jiān)測(cè)人體血液中的尿素水平。采用本發(fā)明，不需要采集患者的血樣或其他生物樣品，就能夠在非常短的時(shí)間內(nèi)得知血液中的尿素水平。在離子電滲過程中，利用電流(產(chǎn)生電勢(shì)梯度)，根據(jù)所施加的電流和電荷可將離子(帶凈電荷以及部分帶電的分子或原子)運(yùn)送到膜的另一側(cè)，而且這可由離子電滲控制。在膜的兩側(cè)設(shè)置電極或類似器械，并根據(jù)需要施用合適的電流或電勢(shì)(直流電或交流電；方波、正弦波或三角形波；或甚至不同頻率和/或持續(xù)時(shí)間)。溶液中的離子根據(jù)其所帶電荷進(jìn)行遷移，而且它們的運(yùn)動(dòng)與電流相對(duì)應(yīng)。比如，陽離子向陰極側(cè)遷移，反之亦然。帶電離子按照電流遷移時(shí)，也帶動(dòng)不帶電荷的分子伴隨它們一起遷移。這樣，由膜一側(cè)遷移到其另一側(cè)的這種移動(dòng)引起一種流動(dòng)，從而產(chǎn)生了湍流(這就是所謂的電滲流)。因此，由于不帶電的微粒(原子/分子)被帶進(jìn)這種渦流或流動(dòng)中，因而也能夠穿過膜，其通過的速度比被動(dòng)擴(kuò)散快得多。尿素分子結(jié)構(gòu)如圖1所示，雖然已知它是不帶電荷的分子，但是在該分子上存在一些局部電荷。如圖2所示，根據(jù)已進(jìn)行過的實(shí)驗(yàn)，由于尿素分子上存在局部正電荷，因此當(dāng)其出現(xiàn)在陽極側(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)它的轉(zhuǎn)運(yùn)速度比被動(dòng)擴(kuò)散高。也存在電滲流部分地影響這種遷移的可能性。然而，在遷移過程中，如果溶液中存在其他如鉀和鈉之類的帶電小離子時(shí)，遷移速率降低；但是此時(shí)的這種遷移仍然比被動(dòng)擴(kuò)散的通量大得多且速度更快。以人皮膚7作為所述膜重復(fù)了這些實(shí)驗(yàn)，并獲得了同樣的結(jié)果。所以，由于尿素分子部分帶正電荷(+)，故可應(yīng)用“反向離子電滲”。為此，可在前臂皮膚7表面上直接放置陽極6，即正電極6，并在鄰近該陽極的地方將陰極4(即負(fù)電極4)插入裝有等滲的鹽溶液5的容器3中。當(dāng)用電源1產(chǎn)生電流時(shí)，尿素分子即從血液遷移到處于外界的容器3中(圖3)。其遷移量與所施用的電流和所用面積成正比。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，將10ml等滲的鹽溶液放入容器3中，容器的面積為12.5cm2；由安培計(jì)2測(cè)得，供應(yīng)的電流為1000μA(微安培)，施用時(shí)間為5分鐘。停止供電后確定溶液中的尿素值。根據(jù)上述對(duì)反向離子電滲方法的說明，對(duì)志愿者實(shí)施了這些實(shí)驗(yàn)；取出積聚了尿素的容器3中的溶液5并確定該溶液中尿素的量。該溶液中的尿素水平在生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室用尿素酶法分析。在該分析過程中，加入反應(yīng)試劑后在波長305nm(納米)處測(cè)量紫外吸光度；將測(cè)量的吸光度值代入換算公式進(jìn)行計(jì)算，所確定的尿素水平的單位為“mg/dl(毫克每分升)”。將用反向離子電滲獲得的結(jié)果與血液中尿素水平進(jìn)行比較(在電流、面積和時(shí)間間隔等其它條件保持恒定時(shí))，發(fā)現(xiàn)兩種方法具有明確的相關(guān)性(圖4)。在該系統(tǒng)中，根據(jù)尿素酶引起的pH值的變化測(cè)算進(jìn)入溶液5的尿素的量。尿素酶是尿素的特異性酶；當(dāng)它遇到尿素時(shí)產(chǎn)生NH3，從而升高溶液的pH值。這與尿素的量直接相關(guān)。在5ml通過反向離子電滲過程獲得的溶液(含有經(jīng)患者皮膚滲析出的尿素)中加入1ml的含有1％尿素酶的等滲鹽溶液。反應(yīng)10分鐘后，測(cè)量這一新混合溶液的pH值。圖5顯示了患者的血液中尿素水平和我們實(shí)驗(yàn)中獲取的pH值之間的相關(guān)性。在該實(shí)驗(yàn)中，陰陽電極組成分別為氯化銀(AgCl)和銀(Ag)；這些電極不引起pH值的任何變化，而且也可使用例如銅(cupper)、釩(wanadium)、鋼和金等其他電極。替代性地，溶液中尿素水平的測(cè)定可通過用分光光度法測(cè)定該尿素水平或通過測(cè)定皮膚電特性的變化來進(jìn)行，以替代上面提到的測(cè)定pH值變化的方法。利用一種裝置實(shí)施本發(fā)明范疇內(nèi)的所述方法，該裝置是一種類似手表的裝置，或可稱之為尿素計(jì)(尿素表)。該尿素表包括陽極6和含有NaCl(氯化鈉)和尿素酶的溶液，該溶液裝在與皮膚7表面接觸的表殼箱3內(nèi)。該表還包括防止溶液發(fā)生任何泄漏并可讓尿素遷移穿過的透析膜(這個(gè)膜可以是血液透析膜)；皮膚7的另一側(cè)具有陰極4，該陰極可安裝在表帶上。必須存在pH測(cè)量儀和提供電流的電池。在另一個(gè)實(shí)施方案中，可利用含有采集介質(zhì)(collectionmedium)的凝膠替代上面提及的溶液。還有能夠測(cè)量血液中尿素水平和預(yù)標(biāo)定pH值的微型計(jì)算機(jī)/微型處理器及軟件，其可用于顯示血液中的尿素水平。參考文獻(xiàn)1.TierneyM.J，TamadaJ.A.，PottsR.O.，JovanovicL，GargS.，GlucoWatch監(jiān)測(cè)儀的臨床評(píng)價(jià)糖尿病患者血糖的無創(chuàng)持續(xù)監(jiān)測(cè)儀(ClinicalevaluationoftheGlucoWatchbiographeracontinual，non-invasiveglucosemonitorforpatientswithdiabetes)，Biosensors&Bioelectronics，16(2001)621-629。2.Brunner，G.A.，Ellmerer，M.，Sendlhofer，G.等，1998，批準(zhǔn)家庭血糖儀作為臨床分析手段(Validationofhomebloodglucosemeterswithrespecttoclinicalandanalyticalapproaches)，Diab.Care，21(4)，585-590。3.Cambiaso，A.，Delfino，L.，Grattarola，M.，Verreschi，G.，Ashworth，D.，Maines，A.等，1996，擴(kuò)散有限葡萄糖的生物傳感器的建模和模擬(Modellingandsimulationofadiffusionlimitedglucosebiosensor)，Sens.Act.B.33，203-207。4.Tierney，M.J.，Tamada，J.A.，Potts，R.O.等，2000，Gluco-Watch生物記錄儀一種常見、自動(dòng)和無創(chuàng)的葡萄糖監(jiān)測(cè)儀(TheGluco-Watchbiographerafrequent，automatic，andnoninvasiveglucosemonitor)，Ann.Med.32，632-641。5.Zhang，Y.，Hu，Y.，Wilson，G.W.，Moatti-Sirat，D.，Poitout，V.，Reach，G.，1994，可植入型葡萄糖傳感器中排除醋氨酚的干擾(Eliminationoftheacetaminopheninterferenceinanimplantableglucosesensor)，Anal.Chem.66，1183-1188。6.Clarke，W.L.，Cox，D.，Gonder-Frederick，L.A.，Carter，W.，Pohl，S.L.，1987，血糖自我監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精確度的臨床評(píng)價(jià)(Evaluatingclinicalaccuracyofsystemsforself-monitoringofbloodglucose)，Diab.Care10(5)，622-628。Deming，W.E.，1943，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)調(diào)節(jié)(StatisticalAdjustmentofData)，Wiley，紐約。7.Garg，S.K.，Potts，R.O.，Ackerman，N.R.，F(xiàn)ermi，S.J.，Tamada，J.A.，Chase，H.P.，1999，I型糖尿病青年患者的指血血糖測(cè)量法和GlucoWatch監(jiān)測(cè)儀血糖結(jié)果的相關(guān)性(CorrelationoffingerstickbloodglucosemeasurementswithGlucoWatchbiographerglucoseresultsinyoungsubjectswithtype1diabetes)，Diab.Care，22，1708-1714。8.Ginsberg，B.H.，1992，微創(chuàng)技術(shù)概觀(Anoverviewofminimallyinvasivetechnologies)，Clin.Chem.38，1596-1600。9.Kilpatrick，E.S.，McLeod，M.J.，Rumley，A.G.，Small，M.，1994，OneTouchII和GlucometerII血糖儀的監(jiān)護(hù)比較(AwardcomparisonbetweentheOneTouchIIandGlucometerIIbloodglucosemeters)，Diab.Med.，11，214-217。10.Kurnik，R.T.，Oliver，J.J.，Waterhouse，S.R.，Dunn，T.，Jayalakshmi，Y.，Lesho，M.等，1999，混合專家算法在無創(chuàng)葡萄糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)處理中的應(yīng)用(Applicationofthemixturesofexpertsalgorithmforsignalprocessinginanoninvasiveglucosemonitoringsystem)，Sens.Act.B.60，1-8。權(quán)利要求1.一種利用反向離子電滲來檢測(cè)和確定人體血液中的尿素水平的方法，該方法包括以下步驟—將陽極放置于皮膚上，—將裝有溶液和陰極的容器放置于皮膚上，—將電流施加于所述陰極和陽極，以在兩電極間形成電路，借此，使尿素分子由血液遷移到所述容器中。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述溶液是等滲的鹽溶液。3.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟—檢測(cè)所述溶液中的尿素水平。4.如權(quán)利要求1所述的方法，該方法還包括以下步驟—采用尿素酶法測(cè)定所述溶液中的尿素水平，所述尿素酶是對(duì)尿素具有特異性的酶，該尿素酶法包括在所述溶液中加入反應(yīng)試劑并測(cè)定其紫外吸光度。5.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括以下步驟—根據(jù)由尿素酶導(dǎo)致的pH值的變化計(jì)算尿素水平。6.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括以下步驟—用分光光度法來測(cè)定尿素水平。7.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法還包括以下步驟—測(cè)定所述皮膚的電性質(zhì)變化以測(cè)定尿素水平。8.一種利用反向離子電滲來檢測(cè)和確定人體血液中的尿素水平的裝置，該裝置包括—置于皮膚(7)上的陽極(6)，—置于皮膚(7)上的裝有溶液和陰極(4)的容器(3)，—電源(1)，所述電源(1)與陽極(6)和陰極(4)相連，以在陽極(6)和陰極(4)之間形成電路，借此，使尿素分子由血液遷移到容器(3)中。9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，陽極(6)、裝有溶液(5)和陰極(4)的容器(3)、以及電源(1)裝配于手表式裝置內(nèi)。10.如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，電源(1)是直流電源。11.如權(quán)利要求8至10任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述溶液是等滲的鹽溶液。12.如權(quán)利要求8至11任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，陽極(6)是銀電極。13.如權(quán)利要求8至12任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，陰極(4)是氯化銀電極。14.如權(quán)利要求8至13任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，使用含有采集介質(zhì)的凝膠替代所述溶液。15.如權(quán)利要求8至14任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，設(shè)置由軟件控制的微型計(jì)算機(jī)來確定血液中的尿素水平。16.如權(quán)利要求4至9任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，使用含有采集介質(zhì)的凝膠替代所述溶液。全文摘要本發(fā)明公開了一種利用反向離子電滲來檢測(cè)和確定人體血液中的尿素水平的方法，該方法包括以下步驟將陽極放置于皮膚上，將裝有溶液和陰極的容器放置于皮膚上，將電流施加于陰極和陽極間以在兩電極間形成電路，借此，使尿素分子由血液遷移到所述容器中。文檔編號(hào)A61N1/30GK1658925SQ03812862公開日2005年8月24日申請(qǐng)日期2003年4月8日優(yōu)先權(quán)日2002年4月8日發(fā)明者通杰爾·德吉姆,西貝爾·伊巴斯密斯,澤利哈格兒·德吉姆,魯森·丁達(dá)伊茲,梅廷·登利申請(qǐng)人:塑料管設(shè)計(jì)技術(shù)和艾里門拉芮工業(yè)貿(mào)易公司