專利名稱：分析性的檢測單元和檢測系統(tǒng)的制作方法
分析性的檢測單元和檢測系統(tǒng)
本發(fā)明涉及一種用來在用于探測體液中的分析物的、特別是用于進行血糖檢測的檢測儀里使用的分析性的檢測單元，具有至少一個優(yōu)選地在盒中提供使用的檢測元件，所述檢測元件具有支承膜和設置在該支承膜的支承側面上的、且能夠加載體液的試劑層，其中，為了對試劑層進行光學掃描，透光的支承膜能夠定位在光度的測量單元的光程中。此外，本發(fā)明還涉及一種用于處理這種類型的檢測單元的檢測系統(tǒng)。
這種類型的分析性的檢測單元例如用在便攜式的血糖測量儀中，為的是使使用人能在盡可能自動的測量過程中自己確定血糖水平。在這種情況中，試劑層在正面利用血液試樣來浸潤，并且在背面穿過支承膜地進行光度測量。用于光學分析的最通用的辦法是，以在30°和60°之間的角度向薄膜表面發(fā)射光線，并且利用光電探測器來接收垂直于所述表面反射的光線。也可代替地調(diào)換照射和探測的位置。這些設置的目的是，不讓探測光程直接反射到檢測結構的表面上。這些反射在探測器上產(chǎn)生很大的信號高度，但是并沒有與檢測化學品相互作用，因此不包含有關在光學上改變檢測化學品的分析物的信息。此外，在光的入射或者光的阻隔和反射表面之間的最小的角度變化就會引起被探測的光線中大的信號偏移，這樣，由于所述分析物就不能區(qū)分所述反射的調(diào)制情況。此外，這種光程也需要較大的結構空間，在檢測元件集成到試樣收集器中時(所述試樣收集器應該通過皮膚穿刺來獲得試液)，如果許多這樣集成的消耗物都應儲存在窄小的空間上，那么這個較大的結構空間就至少不存在了。
本發(fā)明的任務是以此為依據(jù)，對于在現(xiàn)有技術中已公開的檢測單元和系統(tǒng)作進一步的改進，并且以高的測量精度特別是對于緊湊的手持儀器能夠實現(xiàn)最佳的光學測量值檢測。
為了完成這一任務，建議在獨立權利要求中說明的特征組合。由從屬權利要求中得到本發(fā)明的一些有利的方案和改進方案。
本發(fā)明以這樣的構思為依據(jù)，即通過拓樸(topologisch)的表面結構來避免在檢測結構中的光滑的反射界面。因此根據(jù)本發(fā)明建議，為了避免在測量單元的光程中的反射，所述支承膜具有通過凸起的或者三維精細結構化的表面結構所修改的表面，以減小測量單元的光程中的反射。在這種情況中應如此地理解“精細結構化”,即結構元件要比經(jīng)過修改的表面本身小多個數(shù)量級。按照這種方式，通過從測量單元的光程中消除反射或者使得光線從該光程中轉向來防止有干擾的反射。這本身在標準表面的或者說表面法線的 (f IachennormaI e )照射時能夠達到,這樣就能進行特別節(jié)省空間的直接的光學f禹合。
有利地將表面結構設計成沿著標準表面或者說表面法線(Fljichennormal)的方向連續(xù)地改變所述支承膜的折射指數(shù)。代替地能夠將所述表面結構形成一種微型光學系統(tǒng)， 用于從測量單元的光程中偏轉有干擾作用的反射。
另一種有利的方案規(guī)定，所述表面結構設置在支承側面上，和/或設置在支承膜的背向支承側面的并且朝測量單元指向的背側面上。
根據(jù)一種特別優(yōu)選的改型方案，所述表面結構設置在支承側面上，并且按照蟲眼結構的形式將其設計成特別是周期的表面形貌。通過這種蟲眼結構(例如為了消除光學數(shù)據(jù)載體的反射這種蟲眼結構本身是已公開的)能夠連續(xù)地朝向試劑層改變支承膜的折射指數(shù)。也就是在支承膜和試劑層之間沒有規(guī)定的光學界面，并且因此也沒有反射。當試劑層的折射指數(shù)在光度測量值的檢測過程中通過利用體液的浸濕而隨時間發(fā)生變化時，通過這樣的方案也能夠達到真正的折射指數(shù)匹配。為了使防反射特性最佳化，所述表面結構應該具有在測量單元的測量光的波長的5倍和O. 2倍之間的、優(yōu)選地3倍和O. 7倍之間的、最好地在2倍到I倍之間的范圍中的結構高度。通過這一措施也能夠實現(xiàn)與未結構化的平坦的表面相比較，通過所述表面結構提高了所述支承膜的透射系數(shù)。另一種特別有利的方案規(guī)定，所述表面結構通過在支承膜的背向支承側面的背側面上的棱柱輪廓來形成。按照這種方式，能夠通過光折射來影響所述測量光程，以引走有干擾的反射。有利的是，具有小于100 μπι、優(yōu)選地小于50 μ m的輪廓分度的所述棱柱輪廓由大量的單個棱柱形成。通過這一措施，特別是能夠在光導體的出口端部上得到光點的足夠的平均，并且同時也能夠為所述光學的耦合創(chuàng)造足夠規(guī)定的接觸表面。通過下述措施能夠達到進一步的改進方案，即所述棱柱輪廓通過沿著縱向方向直線地延伸的、并且橫向于此的周期性的三角輪廓、特別是鋸齒輪廓來形成。
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所述表面結構能夠作為優(yōu)選熱壓印的、且由壓印模具所成形的壓印結構加入到所述支承膜中。代替地，所述的表面結構也能夠通過一種特別是借助于模具成形地硬化的澆鑄層來成。為了進一步簡化所述測量過程和操作，下述做法是有利的，即與試劑層流體連接的或者能夠移動的用于體液的收集結構、特別是設置在穿刺元件上的用于通過皮膚穿刺來獲得體液的毛細管作為結構單元被集成。本發(fā)明的主題也是一種用于探測體液中的分析物的、特別是作為用于血糖檢測的便攜式的手持儀器的分析性的檢測系統(tǒng)，它包括光度的測量單元和至少一個能夠定位在測量單元的光程中的檢測元件，所述檢測單元具有透光的支承膜和設置在該支承膜的支承側面上的且能夠加載體液的試劑層，其中，所述支承膜具有通過三維成形的表面結構所修改的、且用于減小測量單元的光程中的反射的表面。在這樣的檢測系統(tǒng)中能夠特別有利地使用具有前述特征的、根據(jù)本發(fā)明的檢測單元。為了提供緊湊的光學接口，特別優(yōu)選的是，所述測量單元具有多個用于傳輸測量光的光導體，其中，光導體在端側面處優(yōu)選地撞擊式地能夠與支承膜的背向所述試劑層的背側面相耦合。在這種情況中，為了在最小的空間中(例如僅在一立方毫米內(nèi))建立光學接口，平行地設置照明-及探測光導體證明是合適的。因為也是由于能夠制造的原因這樣的光導體應該平行地延伸，因此存在這樣一種光程，即在這樣的光程中所有不直接位于光導體端部上的界面的反射都能夠到達所述探測器中。為了避免這種情況，下述做法是特別有利的，即光導體至少利用它們的對準支承膜的端部區(qū)段彼此平行地設置在一個共同的平面中，并且所述表面結構通過周期的棱柱輪廓來形成，所述棱柱輪廓以它的輪廓橫截面垂直于光導體的平面地豎立。通過這種設置，入射光適當?shù)卣凵?，這樣就避免了直接反射到接收光導體中。在這種情況中有利的是，被偏轉的光線的側面偏移大于光導體的直徑。
為了提高用戶的使用舒適性，有利的是，在檢測單元中存放多個檢測元件。在這種情況中，檢測單元能夠設計成用于單個地集成的樣品收集器(微型取樣器)的旋轉盒，或者設計成用于在輸送帶上連續(xù)地提供檢測元件的帶盒。
下面借助于在附圖中簡要示出的一些實施例對本發(fā)明進行更加詳細的說明。
這些附圖示出

圖1:具有安裝在其中的一次性的檢測單元的血糖分析檢測系統(tǒng)的透視圖，圖2 :具有與檢測單元的檢測元件相耦合的光導體頂桿的檢測系統(tǒng)的部分圖，圖3 :按照圖2的裝置的簡化的透視圖，在此圖中檢測元件具有用于使得光導體得以耦合的背面的棱柱結構，圖4 :具有象征性的光程的按照圖3的橫向于光導體平面的部分示圖，圖5 :具有減小反射的蟲眼結構的檢測單元的另一實施形式的側視圖，圖6 :按照圖5的檢測單元的檢測載體的透視圖。
在圖1中示出的檢測系統(tǒng)10包括設備部件12，所述設備部件具有前后移動的穿刺驅動裝置14、在未示出的作為能夠攜帶的手持式儀器的殼體中的光度的測量單元16以及能夠安裝在其中的分析性的檢測單元18，所述檢測單元具有穿刺元件20和用于一次性地檢測液體試樣、特別是用于確定血液試樣中的葡萄糖的集成的檢測元件22。該裝置的其它細節(jié)、例如從旋轉盒中準備檢測單元的方面，也能夠從EP 091 598 34. 2中得知，在這種關系中明確地請參考該文獻。
正如從圖2能夠看到的那樣，穿刺元件20設置有毛細管槽24，所述毛細管槽例如將在皮膚穿刺時從測試者(Probanden)的手指所獲得的血液在前側引導到集成的檢測元件 22的有抽吸能力的擴展層26。這個檢測元件具有支承膜28和在它的支承側面30上在所述擴展層26的下面被包圍起來的干燥的化學試劑層32，所述試劑層在利用體液浸潤時不能逆轉地通過改變顏色對分析物作出反應。這在反面能夠穿過透明的支承膜28檢測到。 為此目的，測量單元16具有作為頂桿安裝到穿刺驅動裝置14中的光學適配器34，所述光學適配器包含三個平行延伸的光導體36,所述光導體在它們的自由的端側面處能夠碰撞式地與支承膜28的背側面38相接觸。在這種情況中，這些光導體36沿著表面法線的方向對準。外部的光導體與光發(fā)射器相連接，而內(nèi)部的光導 體將在試劑層32上散射的測量光回引到測量單元16的光接收器上，正在圖2中通過作為光程40的箭頭示出的那樣。
為了盡可能地減少光程40中的干擾的反射，支承膜28在其背側面38上和/或在其前側面30上設置了在精微的尺度上三維地形成的表面結構42，所述表面結構引起連續(xù)的折射率特性曲線，或者形成用于光線偏轉的光學系統(tǒng)。
在圖2至圖4中，示出了在支承膜28上的背面的棱柱輪廓或者說棱鏡導管 (Prismenprofil) 44形狀的這種光學有效的表面結構42。這個棱柱輪廓44與矩形的支承膜件28的一側平行地直線延伸，并且橫向于此地具有周期性的鋸齒輪廓46。該輪廓的尺寸是如此選擇的，即也使得光導體36的光線貫穿在該光導體的橫截面上的不均勻性得以平均，并且保證可靠的支承(Auflage)。當光導體的直徑為125 μ m時，棱柱輪廓44具有25 到30 μ m的輪廓分度(Profilteilung)是很合適的。這樣就能夠得到在光導體橫截面上的足夠的平均，而輪廓結構還足夠的大，以便能進行制造。
所述棱柱結構的制造例如能夠通過切削加工技術來完成。也能夠設想在支承膜28上形成澆鑄層，所述澆鑄層借助于合適地成形的工具成型地得以硬化。在圖4中示出了通過棱柱輪廓44偏轉光線的情況。在輪廓表面上垂直于支承膜28地直立的光導體36彼此平行地設置在一個平面上，所述平面與所示出的輪廓橫截表面相垂直。由于鋸齒輪廓46是傾斜的，所以從光導體36射出的中心光束48通過折射而側面地偏離光導體36的平面(部分光束50)。這部分光線在對于試劑層32的界面上在沒有與檢測化學劑相互作用的情況下通常被反射。這個被反射的光束52與垂直線有角度地出來，并且因此不再到達所述測量單元的光程中。棱柱輪廓44的偏轉角應該根據(jù)光導體36的接收角以及它的端側面到反射界面的距離來選擇。只有入射光50的這一部分光部分地通過接收光導體到達測量單元16 :這一部分光到達試劑層32并且從那里作為擴散的光線射束(LiChtkeule)54返回散射。所述測量光線因此與檢測化學品相互作用，并且包含有關分析物的信息。圖5和圖6示出了一種減少反射的表面結構42的實施例，所述表面結構在通過支承膜28所形成的部件的支承側面上支承著試劑層32。這種檢測元件22也能夠集成在前面所述的穿刺元件20中。也能夠設想安裝在作為檢測單元18的帶盒中，所述帶盒在能夠纏繞的透明的輸送帶56上包括大量的檢測單元22。在這種情況中，所述表面結構42具有通過未按比例示出的凸起(和互補的凹坑)所形成的、正如例如在EP-A O 288 140中所描述那樣的、按照所謂“蟲眼結構(Mottenaugenstruktur)”方式的、周期的表面結構58。設置這種表面結構避免了一種定義的界面，并且導致向朝試劑層32的折射指數(shù)的連續(xù)變化，因此導致有效地消除反射。正如在圖5中出于簡化起見只示出了從光導體36出來的光錐的邊緣光束50，實際上在蟲眼結構58上沒有出現(xiàn)反射,這樣就提高了支承膜28的透射度(Transmissionsgrad),并且主要是只有從試劑層32出來的返回散射(RUckstreuung) 54作為測量光進入到接收光導體中。例如在利用365 nm的測量波長進行窄帶激勵時，蟲眼結構58的凸起或凹坑具有所述測量波長的在5倍和O. 2倍之間的、優(yōu)選地在3倍和O. 7倍之間的、最好在2倍到I倍之間的范圍內(nèi)的結構高度或者結構深度。側面的結構周期也應該在測量光的波長的數(shù)量級中。這樣納米度量地精細地結構化的表面例如能夠通過由壓印模具的熱壓印到支承膜28上而得以成形，其中，在必要時所述模具表面能夠通過蝕刻來產(chǎn)生。
權利要求
1.用于在一種用來探測體液中的分析物的、特別是用來進行血糖檢測的檢測儀里使用的分析性的檢測單元，具有至少一個檢測元件(22)，所述檢測元件具有支承膜(28)和設置在該支承膜(28)的支承側面(30)上的、且能夠加載體液的試劑層(32)，其中，為了對試劑層(32 )進行光學掃描，透光的支承膜(28 )能夠定位在光度的測量單元(16 )的光程中，其特征在于，支承膜(28)具有通過凸起的表面結構(42)修改的表面，以減小測量單元(16)的光程中的反射。
2.按照權利要求1所述的分析性的檢測單元，其特征在于，表面結構(42)沿著表面法線的方向連續(xù)地改變所述支承膜(28)的折射指數(shù)，或者形成一種用于使來自測量單元(16)的光程的起干擾作用的反射發(fā)生偏轉的光學系統(tǒng)。
3.按照權利要求1或2所述的分析性的檢測單元，其特征在于，所述表面結構(42)設置在支承側面(30)上，和/或設置在支承膜(28)的背離支承側面(30)的、并且朝測量單元(16)指向的背側面上。
4.按照權利要求1至3中的任一項所述的分析性的檢測單元，其特征在于，所述表面結構(42)設置在支承側面(30)上，并且形成一種按照蟲眼結構形式的、特別是周期的表面形貌(58)。
5.按照權利要求1至4中的任一項所述的分析性的檢測單元，其特征在于，表面結構(42 ；58)具有在測量單元(16)的測量光的波長的5倍和O. 2倍之間的、優(yōu)選地3倍和O. 7倍之間的、最好是2倍到I倍之間的范圍中的結構高度。
6.按照權利要求1至5中的任一項所述的分析性的檢測單元，其特征在于，與未結構化的平坦的表面相比較，通過所述表面結構(42)提高了支承膜(28)的透射度。
7.按照權利要求1至3中任一項所述的分析性的檢測單元，其特征在于，表面結構(42)通過在支承膜(28)的背向支承側面(30)的背側面(38)上的棱柱輪廓(44)來形成。
8.按照權利要求7所述的分析性的檢測單元，其特征在于，棱柱輪廓(44)由大量的單個棱柱(46)形成,該棱柱輪廓的輪廓分度小于100 μπι,優(yōu)選地小于50 μ m。
9.按照權利要求7或8所述的分析性的檢測單元，其特征在于，棱柱輪廓(44)通過沿著縱向方向直線地延伸的并且橫向于此地周期的三角輪廓、特別是鋸齒輪廓形成。
10.按照權利要求1至9中任一項所述的分析性的檢測單元，其特征在于，所述表面結構(42)作為優(yōu)選的熱壓印的、由壓印模具所成形的壓印結構加入到支承膜(28)中。
11.按照權利要求1至9中的任一項所述的分析性的檢測單元，其特征在于，表面結構(42)通過特別是借助于模具成形地硬化的澆鑄層來構成。
12.按照權利要求1至11中的任一項所述的分析性的檢測單元，其特征在于與試劑層(32)流體連接的或者能夠移動的用于體液的收集結構(24)、特別是設置在穿刺元件(20)上的用于通過皮膚穿刺來獲得體液的毛細管。
13.用于探測體液中的分析物的、特別是作為用于血糖檢測的便于攜帶的手持儀器的分析性的檢測系統(tǒng)，包括光度的測量單元(16)和至少一個能夠定位在測量單元(16)的光程中的檢測元件(22)，所述檢測元件具有透光的支承膜(28)和設置在支承膜(28)的支承側面(30)上的并且能夠加載體液的試劑層(32)，其特征在于，支承膜(28)具有通過三維成形的表面結構(42)所修改的、且用于減小測量單元(16)的光程中的反射的表面。
14.按照權利要求13所述的分析性的檢測系統(tǒng)，其特征在于，測量單元(16)具有多個用于傳輸測量光的光導體(36);并且光導體(36)在端側面處優(yōu)選地撞擊式地與支承膜(28)的背向所述試劑層(32)的背側面相耦合。
15.按照權利要求14所述的分析性的檢測系統(tǒng)，其特征在于，光導體(36)至少利用它們的朝向支承膜(28)指向的端部段彼此平行地設置在共用的平面中；并且所述表面結構(42)通過周期的棱柱輪廓(44)形成，所述棱柱輪廓以它的輪廓橫截面垂直于光導體(36)的平面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在用來探測體液中的分析物的檢測儀里使用的分析性的檢測單元，具有至少一個檢測元件(22)，所述檢測元件具有支承膜(28)和設置在支承膜(28)的支承側面(30)上的、能夠加載體液的試劑層(32)，其中，為了對試劑層(32)進行光學掃描，透光的支承膜(28)能夠定位在光度的測量單元(16)的光程中。根據(jù)本發(fā)明建議，支承膜(28)具有通過凸起的表面結構(42)修改的表面，以減小測量單元(16)的光程中的反射。
文檔編號A61B5/15GK103037767SQ201180039578
公開日2013年4月10日 申請日期2011年8月9日 優(yōu)先權日2010年8月11日
發(fā)明者H·利斯特, H·哈蒂希, S·艾格納 申請人:霍夫曼-拉羅奇有限公司