現(xiàn)今沒有新生兒(和成人)可用的商業(yè)、非侵襲性的葡萄糖監(jiān)測裝置。非常早產(chǎn)(例如，少于34周的胎齡(GA))或胎齡太小的每一個新生兒都需要頻繁的血糖測量。目前這只能通過侵襲性采集血樣和外部測量血糖來實現(xiàn)。采集血樣具有數(shù)個不希望且潛在危險的副作用。例如，其導致貧血，因為早產(chǎn)嬰兒的血量少至80ml/kg體重。血液采樣對早產(chǎn)兒來說還是痛苦的。反復的疼痛具有不良的臨床結(jié)果，應該減少。它還涉及對操作人員(personnel)和嬰兒二者感染的風險。因此，本發(fā)明在臨床上是相關的。另外，這些缺點阻礙了如臨床上希望的一樣頻繁地測量血糖。由于血糖變化迅速，因此連續(xù)測量在臨床上是相關的。

用于確定血液或組織中的分析物的已知的非侵襲性方法是經(jīng)透皮對離體體液取樣(這里，離體是指體液來源于身體)。然后這些流體可在不考慮生物相容性的情況下進行分析。對這些流體的分析不受組織結(jié)構(gòu)影響，也不受對外來植入分析裝置的組織炎性反應影響。而且，由于沒有采集到具有大分子量的物質(zhì)(因為皮膚充當過濾器)，離體流體包含比它們的體內(nèi)對應物少得多的干擾分子。因此，離體測量可能比體內(nèi)測量準確得多。但由于皮膚的特性不同，它們需要校準。血液分析物與其擴散通過皮膚的量之間的關系是未知的。

基于上述，本發(fā)明的根本問題是提供上述類型的改進設備和方法，其特別地允許以簡單的方式確定患者血液中的分析物的濃度，特別地不需要采集血樣。

該問題通過具有權(quán)利要求1的特征的設備得到解決。在相應的從屬權(quán)利要求中描述了優(yōu)選的實施方式。

根據(jù)權(quán)利要求1，用于測量動物或人特別是早產(chǎn)嬰兒的血液或組織中的分析物的濃度的設備，其中，分析物被動地擴散通過所述人(或動物)的皮膚，該設備包括：裝置，該裝置對所述分析物具有至少第一滲透性和第二滲透性(例如，對應于例如膜的第一狀態(tài)和第二狀態(tài))，其中，對所述分析物的第一滲透性與對所述分析物的第二滲透性不同。

這在原則上允許以自校準方式測量動物或人的血液或組織中的所希望的分析物的濃度。

根據(jù)優(yōu)選的實施方式，探頭包括膜，所述膜被設計為在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間(可逆地)切換，在第一狀態(tài)下所述膜對所述分析物具有第一滲透性，在第二狀態(tài)下所述膜對所述分析物具有第二滲透性，其中第一滲透性與第二滲透性不同，使得所述膜停留在第一狀態(tài)且探頭接觸皮膚時所述分析物例如被動擴散通過所述動物或人的皮膚的分析物能夠擴散通過該膜，并且使得所述膜停留在第二狀態(tài)且探頭接觸人的皮膚時所述分析物能夠擴散通過該膜。

另外，可選地，探頭(或探頭裝置)包括(第一)膜和另一種(第二)膜，其中所述膜對所述分析物具有第一滲透性，其中所述另一種膜對分析物具有第二滲透性，其中第一滲透性不同于第二滲透性，使得探頭接觸人的皮膚時所述分析物例如被動擴散通過動物或人的皮膚的分析物能夠擴散通過所述膜，并且使得探頭接觸人的皮膚時所述分析物能夠擴散通過所述另一種膜。

可能的分析物最優(yōu)選為葡萄糖，但也優(yōu)選為咖啡因、脲、可的松、氫化可的松、乳酸鹽、阿片樣物質(zhì)、可卡因、氨、肌酸酐、膽紅素或穿透未經(jīng)處理或甚至經(jīng)處理的皮膚的所有分子。

根據(jù)本發(fā)明的本方案允許以如下所示的有益方式自校準測量患者的血液中的所希望的分析物(例如葡萄糖)的濃度。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式(在使用具有所述的兩種狀態(tài)的膜的情況下)，設備優(yōu)選包括使該膜在這兩種狀態(tài)之間切換的切換裝置。

在本發(fā)明的實施方式中，這樣的切換裝置被設計為用電磁輻射，特別是光照射膜，用于使該膜從一種狀態(tài)切換至另一種狀態(tài)。

在另外的實施方式中，切換裝置可被設計為對膜施加電場和/或(例如恒定的)磁場，用于使該膜從一種狀態(tài)切換至另一種狀態(tài)。

在另外的實施方式中，切換裝置可被設計為改變接觸該膜的介質(zhì)的pH值，用于使該膜從一種狀態(tài)切換至另一種狀態(tài)。

在另外的實施方式中，切換裝置可被設計為改變膜的溫度，以使該膜從一種狀態(tài)切換至另一種狀態(tài)。

在又一種實施方式中，切換裝置可被設計為對所述膜施加壓力和/或剪切應力，以使該膜從一種狀態(tài)切換至另一種狀態(tài)。

根據(jù)優(yōu)選的實施方式，切換裝置包括設計為照射所述膜的光源，其中，所述光源被特別地被設計為用包括第一波長的光照射該膜，用于使該膜切換至第一狀態(tài)，并且其中所述光源被特別地設計為用包括不同于第一波長的第二波長的光照射該膜，用于使該膜切換至第二狀態(tài)。

優(yōu)選地，切換裝置包括用于將光源的光導向所述膜的導光板，使得該膜可以被用于使該膜從一種狀態(tài)切換至另一種狀態(tài)的相應的光照射。

優(yōu)選地，為了接收從皮膚擴散或擴散到皮膚通過所述膜的分析物，探頭包括與所述膜相鄰的擴散室。

進一步，優(yōu)選地，擴散室包括用于將灌流介質(zhì)進料到擴散室中的入口和用于將該灌流介質(zhì)排出擴散室的出口，從而特別地將擴散通過所述膜的分析物運出擴散室。

為了測量患者的血液或組織中的分析物的濃度，系統(tǒng)優(yōu)選地包括根據(jù)本發(fā)明的實施方式的分析裝置，其中，所述分析裝置被設計為測量擴散通過停留在第一狀態(tài)的膜(例如，在流體灌流介質(zhì)中)的分析物的第一濃度，并且其中所述分析裝置被設計為測量擴散通過停留在第二狀態(tài)的膜(例如在流體灌流介質(zhì)中)的分析物的第二濃度，并且其中特別地所述分析裝置被設計為利用分析物的第一和第二濃度C_ml和C_mh(例如在所述灌流介質(zhì)中)來測量血液或組織中的分析物的濃度。

根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，分析裝置與擴散室的出口連接，使得所述灌流介質(zhì)可以與相應的滲透物一起被運送到分析裝置。

優(yōu)選地，所述設備被設計為引導灌流介質(zhì)帶著擴散通過膜的分析物通過擴散室，使得灌流介質(zhì)在分析物擴散通過停留在第一狀態(tài)的膜時包括第一濃度的分析物，并且使得灌流介質(zhì)在分析物擴散通過停留在第二狀態(tài)的膜時包括第二濃度的分析物。

要注意的是，分析物可以擴散通過動物或人的皮膚，然后通過膜進入灌流介質(zhì)。然而，在灌流介質(zhì)包含足夠高濃度的分析物時，分析物朝動物或人的皮膚擴散通過膜。這樣灌流介質(zhì)中的分析物的濃度也隨膜的滲透性而改變。

然后，灌流介質(zhì)將分析物帶向設計為測量分析物的第一和第二濃度的分析裝置。

在使用對分析物具有不同滲透性的兩種膜的情況下，探頭裝置包括與所述膜相鄰的用于接收分析物的第一擴散室和與所述另一種膜相鄰的用于接收分析物(不同濃度)的第二擴散室。優(yōu)選地，第一擴散室包括用于將灌流介質(zhì)進料到第一擴散室中的入口和用于將該灌流介質(zhì)排出第一擴散室的出口，從而特別地將灌流介質(zhì)與分析物一起排出第一擴散室。進一步，優(yōu)選地，第二擴散室包括用于將灌流介質(zhì)進料到第二擴散室中的入口和用于將所述灌流介質(zhì)排出第二擴散室的出口，從而特別地將灌流介質(zhì)與分析物一起運出第二擴散室。

關于探頭，可以想到的是，該探頭被分為第一探頭和第二探頭，其中第一探頭包括第一擴散室和所述膜，第二探頭包括第二擴散室和所述另一種膜。然而，探頭也可以由同時包含多種膜和多個擴散室的單個探頭形成。

在使用對分析物具有不同滲透性的兩種膜的情況下，分析裝置被設計為測量擴散通過膜的分析物(例如在灌流介質(zhì)中)的第一濃度和擴散通過另一種膜的分析物(例如在灌流介質(zhì)中)的第二濃度。此外，分析裝置優(yōu)選被設計為利用所述第一和第二濃度測量血液或組織中的分析物的濃度。進一步，根據(jù)流體灌流介質(zhì)(參見上文)，分析物可以從皮膚擴散通過相應的膜進入相應的擴散室，或者從相應的擴散室朝人的皮膚擴散通過有關膜。

為了接收包含第一或第二分析物濃度的灌流介質(zhì)，分析裝置與所述出口連接，使得灌流介質(zhì)與分析物一起可以被運送到分析裝置。

有利地，所測量的兩種濃度允許在不進行進一步校準的情況下估測人的血液(或皮膚)中的分析物的濃度?？梢?，根據(jù)本發(fā)明的設備允許自校準估測分析物的濃度。

這是按如下實現(xiàn)的。分析物被動擴散通過皮膚和膜(或第一膜和第二膜)通過菲克定律(Fick's law)建模：

C_g,本體-C_g,傳感器＝F_g(R_g+R_m) (1)

其中，C_g,本體是想要的血液分析物(例如葡萄糖)濃度，C_g,傳感器是擴散室中(或者，第一和第二擴散室中)的分析物濃度，F(xiàn)_g是通過皮膚和膜的分析物流量，R_g是對分析物擴散的皮膚阻力，R_m是對分析物擴散的膜阻力，該膜阻力有兩個值，每種狀態(tài)對應一個值，或者第一膜對應一個值和第二膜對應另一個值(參見上文)。未知數(shù)為血液分析物濃度C_g和對分析物擴散的皮膚阻力R_g。在測量對于膜的兩種狀態(tài)(即兩種阻力)或第一和第二膜的濃度和分析物擴散流量的情況下，可以確定皮膚阻力和血液分析物濃度兩者。

優(yōu)選地，為了保持高的濃度梯度，由此保持高的分析物擴散流量，使擴散室(或兩個擴散室)與微透析裝置(microdialyis setup)中的灌流介質(zhì)(也稱為灌流液)齊平。因此，一旦通過相應的擴散(或微透析)室集成在流動流線上，等式(1)變?yōu)椋?/p>

如下項也稱為透析液提取分數(shù)(extraction fraction)：

其中，Q_d為透析液流量，A_m為與膜接觸的微透析或擴散室面積。

如果則(3)中的透析液提取分數(shù)可以線性化。那么，等式(2)變?yōu)椋?/p>

然后，在測量對于兩種對應膜狀態(tài)/滲透性(或?qū)τ趦煞N膜)的兩個濃度C_ml和C_mh(其中下標ml表示低阻力(即高滲透性)，下標mh表示高阻力(即低滲透性))或者在測量兩個膜阻力值R_ml和R_mh的情況下，由(4)(在C_ml＝C_g,_傳感器(R_m＝R_ml)和C_mh＝C_g,傳感器(R_m＝R_mh)的情況下)得到血糖濃度：

優(yōu)選地，使用如下近似法：

R_ml<<R_mh，R_mh＝R_g，并且

R_G＝1'200'000scm^-1

Q_d＝5μLmin^-1

A_m＝4cm²

得到

C_g,本體＝Q_dR_gC_mlC_mh/(C_ml-C_mh)(5’)。

相應地，在本發(fā)明的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的設備的分析裝置優(yōu)選設計為通過使用關系式(5)或(5’)來確定分析物(這里，例如葡萄糖)的血液濃度。

在用前面的方法已經(jīng)測得了對分析物擴散的皮膚阻力R_g后，如果實施的膜具有兩種或更多種狀態(tài)，則灌流方法中只對應膜的一種狀態(tài)的分析物濃度的一個測量值就足以根據(jù)等式(2)或(4)確定所述分析物的血液濃度C_g,本體。

如有需要，所述分析裝置也可以在非線性校準算法的情況下利用針對兩種對應不同膜或膜狀態(tài)的兩個測量值C_ml＝C_g,傳感器(R_m＝R_ml)和C_mh＝C_g,傳感器(R_m＝R_mh)的等式(2)。

分析裝置可以包括用如[1]中描述的熒光測量法測量所述濃度C_ml和C_mh的微流控芯片。

根據(jù)本發(fā)明的另外的實施方式，分析裝置和/或微流控芯片集成到探頭中。特別地，包括板或?qū)拥男问降奈⒘骺匦酒?或分析裝置)設置在擴散室(也包括板或?qū)拥男问?上方背對膜的一側(cè)。下面參照一些附圖描述這樣的集成設備的另外的特征。

根據(jù)另外的實施方式，所述膜和/或所述另一種膜包括光致變色化合物或其部分。

在本發(fā)明的情況下的光致變色化合物是指表現(xiàn)出至少兩種形式的化合物，其中至少兩種形式能夠進行由吸收電磁輻射引起的從一種形式向另一種形式的可逆轉(zhuǎn)換，并且該至少兩種形式具有不同的吸收光譜。該轉(zhuǎn)換可包括諸如共價鍵形成、共價鍵斷裂、順-反異構(gòu)化、異種溶解(heterolytic)開環(huán)或閉環(huán)等的反應。

根據(jù)另外的實施方式，所述膜和/或所述另一種膜由例如多孔聚碳酸酯形成，所述膜和/或所述另一種膜還包括螺苯并吡喃部分或螺嗪部分。

特別地，所述膜和/或所述另一種膜包含包括螺苯并吡喃部分或螺嗪部分的第一聚合物，或由包括螺苯并吡喃部分或螺嗪部分的第一聚合物組成。更特別地，第一聚合物特別是多孔聚碳酸酯用化合物或第二聚合物接枝，其中，該化合物或第二聚合物包括螺苯并吡喃部分或螺嗪部分。

優(yōu)選地，所述膜和/或所述另一種膜包括具有螺苯并吡喃部分或螺嗪部分的兩親網(wǎng)絡。

在本發(fā)明的情況下螺苯并吡喃部分特指由式1表征的化合物：

其中，L是連接體，特別是與膜和/或另一種膜或第一聚合物、化合物或第二聚合物的連接體，并且其中特別地該連接體L包括至少一個亞甲基(-CH2-)，并且，

R₁選自H和NO₂，

在本發(fā)明的情況下螺嗪部分特指由式2a、2b、2c或2d表征的化合物：

其中，

L具有上述含義，

L₁和L₂是連接體，其中，特別是L₁和L₂中的一個是與膜和/或另一種膜或第一聚合物、化合物或第二聚合物的連接體，L₁和L₂中的另一個為與另外的化合物或聚合物的連接體，其中特別是另外的化合物或聚合物可包括另外的螺苯并吡喃部分或另外的螺嗪部分，

R₂和R₃彼此獨立地選自-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂-和-O-C(O)-CH＝CH₂、-NO₂、氫或烷基，特別是CH₃，并且

R4是氫或烷基，特別是CH₃。

在一些實施方式中，螺苯并吡喃部分源自由式3表征的螺環(huán)化合物(spirocompound)：

其中，

R₁具有上述含義，并且

R₅選自-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂、-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂、-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂和-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂。

在一些實施方式中，螺嗪部分源自由式4表征的螺環(huán)化合物：

其中，

R₂和R₃彼此獨立地選自-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂-、-O-C(O)-CH＝CH₂、-NO₂、氫和烷基，特別是CH₃，并且

R₆選自-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂、-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂、-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂、-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂、氫和烷基，特別是CH₃，

條件是：

R₂和R₃中的至少一個為-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂-或-O-C(O)-CH＝CH₂，或者R₆為-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂、-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂、-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂或-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂。

在一些實施方式中，R₆為氫或烷基，特別是CH₃，并且R₂和R₃中的至少一個為-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂-或-O-C(O)-CH＝CH₂。

在一些實施方式中，R₂和R₃中的至少一個為NO₂、氫或烷基，特別是CH₃，R₆為-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂、-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂、-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-CH＝CH₂或-CH₂-CH₂-C(O)-O-CH₂-CH₂-O-C(O)-C(CH₃)＝CH₂。

在一些實施方式中，螺苯并吡喃部分源自選自如下的螺環(huán)化合物：SP5(2-(3’,3’-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2’-二氫吲哚]-1’-基)乙醇)、(2-(3’,3’-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2’-二氫吲哚]-1’-基)乙基2-甲基丙-2-烯酸酯)、(2-(3’,3’-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2’-二氫吲哚]-1’-基)乙基丙-2-烯酸酯)、SP12(3-(3’,3’-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2’-二氫吲哚]-1’-基)丙酸)、SP14(2-[3-(3’,3’-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2’-二氫吲哚]-1’-基)丙酰氧基]乙基2-甲基丙-2-烯酸酯)和SP16(2-丙-2-烯酰氧基乙基3-(3’,3’-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2’-二氫吲哚]-1’-基)丙烯酸酯)。

在一些實施方式中，螺嗪部分源自選自如下的螺環(huán)化合物：SO37(1’,3’,3’-三甲基螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-醇)、SO39(1’,3’,3’-三甲基螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-基)2-甲基丙-2-烯酸酯)、SO50((1’,3’,3’-三甲基螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-基)丙-2-烯酸酯)和SO49((5'-乙酰氧基-1’,3’,3’-三甲基-螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-基)丙-2-烯酸酯)。

另外，根據(jù)本發(fā)明的問題是通過根據(jù)權(quán)利要求18的用于測量動物或人特別是早產(chǎn)嬰兒的血液或組織中的分析物的濃度的方法解決的，其中，為了測量所述濃度，特別是所述動物或所述人的皮膚阻力，使分析物擴散通過對分析物具有第一滲透性的裝置和擴散通過對分析物具有第二滲透性的裝置，其中，所述兩種滲透性彼此不同。所述裝置可包括具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)的單個膜，在第一狀態(tài)下膜具有第一滲透性和在第二狀態(tài)下膜具有第二滲透性?？蛇x地，所述裝置可由具有第一滲透性(例如，永久地)的膜和具有第二滲透性(例如，永久地)的另一種膜構(gòu)成。

在優(yōu)選的實施方式中，所述方法包括如下步驟：

-使(例如，被動擴散通過所述動物或所述人的皮膚的)分析物擴散通過對所述分析物具有第一滲透性的膜，

-使(例如，被動擴散通過所述動物或所述人的皮膚的)分析物擴散通過對所述分析物具有第二滲透性的所述另一種膜或擴散通過對所述分析物具有第二滲透性的所述膜，以及

-測量擴散通過具有第一滲透性的膜的分析物的第一濃度和擴散通過具有第二滲透性的膜或擴散通過具有第二滲透性的另一種膜的分析物的第二濃度；

-利用所述第一濃度和所述第二濃度確定血液或組織中的分析物的濃度。

優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明所述的設備用于進行根據(jù)本發(fā)明所述的方法。

優(yōu)選地，當使用具有兩種狀態(tài)的膜(每種狀態(tài)對分析物具有不同的滲透性)時，使膜進入其第一狀態(tài)。

優(yōu)選地，使(例如，被動擴散通過患者皮膚的)分析物擴散通過停留在第一狀態(tài)的膜，然后優(yōu)選收集于擴散室中，優(yōu)選在灌流介質(zhì)中?？蛇x地，分析物可從擴散室(例如，灌流介質(zhì)外)朝皮膚擴散通過處于第一狀態(tài)的膜(在此也在灌流介質(zhì)中建立分析物的特定的第一濃度，所述灌流介質(zhì)在這種情況下從一開始就包含分析物，參見上文)。第一滲透性可高于第二滲透性(或者，反之亦然)。

優(yōu)選地，將具有第一濃度的分析物的灌流介質(zhì)運送到分析裝置，特別是通過泵送灌流介質(zhì)通過擴散室，該灌流介質(zhì)帶著分析物一起被運送到分析裝置。

優(yōu)選地，流體灌流介質(zhì)中的分析物的第一濃度通過分析裝置測量，并且特別地通過分析裝置儲存。

優(yōu)選地，然后使膜從第一狀態(tài)切換至第二狀態(tài)，特別地通過用第一波長的光照射膜，以保持膜處于第一狀態(tài)，然后通過用第二波長的光照射膜，以切換并保持膜處于第二狀態(tài)。也可使用上述其它任何方法。

然后，優(yōu)選地，使(例如，被動擴散通過患者皮膚的)分析物擴散通過停留在第二狀態(tài)的膜，然后優(yōu)選收集于擴散室中，優(yōu)選在灌流介質(zhì)中?？蛇x地，分析物可從擴散室(例如，灌流介質(zhì)外)朝皮膚(在此也在灌流介質(zhì)中建立分析物的特定的第二濃度，所述灌流介質(zhì)在這種情況下從一開始就包含分析物，也參見上文)擴散通過處于第二狀態(tài)的膜。

優(yōu)選地，將顯示分析物的第二濃度(低于或高于之前的第一濃度)的灌流介質(zhì)運送到分析裝置，特別地通過泵送灌流介質(zhì)通過擴散室，該灌流介質(zhì)帶著分析物一起被運送到分析裝置。

優(yōu)選地，測量灌流介質(zhì)中的分析物的第二濃度。

優(yōu)選地，然后通過分析裝置利用測量的兩個濃度確定血液中的分析物(例如葡萄糖)或皮膚中的分析物的濃度，如上文通過關系式(5)或(5’)所述。

分析裝置可包括計算機，在該計算機上執(zhí)行包括程序代碼的合適計算機程序，所述程序代碼適于利用測量的兩種濃度確定人的血液或組織中的分析物的濃度，例如，上文所述的關系式(5)或(5’)。

在使用(第一)膜和另一種(第二)膜的情況下，所述方法優(yōu)選按如下進行：

優(yōu)選地，通過使皮膚與第一膜接觸從而使分析物擴散通過第一膜來借助該第一膜(例如，在灌流介質(zhì)中)將(被動擴散通過患者皮膚的)所述分析物收集于探頭的第一擴散室中。可選地，分析物可從第一擴散室(例如，在灌流介質(zhì)外)朝皮膚(在此也在灌流介質(zhì)中建立分析物的特定的第一濃度，所述灌流介質(zhì)在這種情況下從一開始就包含分析物，參見上文)擴散通過(第一)膜。第一滲透性可高于第二滲透性(或者，反之亦然)。

優(yōu)選地，將顯示分析物的第一濃度的灌流介質(zhì)運送到分析裝置，特別地通過泵送灌流介質(zhì)通過第一擴散室，所述灌流介質(zhì)帶著分析物一起被運送到分析裝置。

優(yōu)選地，灌流介質(zhì)中的分析物的(第一)濃度通過分析裝置測量，并且特別地通過分析裝置儲存。

然后，優(yōu)選地，通過使皮膚與第二膜接觸從而使分析物擴散通過第二膜來借助該第二膜(例如，在灌流介質(zhì)中)將(例如，被動擴散通過患者的皮膚的)分析物收集于探頭的第二擴散室中。

將分析物收集于第一擴散室和第二擴散室原則上可同時(即平行地)進行。

優(yōu)選地，將顯示分析物的第二濃度(低于或高于第一濃度)的灌流介質(zhì)運送到分析裝置，特別地通過泵送灌流介質(zhì)通過第二擴散室，該灌流介質(zhì)帶著分析物一起被運送到分析裝置。

優(yōu)選地，測量流體灌流介質(zhì)中的分析物的第二濃度。原則上，分析物的兩種濃度可同時(即平行地)測量。

優(yōu)選地，然后，通過分析裝置利用測量的兩種濃度確定血液中的分析物(葡萄糖)或皮膚中的分析物的濃度，例如上面通過使用關系式(5)或(5’)所述。

此外，分析裝置可包括計算機，在該計算機上執(zhí)行包括程序代碼的合適的計算機程序，所述程序代碼適于利用測量的兩種濃度確定人的血液或組織中的分析物的濃度，例如，上文所述的關系式(5)或(5’)。

有利地，根據(jù)本發(fā)明的方法是對極具滲透性的皮膚(如早產(chǎn)嬰兒的皮膚)或者對于測量皮膚極具滲透性的分析物(即，以可測量的量通過未經(jīng)處理的皮膚的所有分子，例如早產(chǎn)新生兒的葡萄糖)是非侵襲性的。在這種情況下，對測量血液分析物濃度根本不需要侵襲性方法(例如微針)。

然而，根據(jù)本發(fā)明的方法可與不太具滲透性的皮膚一起使用。這里，在進行根據(jù)本發(fā)明的方法之前，可用侵襲性最小的方法(例如，微針穿刺皮膚、皮膚擦傷、通過帶有激光陣列的微型鉆或其它化學、電磁、熱和機械方法使角質(zhì)層變薄)準備患者的皮膚，以使皮膚對于所希望的分析物具有充分的滲透性。

另外，可以在通過超聲促滲(sonophoresis)、電泳或通過機械或化學移除皮膚淺表層測量根據(jù)本發(fā)明所希望的分析物之前準備皮膚，以增加其滲透性。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面(也可寫成獨立權(quán)利要求)，提供一種設備，其中所述分析物不擴散通過動物或人的皮膚，但是從濃度未知且將通過設備測量的儲存器被動擴散通過擴散阻力未知的屏障。

參照附圖通過實施方式的詳細描述來描述本發(fā)明的另外的特征和優(yōu)點，其中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設備的實施方式的示意圖(不按比例)；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設備的探頭的示意性剖面(不按比例)；

圖3示出了置于嬰兒身上的探頭的示意圖(不按比例)；

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的設備的探頭的立體視圖；

圖5示出了圖4中所示的探頭的俯視圖；

圖6示出了沿圖5的線A-A的探頭的剖視圖；

圖7示出了圖6的圓圈B包含的探頭細節(jié)的剖視圖；

圖8示出了圖6的圓圈C包含的另外的探頭細節(jié)的剖視圖；

圖9示出了包括擴散室的探頭的一部分的立體視圖；

圖10示出了圖9中所示部分的側(cè)視圖；

圖11示出了根據(jù)圖9的擴散室的平面視圖；

圖12示出了圖10的A-A的剖面；

圖13示出了圖11的B-B的剖面；

圖14示出了圖13的細節(jié)C；

圖15示出了圖13的細節(jié)D；

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的設備的示意性概要視圖；

圖17示出了用于測量葡萄糖濃度的根據(jù)本發(fā)明的設備的微流控芯片；

圖18示出了圖17所示類型的微流控芯片的模具；

圖19示出了圖17所示類型的微流控芯片的模具；

圖20示出了可用在本發(fā)明中的合成螺環(huán)化合物SP5(2-(3',3'-二甲基-6-硝基螺[苯并吡喃-2,2'-二氫吲哚]-1'-基)乙醇)；

圖21示出了可用在本發(fā)明中的合成的螺環(huán)化合物SP7(R＝Me)(2-(3',3'-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2'-二氫吲哚]-1'-基)乙基2-甲基丙-2-烯酸酯)和SP9(R＝H)(2-(3',3'-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2'-二氫吲哚]-1'-基)乙基丙-2-烯酸酯)；

圖22示出了可用在本發(fā)明中的合成螺環(huán)化合物SP12(3-(3',3'-二甲基-6-硝基螺[苯并吡喃-2,2'-二氫吲哚]-1'-基)丙酸)；

圖23示出了可用在本發(fā)明中的合成的螺環(huán)化合物SP14(R＝Me)(2-[3-(3',3'-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2'-二氫吲哚]-1'-基)丙酰氧基]乙基2-甲基丙-2-烯酸酯)和SP16(R＝H)(2-丙-2-烯酰氧乙基3-(3',3'-二甲基-6-硝基-螺[苯并吡喃-2,2'-二氫吲哚]-1'-基)丙酸酯)；

圖24示出了可用在本發(fā)明中的合成的螺環(huán)化合物SO37(1',3',3'-三甲基螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-醇)；

圖25示出了可用在本發(fā)明中的合成的螺環(huán)化合物SO39(R＝Me)((1',3',3'-三甲基螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-基)2-甲基丙-2-烯酸酯)和SO50(R＝H)((1',3',3'-三甲基螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-基)丙-2-烯酸酯)；

圖26示出了可用在本發(fā)明中的合成的螺環(huán)化合物SO49((5'-乙酰氧基-1',3',3'-三甲基-螺[苯并[f][1,4]苯并嗪-3,2'-二氫吲哚]-9-基)丙-2-烯酸酯)；

圖27示出了從頂部看的擴散室內(nèi)側(cè)的3D流動流線，流動為層狀的；

圖28示出了擴散室的剖面，其示出了值在0(無提取的物質(zhì))和1(與血液中的濃度相同)之間的局部透析液提取分數(shù)(extraction fraction)。所示的是在膜的低滲透性的情況下由3D有限元方法得到的結(jié)果；

圖29是在膜的高滲透性情況下模擬的與圖28中相同的剖面；

圖30示出了由理論或由FEM模擬確定的擴散室的出口處的總透析液提取分數(shù)。這兩種結(jié)果呈線性比例R²＝9.99999；

圖31示出了在應用范圍內(nèi)透析液提取分數(shù)與膜滲透性成線性比例R²＝9.99997；

圖32示出了使用標準的熒光計和酶動力學UV法的葡萄糖濃度測量結(jié)果。還示出了95％的測量結(jié)果應位于其之間的上下限(±2*RMSE)；

圖33示出了使用微流控顯微熒光計的葡萄糖濃度測量結(jié)果。還示出了95％的測量結(jié)果應位于其之間的上下限(±2*RMSE)；

圖34示出了等離子體引發(fā)的螺苯并吡喃和PHEMA涂覆的有刃的(track-edged)聚碳酸酯膜(孔徑：200nm)的滲透性變化；

圖35示出了通過來自耳部的帶狀豬皮膚進行的葡萄糖擴散試驗。光的吸收與葡萄糖濃度成比例；

圖36示出了根據(jù)本發(fā)明的設備的實施方式的示意圖(不按比例)；

圖37示出了置于嬰兒身上的圖36的探頭的示意圖(不按比例)。

圖38示出了圖36和圖37的探頭的立體視圖；

圖39示出了圖36至圖38的探頭的分解視圖；

圖40示出了圖39的探頭的背對膜的頂側(cè)的視圖；

圖41示出了沿圖40的線A-A的剖視圖；

圖42示出了圖41的細節(jié)C；

圖43示出了圖38的探頭的擴散室的視圖(沒有膜)；

圖44示出了探頭的擴散室的平面視圖；

圖45示出了沿圖44的線A-A的剖視圖；

圖46示出了圖45的細節(jié)B；

圖47示出了根據(jù)本發(fā)明的探頭的實施方式的分解視圖，其中，微流控芯片形式的分析裝置被集成到探頭中；

圖48示出了圖47的探頭的上側(cè)的平面視圖；

圖49示出了圖47和圖48的探頭的平面視圖；

圖50示出了圖47至圖49的探頭的擴散室；

圖51示出了在末端用具有真空調(diào)節(jié)器的額外的真空泵對圖16的根據(jù)本發(fā)明的設備進行的改變；

圖52示出了圖17和47所示類型的微流控芯片的模具的SEM顯微照片；

圖53示出了圖17和47所示類型的微流控芯片的模具的SEM顯微照片；

圖54示出了圖47所示類型的擴散(微透析)室的模具的SEM顯微照片；

圖55示出了圖36至圖46所示的探頭的擴散室內(nèi)側(cè)的3D流動流線，所述流動為層狀的；

圖56示出了圖38、圖44的類型的擴散室的模型的剖面，其示出了值在0(無提取的物質(zhì))和1(與血液中的濃度相同)之間的局部透析液提取分數(shù)。所示的是在膜的高滲透性情況下由3D有限元方法得到的結(jié)果；

圖57示出了圖38、圖44的類型的擴散室的模型的剖面，其示出了值在0(無提取的物質(zhì))和1(與血液中的濃度相同)之間的局部透析液提取分數(shù)。所示的是在膜的低滲透性情況下由3D有限元方法得到的結(jié)果；

圖58示出了由理論或由FEM模擬確定的圖38和圖44所示類型的擴散室的出口處的總透析液提取分數(shù)。兩種結(jié)果呈線性比例，R²＝1；

圖59示出了在應用范圍內(nèi)在圖38和圖44所示類型的擴散室的出口處的透析液提取分數(shù)與理論(R²＝0.9996)和模擬(R²＝0.9998)二者的膜滲透性成線性比例；

圖60示出了如理論所預計的，在3D FEM模擬中，圖38和圖44所示類型的擴散室的出口處的透析液提取分數(shù)不取決于擴散室的高度。在室高度和透析液提取分數(shù)之間無顯著相關性。不同點之間的透析液提取分數(shù)的差異來自計算誤差；以及

圖61示出了在兩種不同狀態(tài)下測量的圖36至圖46的類型的探頭的透析液提取分數(shù)，一次暴露于白光，一次暴露于UV光。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設備1的示意圖。設備1包括探頭10(還參見圖4)，所述探頭10包括由用于接觸患者P的皮膚2的膜30界定的擴散室(也稱為微透析室)100，其中，擴散室100包括入口101和出口102，用于將灌流介質(zhì)3進料到擴散室100中和用于將灌流介質(zhì)排出擴散室100，其中，出口102與分析裝置20連接，分析裝置20用于測量灌流介質(zhì)3中的擴散通過處于第一狀態(tài)的膜30的分析物(例如，葡萄糖)的濃度和在分析物擴散通過處于第二狀態(tài)的膜30時的灌流介質(zhì)3中的分析物的濃度，其中膜30對分析物的滲透性在所述兩種狀態(tài)下不同，使得分析物的兩種濃度不同。

進一步地，提供試劑4，用于離體測量與灌流介質(zhì)3的混合物中流入分析裝置20的分析物的濃度。為了測量該濃度，分析裝置20優(yōu)選包括：顯微熒光計(如果選擇不同濃度測量法，則是可選擇的)200，顯微熒光計200包括確定葡萄糖濃度的微流控芯片201；和計算機202或?qū)Ｓ们度胧接嬎銠C，用于計算來自顯微熒光計200的葡萄糖濃度、顯示該濃度，并控制用于使膜30從第一狀態(tài)切換至第二狀態(tài)(反之亦然)的激發(fā)。優(yōu)選地，通過借助光源40用具有第一波長的光(特別是UV光)照射膜30來使膜30切換至第一狀態(tài)，優(yōu)選第一波長在300nm～400nm的范圍內(nèi)，以及通過借助光源2用具有第二波長的光(特別是可見光)照射膜30來使膜30切換至第二狀態(tài)，第二波長特別地在500nm～650nm的范圍內(nèi)。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的設備1的探頭10的示意性剖面。根據(jù)該圖，光源40可以直接嵌入探頭10中或可以位于遠離具有導光板401的探頭10的位置并與該探頭10連接。當探頭10接觸患者P的皮膚2時，患者P的離體體液的分析物(例如，葡萄糖)A'可擴散通過界定擴散室100的膜30進入室100中。

如圖3所見，優(yōu)選只有探頭10與患者P接觸。

圖4和圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的設備1的探頭10的優(yōu)選實施方式。

探頭10包括主體11(參見圖6)，主體11優(yōu)選由透過UV的PMMA制成。主體11包括在主體11的后側(cè)的第一凹部12，用于插入導光板401的自由端401a，導光板401設計為將光源40的UV/可見光導向膜30，該導光板401可以借助3顆螺釘402相對于主體11定位并固定，螺釘402伸出具有匹配螺紋的關聯(lián)孔403(參見圖12)進入所述第一凹部12，使得自由端401a可借助所述的三顆螺釘402被夾持住。主體11還包括U形第二凹部100，U形第二凹部100在主體的背對所述后側(cè)的前側(cè)上形成擴散室100(參見圖8、9、13和14)，所述第二凹部100被光可切換膜30覆蓋，所述光可切換膜30借助設置在周向槽14內(nèi)的彈性O形環(huán)13可釋放地夾持于主體11上，所述彈性O形環(huán)13在將膜30緊固到主體11上以用膜30覆蓋第二凹部/膨脹室(inflation chamber)100時形成主體11的側(cè)面(參見圖6、7、9和10)。可切換膜30本身也可以可釋放地自粘著于探頭10上，因此不需要彈性O形環(huán)13和周向槽14。

如圖4、5和6中所示，探頭10還包括與入口101流體連接的第一導管110和與出口102流體連接的第二導管111，其中，所述入口101和出口102形成于第一凹部的底部，其中所述入口101與所述出口102形成為通孔，每個通孔向外開放進入U形擴散室100的末端，如圖12、13、14和15所示。

為了確定患者P的血液中的分析物的實際濃度，分析被動擴散通過皮膚和膜30的離體分析物。為此，通過灌流介質(zhì)3將這些分析物從探頭10帶到分析裝置20。適當?shù)姆治鲈试S測量灌流介質(zhì)3中的分析物濃度。之后，施加作為外部刺激的光，以便改變膜的擴散阻力，即使膜30從第一狀態(tài)進入第二狀態(tài)。在第二輪分析物分析后，可根據(jù)在不同膜狀態(tài)下的兩個連續(xù)濃度測量結(jié)果計算血液分析物水平。

對于葡萄糖分析，可將含有葡萄糖的灌流介質(zhì)/流體與酶溶液混合，用于通過分析裝置20對葡萄糖進行化學計量轉(zhuǎn)換。然后，通過分析裝置20的熒光計對該最終溶液進行光譜分析。將其傳送到與探頭10的出口102連接的微流控芯片201中，如圖1和16所示。

圖16示出了根據(jù)本發(fā)明的設備1的框圖。灌流介質(zhì)3通過粒子過濾器114和液體流量計115經(jīng)入口101泵送到探頭10的擴散室100中，并將分析物運送到分析裝置20中，即運送到顯微熒光計200的微流控芯片201中，所述顯微熒光計200被設計為測量相應灌流介質(zhì)3中的葡萄糖濃度。由于使用的是已知的灌流介質(zhì)流3，因此在相應流體3中的分析物的濃度可通過分析裝置20確定。

進一步，通過流量計116和粒子過濾器117將用于離體測量濃度的流動到顯微熒光計200的試劑或試劑液4(優(yōu)選己糖激酶/葡萄糖-6-磷酸脫氫酶/ATP/緩沖劑/Mg²⁺的水溶液)(如果選擇不同的濃度測量法，二者是可選的；分析裝置應只允許在足夠精度的情況下優(yōu)選連續(xù)(或幾乎連續(xù))監(jiān)測在要求的范圍內(nèi)的濃度)泵送到分析裝置20的顯微熒光計200中。

確定相應的葡萄糖濃度的微流控芯片201與用于根據(jù)由顯微熒光計200測量的針對兩種不同膜狀態(tài)的兩個濃度計算葡萄糖濃度的計算機或?qū)Ｓ们度胧接嬎銠C連接。計算機202還被設計為顯示所計算的患者P的血液中的分析物濃度，以及用于控制使膜30在兩種狀態(tài)之間切換的切換裝置(光源40)。將已分析的透析液排放到廢液容器203中。

另外，空氣壓縮機120或壓縮空氣管線、精確的空氣壓力調(diào)節(jié)器118(例如，具有反饋和排氣口)以及空氣壓力測量裝置119允許壓力驅(qū)動的灌流介質(zhì)3流動通過探頭10/擴散室100進入到顯微熒光計200中，以及允許壓力驅(qū)動的試劑液4流動進入所述顯微熒光計200，而壓力變化極小，導致流動變化極小，因此導致下面等式(9)中誤差極小。將壓力從空氣壓縮機/壓縮空氣管線120引向兩個精確壓力調(diào)節(jié)器118，使得對試劑液和灌流介質(zhì)(或灌流液)的儲存器3，4加壓?，F(xiàn)在控制每個儲存器3，4與分析裝置出口的壓力(在大氣壓下)相比的壓力差，該壓力差會驅(qū)動層流流入探頭10、管道和微流控芯片中。

如上文已經(jīng)介紹的，菲克定律模擬穿過患者皮膚和膜30的被動擴散：

C_g,本體-C_g,傳感器＝F_g(R_g+R_m) (1)，

其中，C_g,本體是血糖濃度，C_g,傳感器是擴散室100中的葡萄糖濃度，F(xiàn)_g是通過皮膚和膜30的葡萄糖流量，R_g是對葡萄糖擴散的皮膚阻力，R_m是對葡萄糖擴散的膜阻力，該膜阻力有兩個值，每種狀態(tài)對應一個值。未知數(shù)是血糖濃度C_g和對葡萄糖擴散的皮膚阻力R_g。在測量所述濃度和針對兩個膜阻力的葡萄糖擴散流量的情況下，可以確定皮膚阻力和血糖濃度二者。

為了保持高的濃度梯度，由此保持高的分析物擴散流量，使傳感器與上述微透析裝置中的灌流介質(zhì)齊平。因此，一旦通過擴散室100集成在流動流線上，等式(1)變?yōu)椋?/p>

如下項也稱為透析液提取分數(shù)：

其中，Q_d為透析液流量，A_m為與膜接觸的微透析室面積。

如果則(3)中的透析液提取分數(shù)可以線性化。那么，等式(2)變?yōu)椋?/p>

然后，在測量對于兩個對應膜狀態(tài)的兩個分析物濃度C_ml和C_mh或者兩個膜阻力值R_ml和R_mh的情況下，由(4)得到血糖濃度：

理論測量誤差計算如下：

因此，在如下值(R_g是近似值)的情況下，可忽略不計的R_ml<<R_mh，R_mh＝R_g：

R_G＝1'200'000scm^-1

Q_d＝5μLmin^-1

A_m＝4cm²

等式6-10得出：

ΔC_GB＝200ΔC_測量

圖17示出了微流控芯片201借助熒光測量法測量濃度的原理。芯片201優(yōu)選由聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成，將PDMS模制到由[1]中詳細描述的非標準光刻工藝制成的硅模具上的SU-8S上。芯片201也可以由聚碳酸酯(PC)來制備，例如通過注射成型。芯片201使用連續(xù)流率(flow rate)。其首先被動混合透析液中的稀釋分析物(例如，在與灌流介質(zhì)3的相應混合物中)和用于標準己糖激酶葡萄糖測定的試劑液4。與反應滯后時間相比，在被動擴散情況下的混合時間可忽略。因此，酶反應不受擴散限制，遵循準一級反應動力學。對于偶聯(lián)酶反應的滯后時間存在延遲通道(60s)24。制備的通道高度是受控的并且是均一的，使得通道的延遲不改變。在厚結(jié)構(gòu)上通道均一性為±2.5％的情況下，這是使用多層UV圖案化的SU-8光刻膠僅利用模具的硅晶片的中心部的非標準制備工藝。通道內(nèi)側(cè)的流動保持為層流，使得幾乎不發(fā)生橫向混合，即使得流動在整個通道長度上是均一的。

詳細地，如圖17所示，用于監(jiān)測透析液中葡萄糖濃度的微流控芯片201包括試劑液4的試劑入口21、用于透析液的透析液入口22、用于混合透析液和試劑液4的微混合器23、所述延遲通道24、第一熒光室25、第二延遲通道26、第二熒光室27和用于排放已測量的透析液的廢液出口28。

圖18示出了已制備的模具的熒光室25，其具有探測的容積體251、可見光(VIS)熒光發(fā)射收集纖維252和紫外熒光激發(fā)光253。

圖19示出了已制備的模具的熒光室25的變型，其具有探測的容積體251、可見光(VIS)熒光發(fā)射收集纖維252和紫外熒光激發(fā)光253。

在第一延遲通道24后，通過固定點法使用被7s第二延遲通道26分開的兩個熒光室25、27來監(jiān)測準一級反應。酶反應產(chǎn)物的兩種熒光信號之間的差與葡萄糖濃度成比例。熒光室25具有三種嵌入式光學纖維，一種用于340nm的熒光激發(fā)，兩種用于450nm的熒光發(fā)射。激發(fā)來自過濾的UV燈、激光器或LED，在冷卻的硅光電倍增管(SiPM)上測量發(fā)射。

在這個具體的實施例中，使用兩種不同的波長將膜30的滲透性的第一狀態(tài)改變?yōu)槟?0的滲透性的第二狀態(tài)。

如圖20至圖26中所示，使用光致變色化合物螺苯并吡喃化合物和螺嗪化合物。

通過螺環(huán)化合物的丙烯酸酯衍生物與MMA(甲基丙烯酸甲酯)、AEM(甲基丙烯酸氨基乙酯)、HEMA(甲基丙烯酸羥乙酯)或HEA(丙烯酸羥乙酯)、HEA-TMS([三甲基甲硅烷氧基]羥乙基)或PDMS((α,ω)-甲基丙烯酰氧基丙基聚(二甲基硅氧烷))共聚合，或者通過用螺環(huán)化合物的羧酸衍生物對接枝的PAEMA(聚甲基丙烯酸(N-氨基)乙酯)、PHEMA(聚甲基丙烯酸羥乙酯)或PHEA(聚丙烯酸羥乙酯)層或聚合物網(wǎng)絡進行后改性而將螺環(huán)化合物整合到接枝的共聚物中。

圖20示出了根據(jù)第一實施例的合成的螺環(huán)化合物SP5。

圖21示出了根據(jù)第二和第三實施例的合成的螺環(huán)化合物SP7(其中R＝Me)和SP9(其中R＝H)。

圖22示出了根據(jù)第四實施例的合成的螺環(huán)化合物SP12。

圖23示出了第五和第六實施例的合成的螺環(huán)化合物SP14(其中R＝Me)和SP16(其中R＝H)。

圖23示出了根據(jù)第七實施例的合成的螺環(huán)化合物SO37。

圖24示出了根據(jù)第八和第九實施例的合成螺環(huán)化合物SO39(其中R＝Me)和SO50(其中R＝H)。

最后，圖25示出了根據(jù)第十實施例的合成螺環(huán)化合物SO49。

以不同方式制備光響應性膜30：

將商購得到的具有15nm、30nm、50nm、100nm、200nm、400nm、1000nm的孔徑的徑跡刻蝕的聚碳酸酯膜用含有螺苯并吡喃丙烯酸酯與PMMA的共聚物的聚合物溶液浸涂。

該螺苯并吡喃丙烯酸酯單體本身也可以聚合。共聚單體主要用于提高螺苯并吡喃的切換效果和螺吡喃的光穩(wěn)定性。共聚合物含有1-10％的根據(jù)圖21或圖23的螺苯并吡喃(R＝H時CAS號為89908-23-6，而R＝CH₃時CAS號為25952-50-5)。在使用4％的螺苯并吡喃的情況下觀察到了最佳切換。其它被涂覆的膜為顯示較低滲透性變化的徑跡刻蝕的聚酯膜和PVDF膜。用咖啡因和葡萄糖的水溶液證實了滲透性變化。

另外，產(chǎn)生了具有15nm、30nm、50nm、100nm、200nm、400nm、1000nm的孔徑的徑跡刻蝕的聚碳酸酯膜的等離子體引發(fā)的接枝表面聚合。從等離子體處理的膜上接枝由螺苯并吡喃丙烯酸酯和共聚單體(2-羥基丙烯酸酯、2-羥基甲基丙烯酸酯、2-氨基甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯)構(gòu)成的共聚物。接枝聚合物中的螺苯并吡喃的量為1％-100％。在一些試驗中用螺嗪丙烯酸酯替代螺苯并吡喃丙烯酸酯。用咖啡因和葡萄糖的水溶液證實了滲透性變化。

另外，表面引發(fā)的原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(SI-ATRP)由孔徑為200nm的徑跡刻蝕的聚合物膜進行。從等離子體處理的膜上接枝由螺苯并吡喃丙烯酸酯與共聚單體(2-羥基丙烯酸酯(HEA)、2-羥基甲基丙烯酸酯(HEMA)、2-氨基甲基丙烯酸酯(AEMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)構(gòu)成的共聚物。接枝聚合物中螺苯并吡喃的量為0.4-13％。用咖啡因的水溶液證實了滲透性變化。

另外，將兩親共存網(wǎng)絡用作由作為親水域的聚(2-羥基乙基丙烯酸酯)和作為疏水域的(α,ω)-甲基丙烯酰氧基丙基聚(二甲基硅氧烷)(PDMS)構(gòu)成的膜[2,無光致變色單元的兩親共存網(wǎng)絡的制法(recipe of amphiphilic conetwork without photochromic unit)]。制備了具有不同重量比(重量％)的HEA:PDMS(70:30,60:40,50:50,40:60)和螺苯并吡喃丙烯酸酯的膜(0.05-2重量％)。在一些試驗中，用螺嗪丙烯酸酯替代螺苯并吡喃。用咖啡因的水溶液證實了滲透性變化。在膜30僅粘到探頭10上而不粘到患者皮膚上的情況下(例如，在兩親共存網(wǎng)絡的情況下)，可以省去O形環(huán)13。通常，在出口仍與分析裝置20連接的情況下，入口101和出口102(例如參見圖2)也可切換位置。

當然可以改變探頭10的尺寸。可以改變材料，特別是在將膜滲透性的切換刺激改變?yōu)槔珉姶碳さ那闆r下。因此，不再需要對UV光有透光性。

可以使用標準的熒光計代替芯片201上的顯微熒光計。其也可以用毛細管連接至探頭10。也可以改變微流控芯片201的材料?？梢允褂梦展庾V代替熒光?？梢允褂霉怆姳对龉芑蚱渌`敏的光檢測器代替SiPM。一般而言，可以使用任何足夠準確的在線葡萄糖濃度代替酶反應。如果不得不測量其它代謝物，則也不得不改變酶反應。

通過使灌流介質(zhì)3包含藥物，設備1可以用于受控的藥物遞送。

通過并排使用具有不同滲透性的兩種膜代替通過施加刺激來改變滲透性的智能膜，傳感器的工作原理也行得通。這樣的滲透性變化可以通過光、溫度、pH或電的變化來引發(fā)。

可整合到光響應性膜中的其它光致變色分子為：

-偶氮苯

-香豆素，和

-二噻吩乙烯。

此外，進行探頭10的廣泛有限元方法模擬。使用真實的3D幾何結(jié)構(gòu)來模擬。選擇如下的流動限制條件：在壓力驅(qū)動的流動的情況下室壁上沒有滑移流和層流模式進入入口101和出口102處為大氣壓。微透析室100內(nèi)側(cè)的3D流動模式為層狀的，如圖27所示。

另外，圖28示出了擴散室100的剖面，其示出了在膜30的滲透性低的情況下由3D有限元方法得到的無量綱值在0(無提取的物質(zhì))至1(與血液中的濃度相同)的局部透析液提取分數(shù)。

另外，圖29示出了與圖28相同的模擬，只是膜30的滲透性更高。

模擬了在不同滲透性狀態(tài)下通過皮膚和根據(jù)本發(fā)明的智能膜30的葡萄糖濃度為5mmol/L的擴散。圖30示出了在葡萄糖擴散通過低滲透性狀態(tài)的膜30的情況下擴散室100內(nèi)側(cè)的透析液提取分數(shù)模式的剖面(透析液中物質(zhì)的濃度除以血液中同一物質(zhì)的濃度)。圖31示出了在高滲透性狀態(tài)下的透析液提取分數(shù)模式的剖面。圖30繪制了與理論相比的模擬的出口處的透析液提取分數(shù)。二者高度相關，R²＝0.99999，但是關系式不是確切地一比一。更靠近壁流動速度下降的曲線層流流動模式解釋了該差異。該差異是好的，因為它意味著微透析頭10后待連續(xù)測量的濃度更高和準確性更好。

圖31示出了透析液提取分數(shù)與在本申請的預期范圍內(nèi)的對葡萄糖的膜滲透性成高度線性比例R²＝0.99997。這意味著我們可以只使用兩種膜狀態(tài)來測量血糖。

已經(jīng)表明了葡萄糖濃度可以用熒光計在適當準確性的情況下確定。圖32示出了在極低葡萄糖濃度的酶反應的情況下的熒光測量結(jié)果。

可以使用圖33所示的顯微熒光計以相同的原理測量葡萄糖濃度。

也證實了可通過暴露于366nm的UV光(與日光相對)下切換膜對葡萄糖的滲透性。圖34示出了使用等離子體引發(fā)的螺苯并吡喃和PHEMA涂覆的有道刃的(track-edged)聚碳酸酯膜(孔徑：200nm)的結(jié)果。

最后，在圖35所示的Franz細胞試驗的情況下，用來自耳部的帶狀豬皮膚的體外測試顯示出葡萄糖的被動擴散過程。

在上文中，描述了作為根據(jù)本發(fā)明的設備1的一種可能應用的葡萄糖測量法，因為其具有巨大的臨床價值。然而，該相同原理可應用于擴散通過皮膚的任何分析物，因此，設備1使非侵襲性診斷的廣泛的新方法成為可能。

可能的分析物的實例：乳酸鹽、葡萄糖、肌酸酐、膽紅素、脲、氨、阿片樣物質(zhì)、可卡因、可的松、氫化可的松、咖啡因、藥物(以控制藥物的攝取)

圖36至圖46示出了根據(jù)本發(fā)明的設備1/探頭10的另外的實施方式。

此外，探頭10包括擴散室(也稱為微透析室)100，所述擴散室100由與患者P的皮膚2接觸的膜30界定，其中，擴散室100包括入口101和出口102，用于將灌流介質(zhì)進料到擴散室100中和將灌流介質(zhì)排出擴散室100。探頭10還包括與入口101流體連接的第一導管110(例如，毛細管)和與出口102流體連接的第二導管111(例如，毛細管)。通過第二導管111，出口102與分析裝置20連接，所述分析裝置用于測量擴散通過處于第一狀態(tài)的膜30的、灌流介質(zhì)3中的分析物(例如葡萄糖)的濃度和擴散通過處于第二狀態(tài)的膜30的、灌流介質(zhì)3中的分析物濃度，其中，在兩種狀態(tài)下膜30對分析物的滲透性不同，使得分析物的兩種濃度不同。

探頭10可以與結(jié)合圖16描述的設備1一起使用。另外，本文描述的所有探頭10都可以與圖51所示的設備結(jié)合使用。圖51中所示的設備1對應于圖16的設備，區(qū)別在于根據(jù)圖51的設備1包括額外的真空泵204，該真空泵204通過壓力調(diào)節(jié)器118與用于接收已分析的透析液的廢液容器203連接。由泵204產(chǎn)生的壓力可通過壓力測量設備205測量。試劑液容器也可以通過壓力調(diào)節(jié)器118而不是空氣壓縮機/壓縮空氣管線120與該額外的真空泵204連接。

另外，圖36至圖46的探頭10包括主體11，主體11優(yōu)選由模制的PDMS制成。主體11包括優(yōu)選為圓形的凹部100，該圓形凹部100在主體11的背對主體11的后側(cè)的前側(cè)上形成所述擴散室100，在所述主體11的后側(cè)上設置有所述導管110，111。凹部100被本文所述的光可切換膜30特別是兩親共存網(wǎng)絡覆蓋。

由于膜30的親水域例如由PDMS制成，因此也可以將膜30粘合到表面用氧等離子體處理的探頭10的主體11上。膜30也可用UV可固化抗蝕劑粘合。

另外，擴散室100包括用于支撐膜30的多個桿113。所述桿113可以通過網(wǎng)格結(jié)構(gòu)113形成(例如，具有圖54(顯微照片)中所示的類型)。

圖47至圖50示出了根據(jù)本發(fā)明的探頭10的另外的實施方式，其中，可如上所述設計的微流控芯片201(分析裝置20)被集成到探頭10中。

這里，探頭10又包括(從上至下)：膜30(可以是本文描述的合適的膜)例如，矩形層的形式，用于接觸人P的皮膚2(膜30的接觸表面為圖47中所示的膜30的上側(cè))；層(本體)11，優(yōu)選由模制的PDMS制成，所述層形成包括用于支撐膜30的多個柱(例如，網(wǎng)格結(jié)構(gòu))113的擴散室100；散射層300，優(yōu)選由模制的PDMS制成，用于使來自纖維260的膜激發(fā)光均一化，纖維260用于引導所需的光，以如本文所述地切換膜30；導光板301，優(yōu)選由模制的PDMS制成并優(yōu)選由球面鏡組成或包括球面鏡，所述球面鏡用于反射密度為到纖維260距離的平方的90°光，用于校正從纖維260發(fā)出的光的強度的降低；鏡面層302，優(yōu)選由模制的PDMS制成，用于將纖維260發(fā)出的所有光反射到導光板301中，到達由多個柱303支撐的、由中空腔構(gòu)成的膜30(例如，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)303的形式)上；擋光板304，優(yōu)選由與用于吸光的黑光吸收染料混合的模制的PDMS制成，并用于阻止光到達本文所述的微流控芯片(或分析裝置)201；用于引導來自熒光室25和27的可見光的纖維252a和用于將UV光導向熒光室25和27的纖維253a(也參見上文)；和另一擋光板305，優(yōu)選由與黑光吸收染料混合的模制的PDMS制成，也用于阻止光到達微流控芯片(或分析裝置)201和封閉嵌入式探頭10。

探頭10還包括用于將試劑液4導向芯片201的試劑入口21(透析液入口22與擴散室100連接)的導管240(例如，毛細管)，和用于將灌流介質(zhì)3導入擴散室100的導管(例如，毛細管)110，和用于將已測量的分析物從芯片100抽出的導管(例如，毛細管)280。

探頭10的上述組件特別地設計為彼此堆疊的層的形式，如圖47中所見。

另外，圖52和圖53示出了圖17和圖47中所示種類的微流控芯片的模具，具有用于探測的容積體251、可見光(VIS)熒光發(fā)射收集纖維252和用于紫外熒光激發(fā)光的纖維253的區(qū)域。

此外，圖54示出了圖47所示類型的擴散(微透析)室100的SEM顯微照片，所述擴散室100具有用于支撐相鄰膜30的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)113。

圖55示出了圖36至圖46所示的探頭的擴散室內(nèi)側(cè)的3D流動流線，所述流為層狀的；

圖56示出了圖38、圖44的類型的擴散室100的模型的剖面，其示出了值在0(無提取的物質(zhì))和1(與血液中的濃度相同)之間的局部透析液提取分數(shù)。所示的是在膜的高滲透性情況下由3D有限元方法得到的結(jié)果。

圖57示出了與圖56相同的模擬，但是膜30的滲透性更低。

圖58示出了由理論或由FEM模擬確定的圖38和圖44所示類型的擴散室的出口處的總透析液提取分數(shù)。這兩種結(jié)果呈線性比例R²＝1。這意味著模擬的探頭10即使在更復雜的層流模式情況下也可通過理論充分解釋。

圖59示出了在應用范圍內(nèi)圖38和圖44所示類型的擴散室的出口處的透析液提取分數(shù)與理論(R²＝0.9996)和模擬(R²＝0.9998)二者的膜滲透性成線性比例。

圖60示出了如理論所預計的，在3D FEM模擬中，圖38和圖44所示類型的擴散室的出口處的透析液提取分數(shù)不取決于擴散室的高度。在室高度和透析液提取分數(shù)之間無顯著相關性。不同點之間的透析液提取分數(shù)的差異來自計算誤差。這意味著即使擴散室100的高度發(fā)生變化，這也不影響透析液提取分數(shù)和測量結(jié)果，以及

圖61示出了在兩種不同狀態(tài)下測量的圖36至圖46的類型的探頭的透析液提取分數(shù)，一次暴露于白光，一次暴露于UV光。這表明將膜30暴露于紫外光或白光控制透析液提取分數(shù)。

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