專利名稱：采用顆粒運(yùn)送的監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及監(jiān)測(cè)在含水的生物體系中目標(biāo)分析物的存在和/或濃度的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及測(cè)定在透過皮膚抽取的試樣中的一種或多種分析物的存在，例如測(cè)定一種或多種分析物的濃度。本發(fā)明的一個(gè)重要應(yīng)用包括采用非侵入或最小侵入的取樣技術(shù)，監(jiān)測(cè)血液葡萄糖的取樣方法。
背景定期對(duì)人進(jìn)行許多常規(guī)的化驗(yàn)，評(píng)價(jià)存在在血液或其它體液中的物質(zhì)的量和存在形式。這些化驗(yàn)一般依賴于采用注射器或刺傷皮膚的方法，從受驗(yàn)者抽取的生理流體試樣。一項(xiàng)具體的化驗(yàn)，是需要糖尿病患者自己監(jiān)測(cè)血液的葡萄糖濃度。
糖尿病對(duì)健康有重大的影響，病情比較嚴(yán)重的形式-Ⅰ型糖尿病(依賴胰島素)的治療，需要每天注射一次或多次胰島素。胰島素能控制血液中葡萄糖和蔗糖的利用，防止高血糖，如果任其自然而不調(diào)整，高血糖可能引起酮病。另一方面，胰島素療法給藥不合適，可能導(dǎo)致低血糖的發(fā)作，低血糖可能引起昏迷和死亡。糖尿病患者高血糖的長(zhǎng)期結(jié)果能并發(fā)幾種疾病，例如心臟病、動(dòng)脈粥樣硬化、視覺缺失、中風(fēng)、高血壓和腎功能衰竭。
作為避免或至少是減少Ⅰ型糖尿病并發(fā)癥的一種手段是完善地建立對(duì)血液葡萄糖值的頻繁監(jiān)測(cè)。根據(jù)國(guó)家衛(wèi)生機(jī)構(gòu)的建議，一天監(jiān)測(cè)葡萄糖4-6次。Ⅱ型糖尿病(不依賴胰島素)患者，在通過飲食和鍛練方式控制他們的病情方面，也可從監(jiān)測(cè)血液葡萄糖中獲益。
常規(guī)的血液葡萄糖監(jiān)測(cè)方法，每次化驗(yàn)一般都需要抽取血液試樣(例如通過刺破手指)，再采用利用電化學(xué)和比色方法讀出葡萄糖濃度的儀器，測(cè)定葡萄糖的濃度。Ⅰ型糖尿病患者，每天必須幾次獲得指血進(jìn)行葡萄糖測(cè)定，以便維持嚴(yán)密的血糖控制。盡管證明嚴(yán)密的控制能顯著減少長(zhǎng)期糖尿病患者的并發(fā)癥，然而，由于這種血液取樣方法疼痛和不方便，以及對(duì)低血糖的恐懼，已經(jīng)造成患者不良的順應(yīng)性。事實(shí)上，這些考慮往往會(huì)導(dǎo)致糖尿病患者自己監(jiān)測(cè)過程的中斷。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種抽取在生物體系中存在的分析物試樣的方法。更具體而言，本發(fā)明提供一種抽取在個(gè)體的目標(biāo)皮膚或粘膜表面下存在的分析物試樣的方法。說述的方法包括(a)使顆粒加速進(jìn)入和/或穿過所述的目標(biāo)表面，其中所述顆粒進(jìn)入或穿過目標(biāo)表面的加速作用能有效的使流體試樣從目標(biāo)表面下面流到目標(biāo)表面；和(b)測(cè)定在所述流體試樣中存在的所述分析物。
本發(fā)明還提供一種惰性材料在制造細(xì)粒組合物中的應(yīng)用，用于以這種方法從個(gè)體的目標(biāo)皮膚或粘膜表面下抽取分析物試樣。例如，可以采用這種方法，定性或定量地測(cè)定在生物體系中有關(guān)分析物的存在。也可以采用這種方法測(cè)定有關(guān)分析物的量或濃度。此外，可以采用這種方法連續(xù)不斷地或頻繁地測(cè)定分析物的濃度。
這種方法需要使顆粒加速進(jìn)入和/或穿過生物體系的目標(biāo)表面，以致這些顆粒能使一些分析物從目標(biāo)表面下面流過。然后可使分析物與傳感裝置接觸，從其中獲得原始的可檢測(cè)信號(hào)。其中原始信號(hào)既可以是分析物存在的標(biāo)志，也可以與分析物的濃度有關(guān)。如果需要，可在與傳感裝置接觸之前，從目標(biāo)表面上收集分析物。
取樣使有關(guān)的分析物透過皮膚從生物體系中抽取。在這方面，術(shù)語(yǔ)“透過皮膚抽取”或“采用透過皮膚的方法抽取”，系指采用顆粒運(yùn)送技術(shù)的任何非侵入或至少是最小侵入的方法，使容易穿過皮膚或粘膜組織從組織表面下抽取分析物，用于隨后的分析，或從其表面上收集或分析。該術(shù)語(yǔ)也包括任一種這樣的抽取，不管這種抽取是否與皮膚穿透增強(qiáng)劑、負(fù)壓(真空或抽吸)、或其它抽取技術(shù)配合應(yīng)用。
然后使從生物體系中抽取的分析物(一般在流體體積內(nèi))與傳感裝置直接接觸，獲得有關(guān)分析物存在的原始信號(hào)標(biāo)志和/或濃度，或收集從生物體系中抽取的分析物，然后使其與傳感裝置接觸?？梢圆捎萌魏芜m宜的傳感方法，其中包括，例如依靠傳感裝置與生物體系直接接觸的方法、依靠與收集量的所抽取的分析物接觸的方法等，獲得這種原始信號(hào)。與任一種上述方法一起使用的傳感裝置可以采用任何適宜的傳感元件提供原始信號(hào)，適宜的傳感元件包括，但不限于物理、化學(xué)、生物化學(xué)(例如酶、免疫學(xué)等)、電化學(xué)、光化學(xué)、光譜學(xué)、極譜學(xué)、比色和輻射測(cè)量等元件。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案中，采用包括電化學(xué)傳感元件的生物傳感器。
分析物可以是人們渴望用化學(xué)、物理、酶或光學(xué)分析方法檢測(cè)和/或測(cè)定的任何特定的物質(zhì)或成分。這類分析物包括但不限于能指示疾病狀況或病情的毒素、污染物質(zhì)、氨基酸、酶基質(zhì)或酶產(chǎn)物、疾病狀況或病情的其它標(biāo)志、消遣藥物和/或誤用藥物、興奮劑、治療制劑和/或藥物制劑、電解質(zhì)、有關(guān)的生理分析物(例如鈣、鉀、鈉、氯、酸式碳酸鹽(CO2)、葡萄糖、尿(血尿氮)、乳酸鹽、血紅蛋白)和類脂等。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，分析物是有關(guān)的生理分析物，例如葡萄糖或具有生理作用的化學(xué)試劑，例如藥物或藥物制劑。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本說明書后應(yīng)當(dāng)理解，目前有種類繁多的分析物可以采用本方法取樣。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種用于抽取在生物體系中存在的分析物試樣的方法。分析物一般存在于個(gè)體的目標(biāo)皮膚或粘膜表面下面。這種方法需要使加速取樣顆粒進(jìn)入和/或穿過目標(biāo)表面的步驟。加速取樣顆粒進(jìn)入或穿過目標(biāo)表面作用能使一些分析物(一般是包括被分析物的流體試樣)從目標(biāo)表面下面流到目標(biāo)表面上。該試樣能含有可診斷量的分析物。然后通過與傳感裝置直接接觸，測(cè)定如此抽取的分析物的存在和/或量或濃度，或從目標(biāo)表面上收集分析物，然后使其與傳感裝置接觸。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，很容易在診所內(nèi)外進(jìn)行取樣過程，而且不疼。
根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很容易想到本發(fā)明的這些和其它的目的、方面、實(shí)施方案和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是在實(shí)施例1中使用的改進(jìn)的Franz室的示意圖，用于在玻璃容器內(nèi)測(cè)定葡萄糖。
圖2是供體室中的葡萄糖溶液和從實(shí)施例1在玻璃容器中研究的三種不同皮膚中抽取的葡萄糖的光密度曲線。
圖3-5是對(duì)實(shí)施例2從體內(nèi)研究的三個(gè)受驗(yàn)者進(jìn)行葡萄糖化驗(yàn)的誤差分布。
圖6是實(shí)施例2研究的光密度對(duì)靜脈葡萄糖值的曲線。
對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的詳述在詳細(xì)說明本發(fā)明之前，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不限于特別典型的分析物或過程參量，因此它們自然是可變化的。還應(yīng)當(dāng)理解，本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)，只是為了說明本發(fā)明具體的實(shí)施方案，它們并不限制本發(fā)明。
無(wú)論本申請(qǐng)?jiān)谏厦孢€是在下面援引的所有出版物、專利和專利申請(qǐng)，在此全文引入作為參考。
應(yīng)當(dāng)注意，在本說明書和所附的權(quán)利要求中使用的單數(shù)形式“一種”，和“這種”，除非其含義另有明確規(guī)定，都包括復(fù)數(shù)基準(zhǔn)。因此，例如所述的“一種顆?！保ǘ€(gè)或多個(gè)這類顆粒的混合物，說述的“一種分析物”，包括二個(gè)或多個(gè)這類分析物的混合物等。
A．定義除非另有規(guī)定，本申請(qǐng)所使用的一切技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)，其含義都與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同。雖然在本發(fā)明的實(shí)踐中，可以采用許多與本申請(qǐng)所述相似或等價(jià)的方法和材料，但本申請(qǐng)說明的是優(yōu)選的材料和方法。
在說明本發(fā)明時(shí)，使用了下列術(shù)語(yǔ)，現(xiàn)將這些術(shù)語(yǔ)定義如下。
本申請(qǐng)?jiān)谧顝V泛的意義上使用的術(shù)語(yǔ)“分析物”，系指以物理、化學(xué)、生物化學(xué)、電化學(xué)、光化學(xué)、光譜學(xué)、極譜學(xué)、比色、或輻射測(cè)量分析方法檢測(cè)和/或測(cè)定的任一特定物質(zhì)或成分?？芍苯踊蜷g接地從這類材料中得到可檢測(cè)的信號(hào)。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，分析物是有關(guān)生理分析物(例如生理上的活性物質(zhì))，例如葡萄糖，或有生理作用的化學(xué)試劑，例如藥物或藥物制劑。
本申請(qǐng)中所用的術(shù)語(yǔ)“藥物制劑”，系指物質(zhì)的任一化合物或組合物，在將其對(duì)生物體(人或動(dòng)物)給藥時(shí)，會(huì)通過局部和/或全身作用引發(fā)所需要的藥物和/或生理作用。
本申請(qǐng)所用的術(shù)語(yǔ)“取樣”，系指穿過膜，一般是穿過皮膚或組織從任一生物體系中抽取物質(zhì)。膜可以是天然的，也可以是人造的，一般是自然界動(dòng)物的膜，例如天然的或人造的皮膚、血液容器組織和腸組織等。因此“生物體系”包括活的和用人工方法維持的體系。
采用術(shù)語(yǔ)“收集容器”描述任一種適宜的容納裝置，用于容納采用本發(fā)明的方法從個(gè)體中抽取的試樣。適宜的收集容器包括，但不限于吸墊、膜、浸漬片、拭子、試管、小瓶、小杯、毛細(xì)管收集裝置、和小型蝕刻的、切開的或模塑的流動(dòng)通道。
術(shù)語(yǔ)“傳感器”或“傳感裝置”包括任何可用于測(cè)定有關(guān)分析物濃度的裝置。檢測(cè)血液中分析物的優(yōu)選的傳感器一般包括電化學(xué)裝置和化學(xué)裝置。電化學(xué)裝置的實(shí)例包括C1ark電極系統(tǒng)(參見，例如Updike等人(1967)，自然(Nature)214:986-988)，和其它測(cè)量電流、測(cè)量電荷、或測(cè)量電位的電化學(xué)裝置?；瘜W(xué)裝置的實(shí)例包括在Lifescan葡萄糖監(jiān)測(cè)器(參見，例如Phillips等人的美國(guó)專利4,935,346)中采用的常規(guī)酶基反應(yīng)裝置?；瘜W(xué)信號(hào)的檢測(cè)和/或定量也可采用能很容易購(gòu)到的分光光度監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行。
術(shù)語(yǔ)“個(gè)體”包括任何熱血?jiǎng)游?，尤其是包括哺乳類?dòng)物的成員，例如人和非人的靈長(zhǎng)類，例如黑猩猩和其它猿類以及猴類；飼養(yǎng)的動(dòng)物，例如牛、羊、豬、山羊和馬；家庭哺乳動(dòng)物，例如狗和貓；實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，其中包括嚙齒動(dòng)物，例如小鼠、大鼠、和荷蘭豬等，沒有限制。這一術(shù)語(yǔ)并不表示具體的年齡和性別。因此，是將成年和新生的對(duì)象以及胎兒，無(wú)論是雄性還是雌性，都包括在內(nèi)。
B．一般方法本發(fā)明涉及抽取在生物體系中存在的分析物，一般是抽取在個(gè)體的目標(biāo)皮膚或粘膜表面下面存在的生理活性物質(zhì)試樣的方法。這種方法需要二個(gè)一般的步驟，取樣步驟和測(cè)定步驟。可將取樣步驟概括如下。將小的取樣顆粒加速進(jìn)入或穿過目標(biāo)表面。這些顆粒的加速和穿透作用，足以產(chǎn)生能使一些有關(guān)分析物從目標(biāo)表面下流動(dòng)、滲出或以其它方式流到目標(biāo)表面上的通道。目標(biāo)表面的總尺寸一般為約0.1至約5cm2。
取樣顆粒一般包括惰性材料。這些材料是能溶解的，例如普遍采用的在生理上可接受的可溶解材料，其中包括糖類(例如甘露醇、蔗糖、乳糖、繭蜜糖等)和可溶解的或能溶解的聚合物。采用另一種方案，取樣顆?？捎刹蝗芙獾牟牧辖M成，例如淀粉、TiO2、碳酸鈣、磷酸鹽、羥基磷灰石、或甚至是聚合物或金屬如金、鉑或鎢。不溶性材料隨著正常皮膚或粘膜組織更新的過程而脫落。優(yōu)選的材料是乳糖、乳酸、甘露醇和聚乙二醇，例如PEG8000。
如果需要，可用局部活化劑涂覆取樣顆粒的表面，局部活化劑能使取樣步驟容易進(jìn)行。例如，取樣顆?？梢杂盟幬镏苿┤缱饔糜谘艿闹苿┗蚩寡字苿┩扛?。一般采用作用于血管的制劑，提供對(duì)血管的短時(shí)間作用，以便使流體通道最大(使分析物試樣最多)，而一般采用抗炎制劑提供局部的抗炎作用，保護(hù)目標(biāo)部位。也可以采用能滲透的活化劑涂覆取樣顆粒，使取樣過程容易進(jìn)行。
取樣顆?？捎蔁o(wú)針注射器系統(tǒng)如在共同擁有的國(guó)際專利公報(bào)WO94/24263、WO96/04947、WO96/12513和WO96/20022中所述的無(wú)針注射器系統(tǒng)運(yùn)送，所有資料引此以作參考。從這些無(wú)針注射器系統(tǒng)運(yùn)送取樣顆粒通常是采用粒度一般為約0.1-250μm的顆粒進(jìn)行的，優(yōu)選為約10-70μm。也可從該裝置運(yùn)送大于約250μm的顆粒，顆粒的上限是不引起難以忍受的疼痛和/或組織損壞的顆粒尺寸。
被運(yùn)送的顆粒穿透目標(biāo)表面的實(shí)際距離取決于顆粒的尺寸(例如顆粒的名義直徑，這是假定顆粒的幾何形狀大致為球形顆粒)、顆粒的密度、顆粒撞擊表面的初始速度以及目標(biāo)皮膚組織的密度和動(dòng)力學(xué)粘度。對(duì)此，在無(wú)針注射器中使用的最佳顆粒密度，一般為約0.1-25g/cm3，優(yōu)選為約0.9-1.5g/cm3，射入速度一般為約100-3,000m/s。采用適宜的氣體壓力，很容易在推動(dòng)氣流速度接近超音速下，將平均直徑為10-70μm的顆粒加速通過噴嘴。在加速顆粒時(shí)，采用的壓力最好低于30bar，優(yōu)選低于25bar，最優(yōu)選20bar或更低。
采用另一種方案，取樣顆粒可從以顆粒作媒介的運(yùn)送裝置例如稱作“基因槍”類型的裝置運(yùn)送，這種裝置采用氣體放電或帶電體放電運(yùn)送顆粒。在美國(guó)專利5,204,253中敘述了一種氣體放電裝置的實(shí)例。在美國(guó)專利4,945,050中敘述了一種爆炸類型的裝置。氦放電型的顆粒加速裝置的一個(gè)實(shí)例是Powder Ject XR儀器(威斯康星州，馬迪森，PowderJect Vaccines有限責(zé)任公司)，在美國(guó)專利5,120,657中敘述了這種儀器。在美國(guó)專利5,149,655中敘述了一種適合本發(fā)明使用的帶電體放電裝置。在此引入所有這些專利的內(nèi)容作為參考。
在將取樣顆粒送入目標(biāo)表面之后，流體試樣流到目標(biāo)表面上。這一般是組織液試樣或包含組織液的試樣。流體試樣流向表面的通道可以基本上是瞬時(shí)出現(xiàn)，或在一段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)。釋放到目標(biāo)表面上的試樣量可以通過改變條件如取樣顆粒的尺寸和/或密度，以及運(yùn)送顆粒所用裝置的設(shè)定來(lái)改變。釋放的流體量往往是很小的，例如＜1μl，此量一般足夠用于檢測(cè)分析物。
當(dāng)試樣流到目標(biāo)表面時(shí)，測(cè)定試樣中分析物的存在和/或量或濃度?？梢允乖嚇优c適宜的傳感裝置接觸。當(dāng)然，這一檢測(cè)步驟可以以連續(xù)的或頻繁的方式進(jìn)行。連續(xù)或頻繁的檢測(cè)，能監(jiān)測(cè)目標(biāo)分析物濃度的波動(dòng)。此外，在與傳感裝置接觸之前，首先從目標(biāo)表面上收集認(rèn)為包含分析物的試樣。
可以以許多方式從目標(biāo)表面上收集試樣?？梢圆捎美缥鼔|、膜、浸漬片、拭子、試管、小瓶、小杯、毛細(xì)管收集裝置和小型蝕刻的、切開的或模塑的流動(dòng)通道作為收集容器。在一個(gè)優(yōu)選的方面，使一種吸附劑材料通過目標(biāo)表面，從目標(biāo)表面上吸收流體試樣，隨后檢測(cè)分析物的存在或量。吸收劑材料可以是吸墊和拭子的形式。吸收劑材料還可以包含使檢測(cè)分析物容易進(jìn)行的制劑，例如在下面更詳細(xì)敘述的酶，。
可以將吸收劑材料施加到目標(biāo)的表面上，然后使其與檢測(cè)裝置接觸，檢測(cè)分析物。吸收劑材料可以包括水凝膠。生成水凝膠的適宜的膠凝劑，包括carbopol、乳酸鈣、纖維素膠、纖維素羥丙基醚(HPMC)、纖維素羥乙基醚、凝膠粉末或藻朊酸鈉。在水中存在的膠凝劑量可為例如水重量的1％。
可將凝膠施加到目標(biāo)的表面上，在檢測(cè)步驟之前，有足夠的時(shí)間使目標(biāo)表面上的分析物在凝膠中達(dá)到平衡。這個(gè)時(shí)間可以很短，例如從30秒至5分鐘。然后可通過將傳感裝置貼到凝膠上如使包含適合分析物的酶系統(tǒng)的膜與水凝膠接觸進(jìn)行檢測(cè)。
可將測(cè)定步驟概括如下。開始步驟需要從傳感裝置獲得原始信號(hào)，該信號(hào)與在生物體系中存在的目標(biāo)分析物有關(guān)。然后可用原始信號(hào)直接獲得關(guān)于分析物的答案，例如關(guān)于分析物存在的是或否的答案，或直接測(cè)定所抽取的分析物的量或濃度值。也可以用原始信號(hào)間接地獲得關(guān)于分析物的信息。例如可以使原始信號(hào)經(jīng)過信號(hào)處理步驟，以關(guān)聯(lián)所抽取的分析物的測(cè)定與生物體系中分析物的濃度的關(guān)系。這種關(guān)聯(lián)方法對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是眾所周知的。
可以采用任一種能檢測(cè)所獲得的分析物的適宜方法進(jìn)行檢測(cè)。分析方法可以是物理、化學(xué)、生物化學(xué)、電化學(xué)、光化學(xué)、光譜學(xué)、極譜學(xué)、比色或輻射測(cè)量分析方法。
為便于檢測(cè)分析物，可將酶附著在與所抽取的分析物(例如，所抽取的包含分析物的試樣)接觸的傳感裝置的活性表面或活性部分上，或使酶包含在一個(gè)或多個(gè)用于收集所抽取的分析物的收集容器中。這類酶必須能催化與所抽取的分析物(例如葡萄糖)的特效反應(yīng)，達(dá)到反應(yīng)產(chǎn)物能被檢測(cè)的程度(例如，采用電化學(xué)方法根據(jù)產(chǎn)生的電流檢測(cè)，該電流是可檢測(cè)的，并與發(fā)生反應(yīng)的分析物的量成正比)。適宜的酶是葡萄糖氧化酶，葡萄糖氧化酶能將葡萄糖氧化成葡糖酸和過氧化氫。隨后在適宜的生物傳感器電極上的過氧化氫的檢測(cè)使每個(gè)過氧化氫分子產(chǎn)生二個(gè)電子，這就產(chǎn)生能被檢測(cè)并與進(jìn)入裝置的葡萄糖量有關(guān)的電流。葡萄糖氧化酶(GOx)在市場(chǎng)上很容易買到，它具有眾所周知的催化性能。然而，也可以采用其它酶，只要它們能專門催化與分析物或相關(guān)物質(zhì)的反應(yīng)，以生成與如此反應(yīng)的分析物量成正比的可檢測(cè)的產(chǎn)物。
也可在本發(fā)明的方法中使用許多其它的對(duì)分析物特效的酶系統(tǒng)。例如，在使用檢測(cè)過氧化氫的通用生物傳感器電極時(shí)，可以采用適宜的酶系統(tǒng)檢測(cè)乙醇(乙醇氧化酶系統(tǒng))或相似的尿酸(尿酸鹽氧化酶系統(tǒng))、膽甾醇(膽甾醇氧化酶系統(tǒng))、和茶堿(黃嘌呤氧化酶系統(tǒng))?？梢圆捎闷胀夹g(shù)人員所熟悉的迅速有效的技術(shù)，制備這些包含對(duì)分析物特效的酶系統(tǒng)的水凝膠。
優(yōu)選的傳感裝置是膜片，膜片包括酶或能與抽取的有關(guān)分析物反應(yīng)的其它專用試劑，產(chǎn)生可檢測(cè)的顏色變化或其它化學(xué)信號(hào)?？梢酝ㄟ^與標(biāo)準(zhǔn)比較評(píng)價(jià)顏色變化，確定分析物的量，或采用標(biāo)準(zhǔn)電子反射測(cè)量?jī)x器檢測(cè)顏色變化。一個(gè)這樣的系統(tǒng)是透過皮膚的葡萄糖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可從佛羅里達(dá)州，龐帕諾比奇，工藝試劑和產(chǎn)品有限責(zé)任公司(TCPI)購(gòu)到。在Yang等人的美國(guó)專利5,267,152中敘述了另一種適宜的系統(tǒng)(一種采用近-IR輻射漫反射激光譜儀測(cè)定血液葡萄糖濃度的裝置和方法)。在Rosenthal等人的美國(guó)專利5,086,229和Robinson等人的美國(guó)專利4,975,581中也敘述了類似的近-IR光譜裝置。Stanley的美國(guó)專利5,139,023敘述了一種血液葡萄糖監(jiān)測(cè)裝置，該裝置依賴于滲透性增強(qiáng)劑(例如膽汁鹽)，使葡萄糖容易沿著在組織液和接受介質(zhì)之間建立的濃度梯度透過皮膚移動(dòng)。Sembrowich的美國(guó)專利5,036,861敘述了一種無(wú)源葡萄糖監(jiān)測(cè)器，它能收集通過皮膚膜片的汗液，其中采用膽堿能試劑模擬來(lái)自外分泌汗腺的汗分泌物。在Schoendorfer的美國(guó)專利5,076,273和Schroeder的美國(guó)專利5,140,985中敘述了一些類似的汗液收集裝置。采用標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)試劑(例如酶制劑)的比色或分光光譜方法，檢測(cè)所抽取的葡萄糖。
采用另一種方案，可采用離子電滲透過皮膚的取樣系統(tǒng)與本發(fā)明相結(jié)合，例如，其中采用速溶顆粒方法預(yù)處理一個(gè)皮膚部位，使GlucoWatch系統(tǒng)(加利福尼亞州，雷德伍德，Cygnus)改進(jìn)的取樣方法容易進(jìn)行。Gliebfeld等人(1989)在藥物研究(Pharm.Res.)6(11):988中的論文以及美國(guó)專利5771890中描述了這種離子電滲系統(tǒng)。
C．實(shí)驗(yàn)下面是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的一些具體實(shí)施方案的實(shí)施例。這些實(shí)施例只是用于說明本發(fā)明的目的，它們不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
雖然盡力確保所用數(shù)字(例如量、溫度等)的準(zhǔn)確，但是對(duì)于某些實(shí)驗(yàn)的誤差和偏差，自然也是應(yīng)該允許的。
實(shí)施例1引言組織液是在皮膚表面頂層細(xì)胞之間的透明體液。在這種流體中的葡萄糖濃度直接指示血液中的葡萄糖濃度。無(wú)針注射器裝置可以產(chǎn)生通入這些層內(nèi)的擴(kuò)散通道，使得能夠收集少量(＜1ml)的組織液，然后可以測(cè)定組織液中的葡萄糖濃度。
材料和方法NF(法國(guó)標(biāo)準(zhǔn))級(jí)乳糖一水合物是從Amresco(俄亥俄州，薩倫)購(gòu)到的。采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)篩(伊利諾斯州，芝加哥)將乳糖粉末篩分成38-53μm。D-(+)葡萄糖是從Sigma(密蘇里州，圣路易斯)購(gòu)到的。人的尸體皮膚由紐約消防員皮膚庫(kù)(紐約州，紐約)提供，人的尸體皮膚先用80％的鹽溶液、10％的小牛血清和10％的甘油預(yù)處理，然后在皮膚庫(kù)中冷凍。在提供皮膚時(shí)，在室溫下解凍1-2h后使用。
設(shè)計(jì)改進(jìn)的Franz室(6.9ml)用于研究體外葡萄糖抽取物(圖1)。在室底部的供體部分用10-500mg/dl不同葡萄糖濃度的溶液充填。在實(shí)驗(yàn)過程中葡萄糖溶液的溫度維持在32℃。使用200-300mm厚的人尸體皮膚。該皮膚采用1英寸(2.54cm)模切刀具沖成圓片，然后將皮膚放在改進(jìn)的Franz室上。
平衡幾小時(shí)后，將2mg的38-53μm的乳糖顆粒裝入20μm聚碳酸酯膜的三層重疊的盒中，采用裝有超音速噴嘴的Powder JectNDI無(wú)針注射器裝置將乳糖顆粒射到皮膚組織中。該裝置發(fā)射顆粒的壓力為20bar。然后將5μl的水凝膠放在被射皮膚的上面，使一個(gè)一次接觸(One Touch)的酶膜(加利福尼亞州，米爾皮特斯，Lifescan)與凝膠接觸1分鐘。然后用光密度計(jì)(加利福尼亞州，赫爾卡爾斯)測(cè)定膜的光密度。
結(jié)果表1是測(cè)定與共體部分(Franz室的底部)，或與被處理皮膚上面的水凝膠接觸的膜的光密度的一覽表。正如所看到的，當(dāng)供體部分的光密度從0.10增加到0.71時(shí)，從三個(gè)不同皮膚試樣的上面抽取的葡萄糖的光密度從0.04-0.08成正比地增加到0.65-0.89。圖2是供體部分上三個(gè)皮膚試樣光密度的概括性曲線。三個(gè)皮膚試樣的相關(guān)性(r2值)為0.2。
這些體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，采用本發(fā)明的顆粒發(fā)射方法和模擬人的組織液的供體室，在所抽取的葡萄糖測(cè)定值之間具有良好的相關(guān)性(r2=0.92)。
表1葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液、在供體室中的葡萄糖和從三個(gè)不同皮膚試樣抽取的葡萄糖的光密度

實(shí)施例2引言采用在實(shí)施例1中所述的人尸體皮膚，在體外研究證明，“體系的”葡萄糖濃度與通過顆粒發(fā)射方法(r2=0.92)評(píng)價(jià)的流體試樣具有緊密的關(guān)系。因此，此研究是為了將受驗(yàn)人二種血液來(lái)源的葡萄糖(靜脈血液葡萄糖和毛細(xì)管血液葡萄糖)濃度與通過無(wú)針注射裝置引出的組織液的葡萄糖濃度進(jìn)行比較進(jìn)行的。
此外，在無(wú)針注射部位上，采用Draize標(biāo)度，測(cè)定可見級(jí)的紅斑或水腫，測(cè)定色度變化、透過表皮的失水變化(TEWL)和任何疼痛感覺(VAS)，以便指示角質(zhì)層的破裂并證實(shí)顆粒的穿透。在顆粒射入后和在第24小時(shí)和第48小時(shí)取樣后，立即進(jìn)行測(cè)定。這些測(cè)定標(biāo)繪出靜脈葡萄糖、毛細(xì)管葡萄糖和間隙葡萄糖與皮膚耐受性之間的關(guān)系。
材料和方法在研究中包括120個(gè)患糖尿病的受驗(yàn)者。受驗(yàn)者是18-70歲的男性或女性，Ⅰ型或Ⅱ型的糖尿病患者，但排除在化驗(yàn)部位有任何皮膚疾病，其中包括濕疹、牛皮癬等的糖尿病患者，或具有復(fù)發(fā)性皮膚感染史的糖尿病患者。取樣部位是肘窩(靜脈)、指尖(毛細(xì)管)和手掌前臂(顆粒運(yùn)送)。
無(wú)針注射器顆粒運(yùn)送裝置和化合物如下粉末乳糖，粒度20-38mm，篩分。
粉末盒用10μm碳酸酯膜制備的三層重疊膜(上游膜是分層的)，裝入1.0mg粉末，在清潔的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中封裝，最后用γ射線消毒。
裝置皮膚的Powder JectTMNDI無(wú)針注射器裝置，裝有超音速噴嘴，容納三層重疊粉末盒的改進(jìn)的5cc膨脹室，10bar壓縮空氣壓力，按鈕式不銹鋼氣瓶。
使無(wú)針注射器裝置盡可能地保持豎直，噴嘴緊緊地對(duì)著皮膚放置，確保皮膚和裝置的這一端之間沒有間隙。壓下裝置頂部的按鈕使裝置起動(dòng)。
在粉末運(yùn)送之前，評(píng)價(jià)每個(gè)手掌前臂注射部位的TEWL和色度。在將粉末運(yùn)送到該部位中之后，對(duì)每個(gè)射入部位測(cè)定TEWL。請(qǐng)每個(gè)受驗(yàn)者用幾句話描述對(duì)射入顆粒的感覺，以100mm可見模擬標(biāo)度(VAS)記錄疼痛感覺，100表示刺破指尖的疼痛，0表示無(wú)疼痛。
用5μl的水凝膠濕潤(rùn)LifeScanTM葡萄糖檢測(cè)膜條，并將其貼到射入粉末的部位上，保持1分鐘。擦凈被處理的部位，測(cè)定色度，與預(yù)處理值進(jìn)行比較。用指棒收集毛細(xì)管血液試樣，使用LifeScan一次接觸系統(tǒng)進(jìn)行葡萄糖分析。從肘窩靜脈收集血液試樣，分析葡萄糖。采用Bio-Rad光密度計(jì)定量測(cè)定該膜的顏色強(qiáng)度。在射入后第24小時(shí)和第48小時(shí)，測(cè)定射入部位的TEWL和色度。
對(duì)于口服葡萄糖耐受性實(shí)驗(yàn)使用的方案如下?？赡苡绊憣?shí)驗(yàn)的一切藥物治療，在實(shí)驗(yàn)前至少中斷3天。在實(shí)驗(yàn)前3天，指導(dǎo)受驗(yàn)者攝入碳水化合物至少150g/d，禁食14-15小時(shí)(從實(shí)驗(yàn)前一天下午6點(diǎn)鐘至實(shí)驗(yàn)這天的上午8-9點(diǎn)鐘)。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)的受驗(yàn)者戒煙、咖啡、茶、食品和酒。在實(shí)驗(yàn)過程中受驗(yàn)者安靜地坐直。允許緩慢地走動(dòng)，但避免劇烈的鍛煉。在服用葡萄糖之前，采用上述的靜脈、毛細(xì)管和間質(zhì)葡萄糖取樣技術(shù)，進(jìn)行快速等離子葡萄糖(FastingPlasma Glucose)測(cè)定(FPG)。以25％的溶液(400ml)形式，服用75g葡萄糖。按照上述的方法，在30、60、90、120分鐘收集試樣，測(cè)定毛細(xì)管和間質(zhì)葡萄糖濃度。
結(jié)果從三個(gè)受驗(yàn)者獲得的葡萄糖耐受性實(shí)驗(yàn)結(jié)果，繪于圖3-圖5。這些結(jié)果給出根據(jù)與組織液中的葡萄糖反應(yīng)獲得的血液葡萄糖濃度(mg/dl)和光密度。為了將這些結(jié)果合并在同一個(gè)圖中，將光密度乘以1000。
受驗(yàn)者1的動(dòng)態(tài)葡萄糖范圍是150-270mg/dl。根據(jù)血液葡萄糖值的光密度與靜脈葡萄糖濃度具有良好的相關(guān)性(圖3)。受驗(yàn)者2的動(dòng)態(tài)葡萄糖濃度范圍為160mg/dl-400mg/dl。除了在1小時(shí)的時(shí)間點(diǎn)以外，在靜脈葡萄糖和光密度之間也有相關(guān)性(圖4)。對(duì)受驗(yàn)者3也能觀測(cè)到類似的趨勢(shì)(圖5)。
在圖6中，將組織液葡萄糖的光密度讀數(shù)對(duì)所有受驗(yàn)者的靜脈血液葡萄糖標(biāo)繪。對(duì)所收集的數(shù)據(jù)應(yīng)用誤差方格(error grid)方法進(jìn)行標(biāo)繪。大多數(shù)數(shù)據(jù)點(diǎn)位于A區(qū)和B區(qū)，它們是與臨床有關(guān)的區(qū)域。線性回歸分析的r值是0.76。表2列出侵入式葡萄糖計(jì)、離子電滲葡萄糖手表方法、和根據(jù)本發(fā)明的顆粒發(fā)射方法之間誤差方格分析的比較。
表2葡萄糖計(jì)、葡萄糖手表和本發(fā)明之間的比較

關(guān)于疼痛，與葡萄糖計(jì)和Gluco Watch測(cè)定葡萄糖的方法相比，大多數(shù)受驗(yàn)者(＞90％)更喜歡根據(jù)本發(fā)明的顆粒運(yùn)送方法。然而，采用本發(fā)明的方法，對(duì)一些受驗(yàn)者觀察到有些紅斑，但在3-4天后就會(huì)消退。
因此，本申請(qǐng)公開了這些新穎的監(jiān)測(cè)方法。雖然在某種程度上詳細(xì)地說明了本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案，但應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行一些明顯的變動(dòng)，并不偏離所附權(quán)利要求規(guī)定的本發(fā)明的內(nèi)容和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種用于在個(gè)體的目標(biāo)皮膚或粘膜表面下面對(duì)存在的分析物取樣的方法，所述的方法包括(a)加速顆粒進(jìn)入和/或穿過所述目標(biāo)的表面，其中所述顆粒進(jìn)入或穿過目標(biāo)表面的加速作用能使流體試樣從目標(biāo)表面下面流到目標(biāo)表面上；和(b)測(cè)定在所述流體試樣中存在的所述分析物。
2．權(quán)利要求1的方法，其中分析物是生理上的活性物質(zhì)。
3．權(quán)利要求1或2的方法，其中在步驟(a)中顆粒進(jìn)入目標(biāo)表面的加速作用是用于提高目標(biāo)表面的滲透性。
4．前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(a)中采用無(wú)針注射器裝置，使顆粒對(duì)著目標(biāo)表面加速。
5．權(quán)利要求4的方法，其中在約100-2,500m/s的速度下，使顆粒對(duì)著目標(biāo)表面加速。
6．前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中顆粒的尺寸主要為約0.1-250μm。
7．前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中采用局部活化劑涂覆顆粒。
8．權(quán)利要求7的方法，其中采用能滲透的活化劑或藥物制劑涂覆顆粒。
9．權(quán)利要求8的方法，其中藥物制劑是能作用于血管的制劑和抗炎制劑。
10．前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中在步驟(a)中的目標(biāo)表面的總尺寸為約0.1至約5.0cm2。
11．前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中流體試樣包括組織液。
12．前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中步驟(b)包括從目標(biāo)表面上收集試樣。
13．權(quán)利要求12的方法，其中收集步驟需要使目標(biāo)表面與吸收劑材料接觸。
14．權(quán)利要求13的方法，其中吸收劑材料采用對(duì)分析物起特效反應(yīng)的酶涂覆，以產(chǎn)生可檢測(cè)的信號(hào)。
15．權(quán)利要求14的方法，其中生理活性物質(zhì)是葡萄糖，酶是葡萄糖氧化酶。
16．權(quán)利要求15的方法，其中可檢測(cè)的信號(hào)是定量的，并與個(gè)體的血液葡萄糖濃度相關(guān)聯(lián)。
17．權(quán)利要求14的方法，其中生理活性物質(zhì)是乙醇，酶是乙醇氧化酶。
18．權(quán)利要求17的方法，其中可檢測(cè)的信號(hào)是定性的，并是在個(gè)體中存在或不存在乙醇的標(biāo)志，或可檢測(cè)的信號(hào)是定量的，并與個(gè)體中血液的乙醇濃度相關(guān)聯(lián)。
19．權(quán)利要求12-18任一項(xiàng)的方法，其中將試樣收集到收集裝置中，并且該收集裝置在將顆粒加速進(jìn)入所述的表面以后與目標(biāo)表面接觸。
20．權(quán)利要求12-19任一項(xiàng)的方法，其中在1天過程中至少重復(fù)一次加速和收集步驟，以對(duì)個(gè)體中的生理活性物質(zhì)提供連續(xù)的監(jiān)測(cè)。
21．前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的方法，其中步驟(b)包括使流到目標(biāo)表面上的試樣與傳感裝置接觸，檢測(cè)所述分析物的存在或量。
22．一種惰性材料對(duì)制造細(xì)粒組合物的應(yīng)用，該組合物用于在個(gè)體的目標(biāo)皮膚或粘膜表面下面對(duì)存在的分析物取樣，使用的方法包括(a)加速顆粒進(jìn)入和/或穿過所述的目標(biāo)表面，其中所述顆粒進(jìn)入或穿過目標(biāo)表面的加速作用能使流體試樣能從目標(biāo)表面下面流到目標(biāo)表面上；和(b)測(cè)定在所述流體試樣中存在的所述分析物。
全文摘要
提供一些對(duì)在生物體系中存在的分析物取樣的方法。這些方法需要采用顆粒運(yùn)送方法,以從該體系中獲得有關(guān)分析物試樣。
文檔編號(hào)A61B17/54GK1324228SQ9981259
公開日2001年11月28日 申請(qǐng)日期1999年9月3日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月4日
發(fā)明者S·Y·鄺 申請(qǐng)人:鮑德杰克特研究有限公司