對用于經(jīng)皮應(yīng)用的化學(xué)光學(xué)傳感器的調(diào)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對氣體的濃度的經(jīng)皮測量的化學(xué)光學(xué)傳感器單元，包括:至少一個感測層，其適于利用預(yù)定輻射來輻照；以及鄰近所述至少一個感測層的一側(cè)的至少一個透氣層，其適于使要測量其濃度的氣體朝向所述感測層穿過所述透氣層;其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元適于與在所述透氣層與皮膚之間的接觸介質(zhì)一起操作，其中，所述接觸介質(zhì)包括除水以外的第一化合物;其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元的特征在于所述至少一個透氣層和所述至少一個感測層對所述第一化合物是能滲透的；并且其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元適于測量所述至少一個感測層的光學(xué)響應(yīng)，所述至少一個感測層的光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度。本發(fā)明還涉及包括這樣的化學(xué)光學(xué)傳感器的系統(tǒng)，以及涉及用于調(diào)節(jié)用于測量氣體的濃度的化學(xué)光學(xué)傳感器單元的方法以及能由此獲得的經(jīng)調(diào)節(jié)的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]神經(jīng)肌肉疾病、慢性阻塞性肺病(COPD)以及肥胖型換氣不足的患者常常遭受慢性呼吸衰竭。所述患者需要在家中對它們的呼吸衰竭的定期處置。血氧過低的患者通過氧氣治療(大多數(shù)沒有通氣機(jī)支持)得到處置，同時通過利用環(huán)境空氣的有創(chuàng)通氣(IV)和無創(chuàng)通氣(NIV)的處置，幫助將高碳酸血癥患者的高二氧化碳(CO2)血氣水平帶回到可接受的水平。通過在夜間NIV期間測量動脈氧和二氧化碳水平上的基線和趨勢來檢查通氣的效力。
[0003]動脈血氣測量形成黃金標(biāo)準(zhǔn)。在開始在家里的通氣處置之前，患者待在醫(yī)院以優(yōu)化通氣機(jī)設(shè)置并監(jiān)測動脈血氣值。取決于疾病嚴(yán)重性和穩(wěn)定性，患者必須或多或少地定期返回醫(yī)院檢查。呼吸護(hù)士也能夠訪問在家里的患者以檢查通氣機(jī)并安裝使得能夠進(jìn)行對血氣分壓的無創(chuàng)監(jiān)測的裝備。在家里，血氣水平通常在夜里被監(jiān)測，并且數(shù)據(jù)與通氣機(jī)以及呼吸數(shù)據(jù)存儲在一起，以供以后在醫(yī)院的分析。
[0004]無創(chuàng)血氧監(jiān)測的現(xiàn)有技術(shù)是通過測量動脈氧飽和度，其涉及經(jīng)由氧解離曲線的氧分壓。脈搏血氧測定(SpO2)是用于對患者中的動脈氧飽和度的無創(chuàng)監(jiān)測的光學(xué)方法，并且已經(jīng)變成臨床實踐中最常用的技術(shù)之一。脈搏血氧測定為合理的低成本技術(shù)并且易于使用。其為用于在家里的血氧監(jiān)測的優(yōu)選方法。
[0005]對⑶2的分壓的無創(chuàng)監(jiān)測的現(xiàn)有技術(shù)借助于二氧化碳描記或經(jīng)皮⑶2(PtcC02)監(jiān)測。針對擁有健康的肺的插管患者，通過二氧化碳描記獲得的潮氣末C02(etC02)值提供了對動脈CO2值的良好指示。然而，在無創(chuàng)通氣的情況中，其中通常存在空氣在罩與面部之間的泄漏并且患者患有嚴(yán)重的呼吸疾病，二氧化碳描記常常不是可靠的方法。在大多數(shù)醫(yī)院里，使用用于趨勢監(jiān)測的二氧化碳描記與對動脈血液樣品的分析的組合，以獲得偶爾準(zhǔn)確的值。
[0006]經(jīng)皮CO2監(jiān)測不受空氣泄漏和呼吸疾病擾亂，但要求訓(xùn)練有素的人員來獲得可靠的值，并且顯示由于成年人之間皮膚性質(zhì)的變化而引起的某種不準(zhǔn)確性。CO2血氣監(jiān)測在家里相比血氧測定較不常用，盡管其針對接收通氣的患者的高相關(guān)性。
[0007]目前的經(jīng)皮CO2傳感器全部基于以下已經(jīng)存在40年的概念，S卩(i)恒溫控制的加熱器，以增加皮膚的血液灌注和透氣性；(ii)在皮膚與傳感器膜之間的流體層；(iii)覆蓋傳感器的透氣膜；(iv)在膜與傳感器之間的電解質(zhì)溶液；(V)包括電化學(xué)PH傳感器和參考電極的傳感器;以及(V)用于補(bǔ)償溫度效應(yīng)和皮膚代謝的算法。
[0008]EP I 965 198 Al描述了一種用于確定氣態(tài)或液體樣品中的CO2的設(shè)備，包括聚合物基質(zhì)以及被嵌入聚合物基質(zhì)中的指示劑，其中，指示劑包括PH敏感性染料與金屬陽離子復(fù)合物，其中，PH敏感性染料的陰離子與金屬陽離子形成可溶于聚合物基質(zhì)中的鹽。
[0009]Mills和Hodgen于2OO5年的Advanced concepts in fluorescence sensing(Topics in Fluorescence Septroscopy，9(9)第119至 162頁)公開了濕二氧化碳光學(xué)傳感器系統(tǒng)和干二氧化碳光學(xué)傳感器系統(tǒng)的若干特征，尤其是關(guān)于合適的染料和發(fā)光指示劑的?目息O
[0010]在圖1中描繪了現(xiàn)有技術(shù)的用于經(jīng)皮應(yīng)用的化學(xué)光學(xué)傳感器的另外的范例，其中，在光學(xué)透明載體材料之上沉積兩層‘硅橡膠狀’透氣材料。第一層(感測層)包括兩種發(fā)光染料在疏水聚合物內(nèi)的親脂性相轉(zhuǎn)移試劑中的混合物，即具有長發(fā)光壽命的參考染料和具有短發(fā)光壽命的PH敏感性指示劑染料。第二膜層包括光反射材料(T12)顆粒，并且防止到或從感測層的離子輸運。CO2氣體通常擴(kuò)散通過所述膜到第一(感測)層中并改變pH，其繼而改變來自指示劑染料的發(fā)光。通過使用雙壽命參考技術(shù)(其有效地測量經(jīng)調(diào)制的光激發(fā)的時間響應(yīng))能夠計算C02氣體的百分?jǐn)?shù)。
[0011]親脂性相轉(zhuǎn)移試劑也充當(dāng)化學(xué)緩沖劑材料，以為水提供碳酸的產(chǎn)生。然而，在傳感器的應(yīng)用的位點處(例如在與接觸介質(zhì)的接觸帶中)的滲透失衡可能會啟動分子擾動，例如到傳感器中或從傳感器出來的水輸運，這可能導(dǎo)致不想要的傳感器的靈敏度變化，因此需要對傳感器的校準(zhǔn)或重新校準(zhǔn)。
[0012]因此，存在對用于經(jīng)皮應(yīng)用的改進(jìn)的化學(xué)光學(xué)傳感器的開發(fā)的需要，其中，沒有因分子擾動的發(fā)生造成的靈敏度變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明解決這些需要并且提供用于有效地測量氣體(尤其是CO2)在滲透不平衡環(huán)境(例如皮膚)中的濃度的手段和方法。以上目的尤其通過一種用于對氣體的濃度的經(jīng)皮測量的化學(xué)光學(xué)傳感器單元得以實現(xiàn)，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元包括:至少一個感測層，其適于利用預(yù)定輻射來輻照；以及鄰近所述至少一個感測層的一側(cè)的至少一個透氣層，其適于使要測量其濃度的氣體朝向所述感測層穿過所述透氣層;其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元適于與在所述透氣層與皮膚之間的接觸介質(zhì)一起操作，其中，所述接觸介質(zhì)包括除水以外的第一化合物;其中所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元的特征在于所述至少一個透氣層和所述至少一個感測層對所述第一化合物是能滲透的；并且其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元適于測量所述至少一個感測層的光學(xué)響應(yīng)，所述至少一個感測層的光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度。尤其地，由發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，在將所述傳感器應(yīng)用在皮膚上之前，利用有機(jī)化合物(例如諸如丙二醇的多羥基鏈烷)，對這樣的化學(xué)光學(xué)傳感器單元的調(diào)節(jié)，分子擾動(例如從化學(xué)光學(xué)傳感器單元出來的以及在化學(xué)光學(xué)傳感器單元與接觸介質(zhì)之間的水輸運)被強(qiáng)烈減少，使得在氣體測量期間(例如在對CO2的測量期間)不發(fā)生靈敏度變化。因此，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的化學(xué)光學(xué)傳感器單元經(jīng)由被布置在至少一個透氣層與皮膚之間的接觸介質(zhì)被附著到人的皮膚時，存在于皮膚中的氣體(例如O2或CO2)穿過透氣層到感測層中，只要皮膚中的氣體分壓高于化學(xué)光學(xué)傳感器單元中的氣體分壓。由于有機(jī)化合物(例如諸如丙二醇的多羥基鏈烷)在化學(xué)光學(xué)傳感器單元中和在接觸介質(zhì)中的存在，可以提供滲透平衡的環(huán)境，這允許對O2或CO2的濃度的有效監(jiān)測，在無需任何額外的校準(zhǔn)步驟的情況下并且在無需擔(dān)心由于水對感測層的侵入的影響而引起的測量值的漸進(jìn)性錯誤或無效。
[0014]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元的所述至少一個透氣層和/或所述至少一個感測層包括除水以外的所述第一化合物。
[0015]在另外的優(yōu)選實施例中，所述接觸介質(zhì)是透氣的、生物相容的并且能夠至少部分地穿透所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元。在任選的實施例中，所述接觸介質(zhì)還是導(dǎo)熱的。在又一優(yōu)選實施例中，除水以外的所述第一化合物為有機(jī)化合物，例如碳水化合物、還原碳水化合物、多糖、多羥基鏈烷，或它們的任何衍生物。在另外的優(yōu)選實施例中，除水以外的所述第一化合物為C2-C1Q的醇，或它的衍生物。
[0016]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，除水以外的所述第一化合物為丙二醇、木糖醇、山梨醇或甘油，或它們的衍生物。
[0017]在本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例中，所述接觸介質(zhì)額外地包括(i)水以及(ii)溶解的氯化鈉。
[0018]在本發(fā)明另外的實施例中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器被提供在包括如本文上面限定的所述第一化合物的調(diào)節(jié)流體中。在本發(fā)明尤其優(yōu)選的實施例中，所述調(diào)節(jié)流體與如本文上面限定的所述接觸介質(zhì)相同。
[0019]在另外的優(yōu)選實施例中，所述至少一個透氣層和/或所述至少一個感測層包括硅橡膠。
[0020]在另一優(yōu)選實施例中，除水以外的所述第一化合物以這樣的濃度存在于所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元中，所述濃度使得當(dāng)所述化學(xué)光學(xué)傳感器與具有恒定氣體濃度的所述接觸介質(zhì)相接觸時，所述光學(xué)響應(yīng)是穩(wěn)定的。
[0021]在本發(fā)明額外的也為優(yōu)選的實施例中，所述感測層包括發(fā)光材料，并且所述透氣層適于防止光穿過所述透氣層。
[0022]在本發(fā)明另外的優(yōu)選實施例中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元為用于測量血氣濃度的經(jīng)皮傳感器單元。尤其優(yōu)選的是，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元用于測量O2和/或CO2的血氣濃度。在更優(yōu)選的實施例中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元用于測量CO2的血氣濃度。
[0023]在另外的實施例中，如本文上面限定的所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元還包括:至少一個光源，其適于輻照所述感測層，并且任選地適于輻照被連接到所述光源的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)；以及至少一個探測設(shè)備，其適于探測所述感測層的所述光學(xué)響應(yīng)，并且任選地適于探測被連接到所述探測設(shè)備的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)。在優(yōu)選的實施例中，所述光源、導(dǎo)光結(jié)構(gòu)和/或所述探測設(shè)備中的至少一個能拆卸地被連接到所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元。
[0024]在另一方面中，本發(fā)明涉及一種用于患者監(jiān)測和/或?qū)颊叩耐獾南到y(tǒng)，包括如本文上面限定的化學(xué)光學(xué)傳感器單元、通氣設(shè)備和/或監(jiān)測設(shè)備。
[0025]在又一方面中，本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)用于對氣體的濃度的經(jīng)皮測量的化學(xué)光學(xué)傳感器單元的方法，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元包括:至少一個感測層，其適于利用預(yù)定輻射來輻照；以及鄰近所述至少一個感測層的一側(cè)的至少一個透氣層，其適于使要測量其濃度的氣體朝向所述感測層穿過所述透氣層;其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元適于與在所述透氣層與皮膚之間的接觸介質(zhì)一起操作，其中，所述接觸介質(zhì)包括除水以外的第一化合物；其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元的特征在于所述至少一個透氣層和所述至少一個感測層對所述第一化合物可透;并且其中，所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元適于測量所述至少一個感測層的光學(xué)響應(yīng)，所述至少一個感測層的光學(xué)響應(yīng)取決于所述氣體的濃度;所述方法包括使所述化學(xué)光學(xué)傳感器單元與調(diào)節(jié)流體，優(yōu)選地與包括如本文上面限定的除水以外的第一化合物的調(diào)節(jié)流體相接觸，或者與如本文上面限定的接觸介質(zhì)相接觸。
[0026]在優(yōu)選的實施例中，所述接觸步驟被執(zhí)行直到所述第一化合物已經(jīng)達(dá)到在所述透氣層和/或所述感測層中的平衡。
[0027]在另一方面中，本發(fā)明涉及一種用于對氣體的濃度的經(jīng)皮測量的經(jīng)調(diào)節(jié)的化學(xué)光學(xué)傳感器單元，其能通過如本文上面限定的用于調(diào)節(jié)用于對氣體的濃度的經(jīng)皮測量的化學(xué)光學(xué)傳感器單元的所述方法獲得。
【附圖說明】