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Gebiet der Erfindung
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Das Gebiet dieser Erfindung ist die Erfassung der Analytkonzentration, insbesondere der Zugang zu physiologischem Fluid und der Bestimmung von einem oder mehreren seiner Analytkonzentrationen.
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Hintergrund der Erfindung
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Die Erfassung von Analyten in physiologischen Fluiden, z. B. Blut oder von Blut abgeleiteten Produkten, physiologischem Fluid usw., ist für die heutige Gesellschaft von stetig wachsender Bedeutung. Untersuchungen für die Analyterfassung finden ihren Einsatz in einer Vielfalt von Anwendungen, einschließlich des Testens im klinischen Labor, des Testens zu Hause usw., wobei die Ergebnisse solcher Tests eine bedeutende Rolle bei der Diagnose und Handhabung einer Vielfalt von Krankheitszuständen spielen. Interessierende Analyte umfassen Glukose für das Handhaben von Diabetes, Cholesterin und dergleichen. Als Antwort auf diese wachsende Bedeutung der Analyterfassung ist eine Vielfalt von Analyterfassungsprotokollen und Vorrichtungen sowohl für den Einsatz in der Klinik als auch daheim entwickelt worden.
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Beim Bestimmen der Konzentration eines Analyten in einer physiologischen Probe muß zunächst eine physiologische Probe erhalten werden. Das Erhalten der Probe hat oftmals arbeitsaufwendige und komplizierte Vorrichtungen zur Folge gehabt, die nicht einfach zu verwenden sein können oder teuer herzustellen sein können. Weiterhin kann die Prozedur zum Erhalten der Probe schmerzhaft sein. Zum Beispiel wird Schmerz oftmals mit der Größe der Nadel verbunden, die verwendet wird, um die physiologische Probe zu erhalten, und der Tiefe, in die die Nadel eingeführt wird. Abhängig von dem Analyten und der Art des Tests, der benutzt wird, wird oftmals eine relativ große einzige Nadel oder dergleichen verwendet, um die erforderliche Menge der Probe herauszuziehen.
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Der Prozeß zum Bestimmen der Analytkonzentration kann auch eine Vielzahl von Schritten umfassen. Zunächst wird eine Probe durch Einsatz eines Hautdurchstechungsmechanismus erlangt, z. B. einer Nadel oder einer Lanzette, wobei das Erlangen auch die Verwendung eines Probensammelmechanismus, z. B. eines Kapillarrohres, mit sich bringen kann. Als nächstes muß die Probe dann zu einer Prüfvorrichtung überführt werden, z. B. einem Teststreifen oder dergleichen, und dann wird oftmals der Teststreifen zu einer Meßvorrichtung, so wie einem Meßgerät, überführt. Somit werden die Schritte des Erlangens der Probe, des Sammelns der Probe, des Überführens der Probe zu einem Biosensor und des Messens der Analytkonzentration in der Probe oftmals als getrennte aufeinanderfolgende Schritte mit verschiedenen Vorrichtungen und Instrumenten durchgeführt.
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Wegen dieser Nachteile ist es bei Patienten, bei denen eine häufige Überwachung eines Analyten erforderlich ist, nicht unüblich, daß sie sich beim Selbstüberwachen einfach unbehaglich fühlen. Bei Diabetes zum Beispiel führt, wenn das Messen ihres Glukosepegels auf einer vorgeschriebenen Basis ausfällt, dies zu einem Mangel an Information, die notwendig ist, den Glukosepegel richtig zu kontrollieren. Nicht kontrollierte Glukosepegel können sehr gefährlich und sogar lebensbedrohend sein.
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Fortschritte sind in der Technologie zur Erfassung von Analyten gemacht worden, um die Nachteile der oben beschriebenen Testprotokolle zu überwinden. Ein Hauptfortschritt ist die Integration der Einrichtung zum Zugriff auf physiologisches Fluid und die Einrichtung zum Testen des Fluids auf das Vorliegen und/oder die Konzentration des interessierenden Analyten, z. B. Glukose. Genauer umfassen solche integrierten Vorrichtungen einen Biosensor mit einem damit integrierten, die Haut durchstechenden Element, so wie einer Mikronadel. Solche beispielhaften Vorrichtungen sind zum Beispiel in der
EP-A-1 184 121 offenbart.
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Das Dokument
DE 198 19 407 offenbart eine Vorrichtung, wie sie in dem einleitenden Teil von Anspruch 1 definiert ist.
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Trotz solcher Fortschritte gibt es ein andauerndes Interesse bei der Entwicklung neuer Vorrichtungen und Verfahren zur Verwendung bei der Bestimmung von Analytkonzentrationen in einer physiologischen Probe. Von besonderem Interesse würde die Entwicklung von Systemen zur Bestimmung von Analytkonzentrationen mit integrierten Fluidzugriffs- und Prüffunktionen sein, und Einsatzverfahren dafür, die automatisiert sind, um die Handhabung durch den Benutzer zu minimieren, zweckmäßig und einfach sind und die Tragbarkeit verbessern.
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Die vorliegende Erfindung ist wie in den angefügten Ansprüchen definiert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Systeme und Vorrichtungen zum Zugreifen auf physiologisches Fluid und Bestimmen der Konzentration eines oder mehrerer Analyten von diesem. Die vorliegenden Systeme stellen eine Kassettenvorrichtung zur Verfügung, welche eine Vielzahl von einmal einsetzbaren Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen enthalten. Die Kassettenvorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben einen flachen oder planaren Aufbau und haben bevorzugt eine Scheibenform, können jedoch eine längliche Form haben. Die Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen sind innerhalb der Kassette in einer Reihenanordnung vorgesehen, bevorzugt gleich voneinander beabstandet, parallel zu einem Weg, entlang dem sich die Bewegung oder Drehung der Kassette hervorgerufen wird. Bei scheibenförmigen Kassetten liegt eine solche Reihenanordnung um einen Umfang der Kassette herum.
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Die vorliegenden Systeme umfassen weiter eine Gehäusestruktur, in die eine Kassette zum Betrieb geladen wird. Die Gehäusestruktur hat bevorzugt einen zur Haut weisenden Teil und/oder eine Oberfläche, an welcher eine darin geladene Kassette an einem Bereich der Haut des Benutzers angebracht ist. Das Gehäuse ist bevorzugt so aufgebaut, daß es über längere Zeitabschnitte an der Haut gehalten wird. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse einen „Uhrenarmband”-Aufbau haben, der an einem Gliedmaßenbereich getragen wird, z. B. einem Handgelenk oder einem Unterarm des Benutzers, oder kann einen Aufbau haben, so wie einen im wesentlichen ebenen Aufbau, für den Haftkontakt mit einem geeigneten Ort, z. B. Rumpf, Schenkel, Hüfte usw., auf dem Körper des Benutzers.
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Jede Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung hat einen Biosensor, der mit einem die Haut durchdringenden oder stechenden Element zum Durchdringen, Schneiden oder Stechen der Haut integriert ist, und umfaßt bei einigen Ausführungsformen auch einen Fluidsammelkanal oder Überführungsweg zum Überführen des innerhalb der Haut aufgenommenen physiologischen Fluides zu dem Biosensorteil der Vorrichtung. Die Biosensoren können einen elektrochemischen, photometrischen oder colorimetrischen Aufbau haben, bei dem sie eine Messung bei dem abgenommenen Fluid durchführen. Bei einigen Ausführungsformen haben die Biosensorvorrichtungen einen im allgemeinen planaren Aufbau, bei dem sich wenigstens ein die Haut durchstechendes Element von der Biosensorvorrichtung erstreckt. Bei bestimmten dieser Ausführungsformen erstreckt sich das die Haut durchstechende Element im wesentlichen in derselben Ebene wie die planare Biosensorvorrichtung, während bei anderen Ausführungsformen sich das die Haut durchstechende Element in eine Richtung im wesentlichen quer zu dem planaren Aufbau der Biosensorvorrichtung erstreckt. Genauer sind bei einigen Ausführungsformen die Biosensorvorrichtungen als Teststreifen ausgestaltet, bei denen sich das die Haut durchstechende Element von einem Element oder einer Komponente, z. B. einem Substrat, einer Elektrode oder Abstandhalterschicht, des Teststreifens erstreckt. Bestimmte andere Ausführungsformen stellen ein Rahmenelement mit einem planaren Aufbau zur Verfügung, das ein Biosensorkissen oder einen Streifen und ein Mikrostechelement auf derselben planaren Fläche trägt und integriert hat, die jedoch voneinander beabstandet sind, um die Funktion der bestimmten Vorrichtung zu erleichtern. Bei noch weiteren Ausführungsformen ist eine gewinkelte Struktur vorgesehen, die sich distal in wenigstens eine Mikronadel-Ausbildung erstreckt und die eine Biosensorkammer an ihrem proximalen Ende trägt.
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Die vorliegenden Systeme umfassen weiterhin ein Meßgerät, das innerhalb der Gehäusestruktur untergebracht ist, zum Analysieren des physiologischen Fluides, das von den Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen erhalten wird. Verbinder oder Kontakte sind vorgesehen, um für den Betrieb die Biosensorvorrichtungen mit dem Meßgerät zu koppeln, wobei das Meßgerät die erforderlichen Signale für die Biosensorvorrichtungen liefert, um die untersuchende Messung durchzuführen, und eine Einrichtung zum Bestimmen des Wertes einer solchen Messung umfaßt.
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Das vorliegende System stellt weiterhin eine Einrichtung zum betriebsmäßigen Bewegen, z. B. Vorbewegen und Zurückbewegen, einer vorliegenden Kassette relativ zu einer Öffnung in der Gehäusestruktur zur Verfügung, zum Freilegen und Verbergen einer individuellen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung durch die Öffnung zu einem Zugriffsort auf der Haut des Benutzers. Als Alternative ist wenigstens ein Teil der mit Öffnung versehenen Gehäusestruktur bewegbar, um eine individuelle Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung freizulegen und nicht freizulegen. Eine solche Bewegung der Kassette bringt die freiliegenden Biosensorvorrichtungen in die betriebliche Verbindung, über Verbinder und Kontakte, zu dem Meßgerät.
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Während die Biosensorvorrichtungen sich zusammen mit der Kassettenvorrichtung bewegen, ist bei einigen Ausführungsformen jede Biosensorvorrichtung für den Betrieb an der Kassettenvorrichtung befestigt, so daß sie relativ zu der Kassettenvorrichtung bewegbar ist, um so den Winkel zu optimieren, unter dem die Haut von dem die Haut durchstechenden Mittel durchstochen werden soll, um somit den Schmerz für den Patienten und die Verletzung an der Haut zu verringern. Solche Bewegung hat die Ablenkung und/oder Drehung einer Biosensorvorrichtung um eine Achse zur Folge, die sich radial oder senkrecht zu dem Weg erstreckt, durch den sich die Biosensoren bei der Verschiebung der Kassettenvorrichtung bewegen. Die Bewegung der Biosensorvorrichtungen relativ zu der Kassette wird hauptsächlich passiv erreicht, so wie durch Komponenten, die in der Gehäusestruktur relativ zu der Kassette befestigt sind, zum Vorbewegen oder Ablenken jeder individuellen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung durch die Gehäuseöffnung in Richtung auf einen Zugriffsort bei dem Benutzer, zum Durchdringen des Zugriffsortes mit dem die Haut durchstechenden Element und dann zum Herausziehen oder Zurückziehen der Vorrichtung von dem Zugriffsort. Solche Komponenten umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Rampenstrukturen und Clipmechanismen.
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Die vorliegenden Systeme können weiter einen Controller umfassen, so wie in der Form eines Mikroprozessors, zum Steuern der Funktion des Meßgeräts und der Bewegung der Kassetten- und der Biosensorvorrichtungen und zum Speichern von dazu in bezug stehenden Daten. Der Controller ist programmierbar, wodurch das Untersuchungsprotokoll und dessen Zeitgebung entsprechend Softwarealgorithmen maßgeschneidert werden kann. Solche Algorithmen sind für die „kontinuierliche” Überwachung der Konzentration eines Analyten in einem Benutzer vorgesehen, d. h. zum automatischen Messen der Konzentration eines Analyten in einem Benutzer entsprechend einem vorbestimmten Zeitplan, z. B. an zwei oder mehr Punkten über eine gegebene Zeitdauer. Das System kann auch für den Benutzer vorsehen, eine Untersuchung „auf Anfrage” zu implementieren, wobei dadurch das kontinuierliche Überwachungsprotokoll überschrieben wird. Solche Messungen der Analytkonzentration werden von dem Mikroprozessor oder einer anderen Speichereinrichtung zum sofortigen oder späteren Wiedergewinnen durch den Benutzer oder einen Arzt gespeichert. Die vorliegenden Systeme können weiter eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Ergebnisse der Untersuchung und andere sachdienliche Information umfassen. Bei bestimmten Ausführungsformen umfassen solche Systeme eine Einrichtung zum Kommunizieren mit externen Vorrichtungen für die Übertragung und den Empfang von Information und Daten, die zu den Untersuchungsergebnissen, dem Untersuchungsprogramm, dem Benutzer, der wegwerfbaren Kassette usw. in bezug stehen.
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Beim Ausführen der vorliegenden Verfahren werden Untersuchungsprotokolle implementiert, welche das Zugreifen auf physiologisches Fluid durch Durchstechen der Haut des Benutzers mit dem die Haut durchstechenden Element, Sammeln des zugegriffenen physiologischen Fluides in dem Biosensor und Messen des einen oder mehrerer Targetanalyte innerhalb des physiologischen Fluides umfassen. Jedes Untersuchungsprotokoll umfaßt das Vorbewegen oder die Bewegung der Kassette oder einer dieser zugewiesenen Öffnung in eine erste Richtung, was bewirkt, daß das die Haut durchstechende Element einer integrierten Biosensorvorrichtung die Haut durchdringt, gefolgt von der Bewegung der Kassette oder Öffnung in eine zweite Richtung, was für das Entfernen des die Haut durchstechenden Elementes von der Haut sorgt, wobei dieses Bewegungsprofil für den Zugriff auf das physiologische Fluid und die Bestimmung der Analytkonzentration durch den Biosensor sorgt. Das Vorbewegen der Kassette oder Öffnung kann manuell von dem Benutzer oder angetrieben von einem Motor, welcher von dem Controller gesteuert wird, durchgeführt werden. Ein solches Vorbewegen und Hautdurchstechen kann automatisch entsprechend einem vorprogrammierten Zeitplan oder nach Wunsch des Benutzers durchgeführt werden.
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Die vorliegenden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Verwenden derselben finden Einsatz beim Bereitstellen einer Schnittstelle für das wiederholte Zugreifen auf Fluid und die Probennahme zwischen einem Sensor und einem Ziel-Hautort zum Bestimmen einer chemischen Eigenschaft des abgenommenen Fluides, typischerweise der Konzentration aus einer Vielfalt unterschiedlicher Analyten des physiologischen Fluides und am typischsten der Konzentration von Glukose. Das vorliegende System und die Vorrichtungen können in der fortwährenden Messung eines interessierenden Analyten ohne die Probleme verwendet werden, die mit implantierbaren Analytsensoren erfahren worden sind. Zum Beispiel, da einmal verwendbare, im wesentlichen schmerzlose Analytmeßeinrichtungen benutzt werden, werden Reizung und Schmerz beim Benutzer vermieden. Weiterhin brauchen die benutzten individuellen Meßeinrichtungen nicht vor der Verwendung kalibriert zu werden. Zusätzlich, in bezug auf die Glukose, können die vorliegenden Vorrichtungen und Verfahren nicht nur benutzt werden, um schnell und genau das Auftreten eines hypo- oder hyperglykämischen Ereignisses ohne Teilnahme oder Eingriff eines Leitrechners erfassen, sondern sie können auch benutzt werden, um schnell das Auftreten von hypo- und hyperglykämischen Zuständen vorherzusagen und somit für eine verbesserte Verwaltung des Blutzuckermetabolismus zu sorgen, mit dem diese Krankheitszustände verbunden sind. Somit stellt die vorliegende Erfindung einen wichtigen Beitrag zu der Technik dar.
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Diese und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden den Fachleuten beim Lesen der Einzelheiten der Verfahren und Systeme der vorliegenden Erfindung deutlich, die vollständiger hiernach beschrieben werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A ist eine Explosionsansicht einer Ausführungsform einer elektrochemischen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung, die zur Verwendung mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der vorliegenden Erfindung geeignet ist. 1B ist eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten Vorrichtung der 1A.
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2A ist eine Explosionsansicht einer Ausführungsform einer colorimetrischen oder photometrischen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung, die zur Verwendung mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der vorliegenden Erfindung geeignet ist. 2B ist eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten Vorrichtung der 2A.
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3 veranschaulicht noch eine weitere Ausführungsform einer elektrochemischen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung, die zur Verwendung mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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4 veranschaulicht eine weitere elektrochemische Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung, die kein Teil der vorliegenden Erfindung ist.
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5A veranschaulicht noch eine weitere Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung, die kein Teil der vorliegenden Erfindung ist. 5B ist eine vergrößerte Ansicht des die Haut durchstechenden Elementes der Vorrichtung der 5A.
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6A ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform des Systems der vorliegenden Erfindung mit einem benutzerfreundlichen, tragbaren Aufbau. 6B ist eine Seitenansicht des Systems der 6A entlang der Linie B-B. 6C ist eine Ansicht des Systems der 6B von unten, entlang der Linie C-C. 6D veranschaulicht das System der 6A, 6B und 6C in einem offenen Zustand, wobei eine Kassettenvorrichtung der vorliegenden Erfindung freigelegt ist, die zum Betrieb innerhalb des Gehäuses des vorliegenden Systems angeordnet ist.
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7A ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Kassettenvorrichtung der vorliegenden Erfindung. 7B ist eine Ansicht eines vergrößerten weggeschnittenen Teiles der Kassettenvorrichtung der 7A, die zum Betrieb mit einem Bodenteil eines Systemgehäuses im Eingriff ist, das eine Ausführungsform einer Bewegungseinrichtung für den Biosensor der vorliegenden Erfindung hat.
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8A bis 8F liefern eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Bewegungseinrichtung für den Biosensor eines Systems der vorliegenden Erfindung und die schrittweise Bewegung einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung der 1, 2 oder 3 auf einer Kassette der vorliegenden Erfindung.
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9A bis 9G liefern eine schematische Darstellung einer Bewegungseinrichtung für einen Biosensor eines Systems, das nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, und die schrittweise Bewegung einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung der 4 auf einer Kassette der vorliegenden Erfindung.
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10A bis 10C liefern eine schematische Darstellung der schrittweisen Bewegung einer Kassette, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, die mit der Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung der 4 benutzt wird.
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11A veranschaulicht eine „Uhrenarmband”-Ausführungsform des vorliegenden Systems. 11B veranschaulicht eine „Bund”-Ausführungsform des vorliegenden Systems, das mit und in Kommunikation mit einer Fernsteuervorrichtung verwendet wird.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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Bevor die vorliegende Erfindung beschrieben wird, soll verstanden werden, daß diese Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, da solche natürlich variieren können. Es soll auch verstanden werden, daß die hierin verwendete Bezeichnungsweise nur zum Zwecke des Beschreiben bestimmter Ausführungsformen ist und nicht als beschränkend beabsichtigt ist, da der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die angefügten Ansprüche beschränkt sein wird.
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Wenn ein Bereich von Werten zur Verfügung gestellt wird, wird verstanden, daß jeder dazwischenliegende Wert, auf das Zehntel der Einheit der unteren Grenze, wenn nicht der Kontext es deutlich anders diktiert, zwischen dem oberen und unteren Grenzwert des Bereiches und irgendein anderer genannter oder dazwischenliegender Wert in dem genannten Bereich von der Erfindung umfaßt ist. Die oberen und unteren Grenzen dieser kleineren Bereiche können unabhängig in den kleineren Bereichen umfaßt sein, dies ist auch von der Erfindung umfaßt, vorbehaltlich irgendwelcher bestimmter ausgeschlossener Grenzen in dem genannten Bereich. Wenn der genannte Bereich einen oder beide Grenzen umfaßt, sind Bereiche, die einen oder beide dieser eingeschlossenen Grenzen ausschließen, auch in der Erfindung enthalten.
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Wenn nicht anders definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen Ausdrücke, die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung, wie sie üblicherweise von jemandem mit üblichen Fähigkeiten in der Technik, zu der diese Erfindung gehört, verstanden werden würden. Obwohl jegliche Verfahren und Materialien ähnlich oder äquivalent denjenigen, die hierin beschrieben sind, auch beim Ausführen oder Prüfen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden nun die bevorzugten Verfahren und Materialien beschrieben.
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Es muß angemerkt werden, wie es hierin und in den angefügten Ansprüchen benutzt wird, die Singularformen „ein/eine/eines” und „der/die/das” den Bezug auf den Plural umfassen, wenn nicht der Kontext dieses deutlich anders diktiert. Somit umfaßt zum Beispiel der Bezug auf „einen Teststreifen” eine Vielzahl solcher Teststreifen und der Bezug auf „die Vorrichtung” umfaßt den Bezug auf eine oder mehrere Vorrichtungen und Äquivalente dazu, die den Fachleuten bekannt sind, und so weiter.
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Die hierin diskutierten Veröffentlichungen werden nur für ihre Offenbarung vor dem Anmeldetag der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt. Nichts hierin soll als ein Zugeständnis ausgelegt werden, daß die vorliegende Erfindung nicht berechtigt ist, eine solche Veröffentlichung aufgrund der früheren Erfindung vorzudatieren. Weiter können die Veröffentlichungsdaten, die zur Verfügung gestellt werden, von den tatsächlichen Veröffentlichungsdaten unterschiedlich sein, was unabhängig zu bestätigen sein mag.
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Die vorliegende Erfindung wird mm in Einzelheiten beschrieben werden. Beim weiteren Beschreiben der vorliegenden Erfindung werden zunächst beispielhafte integrierte Biosensor/ Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen beschrieben, die für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Als nächstes werden die beanspruchten Systeme und Kassettenvorrichtungen beschrieben, gefolgt von einer Beschreibung der verschiedenen Verfahren des Verwendens der beanspruchten Systeme, und Vorrichtungen ebenso wie Verfahren zum Steuern des Prüfens von physiologischen Probeneigenschaften werden dann beschrieben. Schließlich wird eine Kurzbeschreibung der beanspruchten Sets gegeben, wobei die Sets die beanspruchten Kassetten und/oder Systeme zum Verwenden beim Ausführen der vorliegenden Verfahren umfassen.
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In der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung im Kontext der Anwendung der Messung von Analytkonzentrationen beschrieben; jedoch ist solches nicht als beschränkend gedacht, und die Fachleute werden erkennen, daß die vorliegenden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren nützlich bei der Messung anderer physikalischer und chemischer Eigenschaften biologischer Substanzen sind, z. B. der Blutkoagulationszeit, dem Blutcholesterinwert usw.
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Beispielhafte Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen
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Verschiedene unterschiedliche Ausführungsformen von Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen (hierin auch als Biosensorvorrichtungen bezeichnet) können mit der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, haben typischerweise eine Biosensorkomponente in der Form eines Teststreifens oder Kissens, so wie einen elektrochemischen, colorimetrischen oder photometrischen Teststreifen, und haben eine die Haut durchstechende Komponente in der Form einer Mikronadel oder einer Mikrolanzette. Mit Bezug nun auf die 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4, 5A und 5B sind solche beispielhaften Vorrichtungen gezeigt.
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Die Figuren 1A und 1B veranschaulichen eine solche beispielhafte Biosensorvorrichtung 2, die in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung, auf die oben Bezug genommen ist, offenbart ist, die die anwaltliche Akte Nr. 035 hat, hierin durch Bezugnahme aufgenommen. Die Biosensorvorrichtung 2 umfaßt einen elektrochemischen Teststreifenaufbau und eine damit integrierte Mikronadel 6. Der Biosensor ist durch eine elektrochemische Zelle definiert, die im allgemeinen zwei beabstandete und gegenüberliegende Elektroden 3 und 5 hat, die jeweils hierin als untere Elektrode 3 und obere Elektrode 5 bezeichnet werden. Wenigstens die Oberflächen der Elektroden 3 und 5, die einander zugewandt sind, bestehen aus einer leitenden Schicht 8 bzw. 16, so wie einem Metall, das auf einem inerten Substrat 4 bzw. 18 abgeschieden ist. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden ist das Ergebnis des Vorliegens einer Abstandsschicht 12, die zwischen den Elektroden angeordnet oder eingeschlossen ist. Die Abstandschicht 12 hat bevorzugt doppelseitiges Klebemittel, um die Elektroden 3 und 5 zusammenzuhalten. Die Abstandschicht 12 ist gestaltet oder geschnitten, um eine Reaktionszone oder -fläche 9 zur Verfügung zu stellen. Ein Redoxreagenzsystem oder eine Zusammensetzung liegt innerhalb der Reaktionszone 9 vor und ist besonders ausgesucht, mit den ins Ziel gefaßten Komponenten in der Fluidprobe während einer Untersuchung der Probe zu Wechselwirken. Das Redoxreagenzsystem ist auf der leitenden Schicht der oberen Elektrode 5 abgeschieden, wobei, wenn es in einer vollständig zusammengesetzten Form vorliegt (in 1B gezeigt) das Redoxreagenzsystem innerhalb der Reaktionszone 9 liegt. Mit einem solchen Aufbau dient die untere Elektrode 3 als eine Gegen-/Referenzelektrode, und die obere Elektrode 5 dient als die Arbeitselektrode der elektrochemischen Zelle. Bei anderen Ausführungsformen jedoch, abhängig von der Spannungssequenz, die an die Zelle angelegt ist, kann die Rolle der Elektroden umgekehrt werden, so daß die untere Elektrode 3 als eine Arbeitselektrode dient und die obere Elektrode 5 als eine Gegen-/Referenzelektrode dient.
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Die Mikronadel 6 ist einstückig ausgebildet mit und erstreckt sich von und in derselben Ebene wie die untere Elektrode 3 und endet distal in einer scharf angeschrägten Spitze 24, welche das Eindringen in die Haut des Verwenders erleichtert. Die Mikronadel 6 stellt weiter eine raumdefinierende Ausgestaltung in der Form einer konkaven Ausnehmung 20 innerhalb ihrer oberen Fläche zur Verfügung. Eine solche Ausnehmung erzeugt einen entsprechenden Raum innerhalb des Hautgewebes beim Eindringen der Mikronadel 6 in die Haut. Dieser Raum wirkt als ein Probenfluid-Sammelbehälter oder Sammelbereich, wobei Fluid, das beim Durchdringen freigegeben wird, innerhalb des Raumes vor dem Übertragen in die elektrochemische Zelle gesammelt wird. Als Option kann die Mikronadel 6 weiter eine Öffnung 22 in Fluidverbindung mit der Ausnehmung 20 umfassen, um die Sammelgeschwindigkeit des physiologischen Fluides innerhalb des definierten Sammelbereiches zu verbessern.
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Die Biosensorvorrichtung 2 umfaßt weiter einen Probenfluidübergangs- oder abziehweg oder -kanal 10, der sich von der Ausnehmung 20 in den Biosensor erstreckt. Wenigstens ein Teil des proximalen Endes 10a des Weges liegt innerhalb des Biosensorteiles der Vorrichtung 2, insbesondere innerhalb der Reaktionszone 9, und ein Teil des distalen Endes 10b des Weges 10 liegt innerhalb der Mikronadel 6. Der Weg 10 ist so bemessen, daß er eine Kapillarkraft auf Fluid innerhalb des Sammelbereiches, der durch die Ausnehmung 20 definiert ist, ausübt und zieht oder saugt physiologische Probe in die Reaktionszone 9. Subkanäle 15 erstrecken sich seitlich vom proximalen Teil 10a des Weges 10 in das Innere eines Teiles oder der Gesamtheit der Reaktionszone 9. Die Subkanäle 15 erleichtern das Füllen der Reaktionszone 9 mit dem abgenommenen Fluid.
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Die 2A und 2B veranschaulichen eine weitere zweckmäßige Ausführungsform einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung 10, die auch in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung mit der anwaltlichen Akte Nr. LIFE-035 offenbart ist. Die Vorrichtung 30 hat einen Aufbau mit einem photometrischen/colorimetrischen Biosensor und eine damit integrierte Mikronadel 32. Der colorimetrische oder photometrische Biosensor besteht im allgemeinen aus wenigstens den folgenden Komponenten: einem Trägerelement oder Substrat 34, das entweder aus einem inerten Material, so wie Kunststoff, oder einem metallischen Material hergestellt ist, einer Matrixfläche 36 zum Aufnehmen einer Probe, einer Reagenzzusammensetzung (nicht als eine strukturelle Komponente gezeigt) innerhalb der Matrixfläche 36, die typischerweise eines oder mehrere Elemente eines ein Signal für die Oxidation eines Analyten erzeugendes System umfaßt, einer Belüftungsöffnung (nicht gezeigt) und einer oberen Schicht 38, die wenigstens die Matrix 36 überdeckt. Bei anderen Ausführungsformen kann die obere Schicht 38 eine Membran sein, welche eine in diese imprägnierte Reagenzzusammensetzung enthält, während die Matrixfläche 36 Reagenzzusammensetzung enthalten kann oder nicht. Weiter hat der Teststreifen 30 eine doppelseitige Klebmittelschicht 40, die sich zwischen dem Substrat 34 und der Membran 38 befindet, um sie zusammenzuhalten. Die doppelseitige Klebmittelschicht 40 hat einen ausgeschnittenen Teil 42, der der Fläche entspricht, die durch die Matrix 36 abgedeckt ist, und definiert eine Fläche zum Ablegen das abgenommenen physiologischen Fluides und für die verschiedenen Elemente des signalerzeugenden Systems.
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Die Mikronadel 32 ist gebildet mit und erstreckt sich von und im wesentlichen in derselben Ebene wie das Substrat 34 und hat einen einen Raum definierenden Aufbau in der Form einer Öffnung 44, die sich quer zu einer Abmessung erstreckt, z. B. Breite oder Dicke der Mikronadel 32. Wie bei der Ausnehmung 20 der Mikronadel 6 oben bildet die Öffnung 44 einen offenen Raum innerhalb des Gewebes nach dem Eindringen der Mikronadel 32 in die Haut. Ein solcher offener Raum wirkt als ein Probenfluid-Sammelbehälter, in dem Fluid, das beim Durchstechen freigegeben wird, innerhalb des Raumes vor dem Überfuhren in die photometrische/colorimetrische Zelle gesammelt wird.
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Die Biosensorvorrichtung 30 birgt einen Probenfluidübertragungs- oder -abziehweg 46 mit einem distalen Ende 46b, das sich innerhalb eines Teiles der Mikronadel 32 erstreckt und an einer distalen Öffnung 48 endet. Wenigstens ein Teil des proximalen Endes 46a des Weges 46 liegt in dem Biosensorteil der Vorrichtung 30, insbesondere innerhalb der Matrixfläche 36. Der Weg 48 ist so bemessen, daß er eine Kapillarkraft auf das Fluid innerhalb der Sammelfläche, die durch die Öffnung 44 definiert ist, ausübt und physiologische Probe in die Matrixfläche 36 hineinzieht oder saugt. Subkanäle 50 erstrecken sich seitlich von dem proximalen Teil 46a des Weges 46 innerhalb eines Teiles oder die Gesamtheit der Matrixfläche 36, was das Füllen der Matrixfläche 36 mit dem abgenommenen Fluid erleichtert.
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3 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Biosensorvorrichtung
60, die in der
EP-A-1 284 121 offenbart ist, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Vorrichtung
60 hat einen Aufbau mit einem elektrochemischen Teststreifen ähnlich der Vorrichtung
2 der
1A und
1B, mit einer ersten Elektrode
62 mit einem zugeordneten inerten Substrat
64, einer zweiten Elektrode
66 mit einem zugeordneten inerten Substrat
68 und einer Abstandsschicht
70 dazwischen, die gemeinsam eine Reaktionszone
72 mit einem geeigneten Redoxreagenzsystem bilden. Anstelle einer einzelnen Mikronadel, die sich von einer Elektrode oder einem Substrat erstreckt, wie es mit Bezug auf die Vorrichtungen der
1 und
2 beschrieben ist, hat die Vorrichtung
60 eine Vielzahl die Haut durchstechender Elemente
74, die sich von und im wesentlichen in derselben Ebene wie die Abstandsschicht
70 erstrecken. Die die Haut durchstechenden Elemente
74 können aus demselben Material wie die Abstandsschicht
70 oder aus einem unterschiedlichen Material hergestellt sein. Die die Haut durchstechenden Elemente
74 haben jedes einen Fluidkanal
76, der sich proximal in die Abstandsschicht
70 zur Reaktionszone
72 erstreckt. Jeder Fluidkanal
76 ist zur Umgebung nach außen offen, entlang einer wesentlichen Länge einer ersten Seite
78 und einer zweiten Seite
80 des jeweiligen die Haut durchstechenden Elementes und endet proximal zu einer distalen Spitze
82 des die Haut durchstechenden Elementes
74. Die Kanäle
76 sind so bemessen, daß sie eine Kapillarkraft zum Sammeln und Überführen physiologischer Probe ausüben, auf die durch das die Haut durchstechende Element
74 zugegriffen wird. Obwohl jedes die Haut durchstechende Element
20 so veranschaulicht ist, daß es einen einzigen Fluidweg
76 hat, kann eine Vielzahl solcher Wege in jedem die Haut durchstechenden Element
74 verwendet werden.
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4 veranschaulicht eine weitere Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung 90 mit einer gewinkelten Struktur, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Die Vorrichtung 90 umfaßt zwei durchstechende/fluidabnehmende Mikronadeln 92, von denen jede einen Strömungsweg 96 umfaßt, der sich von einer distalen Öffnung 94 zu einer Reaktionszone oder Matrixfläche 100 eines proximalen Biosensors 98 erstreckt. Die gewinkelten Strukturen sind typischerweise längliche Strukturen, gekennzeichnet durch das Vorliegen einer einzelnen Krümmung, die sich nahe der Mitte der länglichen Struktur befindet. Die Anzahl der die Haut durchstechenden Strukturen und somit die Anzahl der Strömungswege kann variieren, wobei sie typischerweise im Bereich von ungefähr 1 bis 5 liegt, üblicherweise von ungefähr 1 bis 4 und weiter üblich von ungefähr 1 bis 3, wobei die Anzahl der durchstechenden Elemente bei vielen Ausführungsformen typischerweise im Bereich von 1 bis 2 liegt. Der Winkel der einzigen Krümmung liegt typischerweise im Bereich von ungefähr 135° bis 150° und üblicher von ungefähr 140° bis 145°. Die Länge von der Biegung bis zum Ende der Spitze der länglichen gewinkelten Strukturen liegt typischerweise im Bereich von ungefähr 2.3 bis 3.2 μm und üblicher von ungefähr 2.6 bis 3.0.
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Die Fluiddurchflußwege 96 haben kapillare Abmessungen, die zu einer kapillaren Strömung des zugegriffenen physiologischen Fluides von den distalen Öffnungen 94 entlang der Länge des Strömungsweges zu dem Biosensor 98 führen. Da der Strömungsweg einer ist, der kapillare Abmessungen hat, hat der Strömungsweg typischerweise an jedem Punkt entlang seiner Länge einen Durchmesser in dem Bereich von ungefähr 80 bis 150 μm. Der Strömungsweg kann rohrförmig sein oder kann irgendeinen anderen Aufbau haben, z. B. einen, der für eine Querschnittsform sorgt, die ein Quadrat, Rechteck, Oval, Stern usw. ist, wobei der Aufbau des Strömungsweges nicht kritisch ist, so lange er für den gewünschten kapillaren Fluß sorgt.
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Der Biosensor 96 besteht typischerweise aus einer Sensorkammer, welche eine Transducereinrichtung hat, die ein Signal als Antwort auf das Vorliegen und typischerweise die Konzentration von Analyt in dem physiologischen Fluid erzeugt, das sich in der Kammer befindet. Die Kammer, die sich an dem proximalen Ende der Vorrichtung 90 befindet, hat typischerweise ein Volumen in dem Bereich von ungefähr 100 bis 300 μl. Die Transducereinrichtung kann irgendeine geeignete Transducereinrichtung sein, die in der Lage ist, ein Signal als Antwort auf das Vorliegen des Analyten in Fluid, das sich in der Kammer befindet, zu erzeugen. Obwohl im weitesten Sinne die Transducereinrichtung ein Signal erzeugen kann, das das Vorliegen von Analyt anzeigt, ist bei vielen bevorzugten Ausführungsformen die Transducereinrichtung eine, die ein Signal erzeugt, das proportional zu der Menge an Analyt in dem physiologischen Fluid ist.
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Ein Typ der Transducereinrichtung von Interesse, die in den vorliegenden Sensoren vorliegen kann, ist eine photometrische Transducereinrichtung. Interessierende photometrische Transducereinrichtungen umfassen typischerweise eines oder mehrere Reagenzien eines signalerzeugenden Systems, welches ein erfaßbares Produkt proportional zu der Menge an Analyt, der sich in der Kammer befindet, erzeugt. Das erfaßbare Produkt wird dann photometrisch erfaßt, um für eine Erfassung des Vorliegens des Analyten zu sorgen und typischerweise für eine Messung der Konzentration des Analyten, der sich in dem Fluid innerhalb der Kammer befindet. Interessierende photometrische Transducereinrichtungen, die in solchen Biosensorvorrichtungen genutzt werden können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf die, die in den
US-Patenten mit den Nrn. 4 935 346 ,
5 049 487 ,
5 509 394 ,
5 179 005 ,
5 304 468 ,
5 426 023 ,
5 563 042 ,
5 843 692 und
5 968 760 beschrieben sind, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Ein weiterer Typ einer interessierenden Transducereinrichtung, die in den betrachteten Sensoren vorliegen kann, ist eine elektrochemische Transducereinrichtung. Interessierende elektrochemische Transducereinrichtungen umfassen typischerweise eine elekrochemische Zelle, welche zwei Elektroden und eines oder mehrere Reagenzien eines signalerzeugenden Systems umfaßt, wobei diese Elemente zusammenarbeiten, um einen elektrischen Strom proportional zu der Menge an Analyt, der sich in der Kammer befindet, zu erzeugen. Der erzeugte elektrische Strom sorgt fair eine Erfassung des Vorliegens von Analyt und typischerweise eine Messung der Konzentration des Analyten der sich in dem Fluid innerhalb der Kammer befindet. Interessierende elektrochemische Transducereinrichtungen, die bei den Biosensorvorrichtungen benutzt werden können, umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf diejenigen, die in den
US-Patenten mit den Nm. 5 834, 224 ,
5 942 102 und
5 972 199 beschrieben sind, ebenso wie in der
EP-A-1 067 384 ,
EP-A-1 254 365 und
EP-A-1 252 514 .
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Die 5A und 5B veranschaulichen eine weitere Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung 110, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Vorrichtung in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung, die oben angesprochen ist, offenbart ist, welche die anwaltliche Akte Nr. 058 hat, hierin durch Bezugnahme aufgenommen. Die Vorrichtung 110 umfaßt einen planaren Rahmen 112 und einen Klingenbereich 114 und einen Sensorbereich 116, die auf dem Rahmen 112 angebracht und von diesem gehalten werden. Der Klingenbereich 114 umfaßt ein zwischengeschaltetes Keil- oder Erhebungselement 118, auf dem eine Klinge oder ein Stechelement 120 angeordnet ist, das sich im wesentlichen quer zum planaren Rahmen 112 erstreckt. Das Element 118 dient dazu, die Klinge oder das Stechelement 120 relativ zu einer zur Haut weisenden Oberfläche oder Fläche 122 des Rahmens 112 anzuheben. Das Erhebungselement 118 hat eine gewinkelte Vorderfläche oder einen Rampenteil 124, was eine sanfte Verfahrbewegung der Vorrichtung 110 relativ zu der Haut des Benutzers erlaubt. Ein Podestbereich 126 ist vorgesehen, auf dem die Klinge 120 insbesondere angebracht ist, dessen schmaler Aufbau so wirkt, daß er die Reibkräfte mit der Haut des Benutzers verringert, während die Möglichkeit zunimmt, Gewebe zusammenzudrücken, das über die Struktur gleitet. Die Klinge 120 ist mit einer dreieckigen Form ausgestattet, die eine größere Basis und im wesentlichen vertikale Seitenabschnitte hat, jedoch kann die Klinge 120 irgendeine Form haben, deren Geometrie robust genug ist, um das Abbrechen zu verhindern. Der Sensorbereich 116 ist von dem Klingenbereich 114 beabstandet, um im wesentlichen die fluchtende Anlage des Sensorbereiches 116 mit der geschnittenen Fläche der Haut des Benutzers zu erlauben. Der Sensorbereich 116 bildet ein Sensorkissen oder eine Fläche 128 zum Aufnehmen des zugegriffenen physiologischen Fluides, d. h. interstitielles Fluid oder Blut. Das Sensorkissen 128 kann entweder eine elektrochemische oder photometrische Ausgestaltung haben, wie oben beschrieben.
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Obwohl bestimmte Aufbauten von Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen, die geeignet für die Verwendung mit den Systemen der vorliegenden Erfindung sind, veranschaulicht und beschrieben worden sind, wird verstanden, daß irgendein Typ Biosensor, z. B. elektrochemisch, photometrisch, colorimetrisch, mit einem oder mehreren geeigneten die Haut durchstechenden Elementen oder Mikronadeln benutzt werden kann. Zusätzlich, obwohl bestimmte Formen der die Haut durchstechenden Elemente und Mikronadeln veranschaulicht und beschrieben worden sind, kann irgendeine geeignete Form des die Haut durchstechenden Elementes mit den Biosensorvorrichtungen benutzt werden, solange es die Form erlaubt, daß die Haut mit minimalem Schmerz für den Patienten durchstochen wird. Zum Beispiel kann das die Haut durchstechende Element einen im wesentlichen flachen oder planaren Aufbau haben oder kann im wesentlichen zylinderartig sein, keilartig oder dreieckig in der Form, so wie eine im wesentlichen abgeflachte dreiecksähnliche Ausgestaltung, klingenförmig oder mit irgendeiner geeigneten Form. Die Querschnittsform des die Haut durchstechenden Elementes oder wenigstens der Teil des die Haut durchstechenden Elementes, der in die Haut eindringt, kann irgendeine geeignete Form haben, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf im wesentlichen rechtwinklig, länglich, quadratisch, oval, kreisförmig, Diamant, dreieckig, Stern usw. Zusätzlich kann das die Haut durchstechende Element abgeschrägt sein oder kann auf andere Weise eine Spitze oder einen Scheitelpunkt an seinem distalen Ende definieren. Ein solcher Aufbau kann die Form eines schrägen Winkels an der Spitze oder eine Pyramide oder dreieckige Form oder dergleichen annehmen. Die Abmessungen des die Haut durchstechenden Elementes können abhängig von einer Vielfalt von Faktoren variieren, so wie dem Typ der physiologischen Probe, die erhalten werden soll, der gewünschten Eindringtiefe und der Dicke der Hautschichten des bestimmten Patienten, der untersucht werden soll. Im allgemeinen ist das die Haut durchstechende Element so aufgebaut, daß es Hautdurchstech- und Fluidherausziehfunktionen bereitstellt und ist somit so gestaltet, daß es ausreichend robust ist, dem Einsetzen in und dem Zurückziehen aus der Haut zu widerstehen.
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Bei jeder Ausführungsform sind die Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen so gestaltet, daß sie eine wiederholbare Schnittstelle mit der Zugriffsstelle für das physiologische Fluid und für die als Ziel gefaßte Hautschicht zur Verfügung stellen, wenn sie im Betrieb mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der vorliegenden Erfindung benutzt werden, die nun in Einzelheiten beschrieben werden.
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Systeme der vorliegenden Erfindung
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Mit Bezug auf die 6A, 6B, 6C und 6D ist ein physiologisches Probensammel- und Meßsystem 200 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, das einen kompakten, tragbaren, strukturellen Aufbau hat. Diese Struktur umfaßt ein ergonomisches Gehäuse 202 mit einem oberen Bereich 204 und einem unteren Bereich 206, die durch eine Gelenkstück 208 klappbar miteinander verbunden sind, das es ermöglicht, daß der obere und untere Bereich 204 und 206 bei der manuellen Aktivierung eines eindrückbaren Knopfes 226 oder dergleichen geöffnet und geschlossen werden kann. 6D veranschaulicht das Gehäuse 202 in einem solchen offenen Zustand, während die 6A, 6B und 6C das Gehäuse 202 in einem geschlossenen Zustand veranschaulichen. Zusammen definieren der obere Gehäusebereich 204 und der untere Gehäusebereich 206 ein Innenabteil, in das eine Kassettenvorrichtung 210 der vorliegenden Erfindung zum Betrieb geladen und dann nach der Verwendung daraus entfernt wird. Wie es später in weiteren Einzelheiten hiernach mit Bezug auf die 7A und 7B beschrieben wird, enthält oder liefert die Kassette 210 eine oder mehrere und typischerweise eine Vielzahl von Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtungen 220.
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Wenn sie richtig in das Innenabteil des Gehäuses geladen ist, ist die Bodenfläche der Kassettenvorrichtung 210 benachbart der Innenseite einer Bodenwand 212 des unteren Gehäusebereiches 206 angeordnet. Bevorzugt hat die Bodenwand 212 einen Aufbau der Außenfläche, der glatt und konturiert ist, wie es notwendig ist, damit er mit einer ausgewählten Fläche der Haut des Benutzers fluchtet. Innerhalb der Bodenwand 212 befindet sich eine Öffnung 214, wie es in 6C gezeigt ist, so bemessen und angeordnet, daß eine einzelne Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtung 220 damit ausgerichtet und durch die Öffnung 214 freigelegt wird, während die verbleibenden Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtungen 220 innerhalb der Bodenwand 210 verborgen und geschützt sind. Zugeordnet zu der Öffnung 214 sind Kontakteinrichtungen (nicht gezeigt), z. B. elektrische Leitungen oder eine analoge Einrichtung zum Kommunizieren elektrischer Signale zwischen der Vorrichtung 220, wenn sie an der Öffnung 214 angeordnet ist, mit einem Meßgerät oder einer Meßeinrichtung (nicht gezeigt), die innerhalb des Gehäuses 210 untergebracht ist. Solche elektrischen Signale umfassen Eingangssignale von dem Meßgerät zu der Vorrichtung 220 zum Einleiten der chemischen Reaktion zwischen einem abgenommenen Fluid und einem Reagenz innerhalb der Vorrichtung 220, um eine chemische Eigenschaft zu bestimmen, z. B. die Konzentration des Analyten (z. B. Glukose) von Fluid, auf das mittels einer Vorrichtung 220 über die Haut des Benutzers zugegriffen und davon abgenommen ist.
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Eine solche Meßeinrichtung hat den notwendigen Aufbau und die Komponenten für die Kompatibilität mit dem Typ des Biosensors, der bei den Vorrichtungen
220 benutzt wird, z. B. ein elektrochemischer, photometrischer oder colorimetrischer Sensor. Bei einem auf Elektrochemie basierenden Meßsystem kann die elektrochemische Messung, die durchgeführt wird, abhängig von dem Typ der Untersuchungsmessung und dem benutzten Meßgerät variieren, z. B. abhängig davon, ob die Untersuchung coulometrisch, amperometrisch oder potentiometrisch ist. Im allgemeinen wird die elektrochemische Messung die Ladung (coulometrisch), den Strom (amperometrisch) oder das Potential (potentiometrisch) messen, üblicherweise über eine gegebene Zeitdauer anschließend an das Einführen der Probe in den Reaktionsbereich. Verfahren zum Durchführen der oben beschriebenen elektrochemischen Messung sind weiter beschrieben in den
US-Patenten Nrn.: 4 224 125 ,
4 545, 382 und
5 266 179 , ebenso wie in den internationalen Patentveröffentlichungen
WO 97/18465 und
WO 99/49307 , deren Offenbarungsgehalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Bei photometrischen/colorimetrischen Untersuchungen werden Meßgeräte vom optischen Typ eingesetzt, um die Untersuchung durchzuführen. Solche Untersuchungen und Verfahren und Instrumente zum Durchführen derselben sind weiter beschrieben in den
US-Patenten Nrn. 4 734 360 ,
4 900 666 ,
4 935 346 ,
5 059 394 ,
5 304 468 ,
5 306 623 ,
5 418 142 ,
5 426 032 ,
5 515 170 ,
5 526 120 ,
5 563 042 ,
5 620 863 ,
5 753 429 ,
5 773 452 ,
5 780 304 ,
5 789 255 ,
5 843 691 ,
5 846 486 ,
5 968 836 und
5 972 294 , deren Offenbarungsgehalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Das System 200 umfaßt weiterhin eine Einrichtung zum Bewegen der Kassette 210 für den Betrieb innerhalb des Gehäuses 202, um so die Kassette 210 im Betrieb zu bewegen, um aufeinanderfolgend jede Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtung 220 an oder relativ zu der Öffnung 214 zu positionieren. Eine solche Bewegung der Kassette umfaßt das Vorbewegen der Kassette 210 in eine Richtung, z. B. im Uhrzeigersinn, und das Zurückbewegen der Kassette 210 in die entgegengesetzte Richtung, z. B. im Gegenuhrzeigersinn relativ zu der Öffnung 214, um eine Vorrichtung 220 innerhalb der Öffnung 214 auszurichten und um eine Vorrichtung 220 von der Öffnung 214 zu entfernen oder zu verbergen. Eine solche Einrichtung zum Bewegen der Kassette kann ein motorbetriebenes System oder dergleichen sein oder kann manuell von dem Benutzer mittels eines Rings oder eines Hebelmechanismus außerhalb des Gehäuses 202 betrieben werden. Bei einem motorbetriebenen System kann die Kassette 210 mit einem Antriebsrad 232 versehen sein, so daß, wenn die Kassettenvorrichtung 210 zum Betrieb innerhalb des Gehäuses 202 geladen und positioniert ist, das Antriebsrad 232 im Eingriff mit einer Antriebswelle 234 zum Drehen der Kassette 210 in Richtung vorwärts und rückwärts im Eingriff ist. Die Antriebswelle 234 wird wiederum von einem Antriebsmotor gedreht, der sich auch in dem Abteil 230 befindet.
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Das System 200 umfaßt auch eine Einrichtung zum Bewegen des Biosensors (nicht gezeigt), die der Kassette 210 an der Öffnung 214 zugeordnet ist, um auf jede Vorrichtung 220, die an der Öffnung 214 angeordnet ist, eine Kraft aufzugeben. Eine solche Einrichtung zum Bewegen eines Biosensors bewegt eine Vorrichtung 220 von der Bodenfläche der Kassette, auf der all die Vorrichtungen 220 angeordnet sind, nach unten und durch die Öffnung 214, um so zum Betrieb den Kontakt der Vorrichtung 220 mit der ausgewählten Hautfläche herzustellen. Ein solcher Kontakt zum Betrieb umfaßt das Durchdringen, Schneiden oder Stechen der Hautoberfläche mit einem die Haut durchstechenden Element, das auf jeder Vorrichtung 220 vorgesehen ist. Irgendeine zweckmäßige Einrichtung zum Aufgeben einer solchen nach unten gerichteten Kraft auf eine Vorrichtung 220 kann benutzt werden, wobei repräsentative Einrichtungen Federeinrichtungen oder analogische mechanische Einrichtungen und dergleichen umfassen, die in weiteren Einzelheiten hiernach beschrieben werden.
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Das System 200 umfaßt weiter einen Controller mit einem Mikroprozessor zum Steuern des Betriebs der Meßeinrichtung, einer Datenverarbeitungseinrichtung, einer automatische Einrichtung zum Bewegen der Kassette und einer Anzeige 218 zum Anzeigen von Meßdaten und anderen dazu in bezug stehenden Daten, z. B. um den Benutzer zu informieren, wenn alle die Vorrichtungen 220 benutzt worden sind. Der Mikroprozessor kann weiter mit einer Speichereinrichtung für die Kurzzeit- oder Langzeitspeicherung von Meßdaten verbunden sein. Das System 200 kann weiterhin ein Kommunikationsmodul für die bidirektionale Kommunikation mit einer Fernsteuervorrichtung und anderen Vorrichtungen umfassen, z. B. durch drahtlose Datenkommunikationsmittel, z. B. Telemetrieeinrichtungen, so wie durch Infrarot(IR)-Übertragung oder Hochfrequenz(HF)-Übertragung für die Kommunikation von Untersuchungsprotokollprogrammen und Information und für das unmittelbare oder spätere Wiedergewinnen der Meßdaten und dergleichen. Das System 200 stellt auch Benutzersteuertasten 224 auf dem Gehäuse 202 zur Verfügung, um es dem Benutzer zu erlauben, Daten oder Parameter aus Menüs, die auf der Anzeige angezeigt werden, einzugeben oder auszuwählen oder die Bewegung der Kassette und ein Untersuchungsprotokoll zu aktivieren, wobei repräsentative Datensignale zu dem Systemcontroller geschickt werden. Das System 200 kann weiter sichtbare und hörbare Alarme steuern, die den Benutzer alarmieren, wenn es Zeit ist, daß eine Untersuchung durchgeführt wird, wenn eine Kassette ersetzt werden muß, wenn eine Analytmessung außerhalb eines sicheren Bereichs ist usw. Eine Energiezufuhr und eine Batterie sind auch vorgesehen, um elektrische Energie an den Kassettenmotor, den Mikroprozessor und alle Komponenten, die von dem Mikroprozessor gesteuert werden, zu liefern.
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Die eben beschriebenen Systemkomponenten können in einem schützenden abgedichteten Abteil 230 untergebracht werden, wobei die notwendigen Daten- oder Signalleitungen zum Beispiel vom Abteil 230 in dem oberen Gehäusebereich 204 durch das Gelenkstück 208 zu dem unteren Gehäusebereich 206 laufen können. Als Alternative können solche Daten- oder Signalleitungen innerhalb des oberen Gehäusebereiches 204 vorgesehen sein, so daß sie in Kontakt mit entsprechenden Daten- oder Signalleitungen innerhalb des unteren Gehäusebereiches 206 kommen, wenn das Gehäuse in einem geschlossenen Zustand ist.
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Mit Bezug nun auf 7A ist eine Darstellung einer Ausführungsform einer Kassettenvorrichtung 300 der vorliegenden Erfindung gezeigt, die zur Verwendung mit wenigstens den Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen der 1, 2 und 3 geeignet ist. Die Kassettenvorrichtung 300 hat einen Kassettenkörper oder Rahmen 302 und eine Vielzahl darauf angeordneter integrierter Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen 304 (hierin auch als Biosensorvorrichtungen bezeichnet), bevorzugt in einer seriellen Anordnung, bei der die Vorrichtungen 304 gleichmäßig voneinander beabstandet sind. Die Kassetten der vorliegenden Erfindung können irgendeine geeignete Anzahl integrierter Biosensorvorrichtungen 304 unterbringen, wobei die Anzahl der Kassetten im allgemeinen im Bereich von ungefähr 6 bis 10 liegt.
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Bei dem Ring- oder Scheibenaufbau der 7A ist der Kassettenkörper 302 durch konzentrische Rahmenringe definiert, einen äußeren Rahmenring 302a und einen inneren Rahmenring 302b. Die Ringe 302a und 302b sind relativ zueinander mittels einer Vielzahl von Torsionsstangen 306 befestigt, die sich zwischen den Ringen 302a und 302b erstrecken. Der Rahmen 304 ist aus irgendeinem starren Material hergestellt, so wie spritzgegossenem Kunststoff, so wie einem Polycarbonatmaterial, während die Torsionsstangen 306 bevorzugt aus einem Material hergestellt sind, das Eigenschaften und/oder Abmessungen hat, so daß sie um ihre Längsachse flexibel oder verdrillbar sind, z. B. Stangen aus rostfreiem Stahl mit einer Dicke in dem Bereich von ungefähr 50 bis 75 μm und einer Breite in dem Bereich von ungefähr 0.5 bis 1 mm. Jede der integrierten Biosensorvorrichtungen 304 ist zum Betrieb an einer Torsionsstange 306 befestigt, wobei es bevorzugt eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz zwischen Vorrichtungen 304 und Torsionsstangen 306 gibt. Jede Torsionsstange 306 erlaubt es, daß sich die entsprechende daran befestigte Vorrichtung relativ zu dem Rahmen 304 wenigstens teilweise um die Längsachse, die durch die Torsionsstange definiert ist, dreht. Somit ist diese Drehachse senkrecht zu einem Weg, entlang dem bewirkt wird, daß die Kassette 300 sich dreht oder bewegt. Die Kassette 300 hat typischerweise einen Durchmesser, der im Bereich von ungefähr 3 bis 4 cm liegt, wobei die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt der Scheibe und den Biosensorvorrichtungen typischerweise im Bereich von ungefähr 7 bis 9 mm liegt.
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Wie oben angesprochen kann die Kassettenvorrichtung 300 weiter ein Antriebsrad 308 zur Befestigung an einer Antriebswelle, die innerhalb des Systems 200 untergebracht ist, in das die Kassettenvorrichtung 300 geladen werden soll, umfassen. Als Alternative kann das Antriebsrad 308 auch getrennt innerhalb des Systemgehäuses untergebracht sein und so ausgestaltet sein, daß es den Kassettenrahmen 302 aufnimmt und ihn greift. Das Antriebsrad 308 umfaßt eine Nabe 310 und eine Vielzahl von Rahmenstangen 312, die an dem inneren Rahmenring 302b befestigt sind. Das Drehen des Antriebsrades 308 bewirkt die Drehbewegung des Kassettenkörpers 302 und somit die Drehbewegung der Vorrichtungen 304 um die Nabe 310.
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7B veranschaulicht einen weggeschnittenen Teil der Kassettenvorrichtung 300, die zum Betrieb innerhalb eines unteren Gehäusebereiches 314 eines betrachteten Systems mit einer Öffnung 316 angeordnet ist. Die Breite der Öffnung 316 ist ausreichend, daß die Biosensorvorrichtungen 304 hindurchlaufen und liegt typischerweise im Bereich von ungefähr 3 bis 8 mm und üblicherweise von ungefähr 4 bis 6 mm. Die Komponenten 320a und 320b einer Einrichtung zum Bewegen eines Biosensors sind zum Betrieb innerhalb des Systemgehäuses befinden sich nahe einer vorwärts gerichteten Seite 318a bzw. einer entgegengesetzten Seite 318b der Öffnung 316. Die Komponente 320a hat eine keilartige Ausgestaltung und die Komponente 320b hat eine Ausgestaltung als federbelasteter Clip. Wie es am besten in den 8A–F zu sehen ist, hat die Komponente 320a für die Bewegung des Biosensors eine obere planare Fläche 322 und eine nach unten geneigte vordere Fläche 324, während die Komponente 320b für die Bewegung des Biosensors ein oberes Clipelement 326 hat, das gegen ein unteres Clipelement 328 federbelastet oder vorgespannt ist. Die Komponente 320a ist auf dem unteren Gehäusebereich 314 und unter der Kassettenvorrichtung 300 angeordnet, während die Komponente 320b derart angeordnet ist, daß die Ebene, in der sich die Kassettenvorrichtung 300 und die Biosensorvorrichtungen 304 drehen, zwischen den Clipelementen 326 und 328 verläuft.
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Die Bewegung, die von einem Biosensor 304a während einer Untersuchungsanwendung durchlaufen wird, wird nun mit Bezug auf die 8A–F beschrieben. Die Kassettenvorrichtung 300, wenn sie inaktiv ist, ist bevorzugt derart angeordnet, daß die Öffnung 316 frei und nicht mit Biosensorvorrichtungen 304 belegt ist, um so die Verunreinigung von Biosensorvorrichtungen und eine unbeabsichtigte Verletzung des Benutzers zu verhindern. Weiterhin wird jede Vorrichtung 304 in einer im wesentlichen planaren Position relativ zu dem unteren Gehäusebereich 314 mittels der Spannung gehalten, die auf die Vorrichtungen 304 durch die Torsionsstangen 306 aufgebracht wird. Das Vorbewegen oder Drehen der Kassettenvorrichtung in die Richtung des Pfeiles 330, d. h. in eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn in bezug auf 7B, wird bewirken, daß die Biosensorvorrichtung 304a sich in dieselbe Richtung vorbewegt oder dreht, so daß sie sich der Komponente 320b annähert. Wenn die Vorrichtung 304a vorbewegt wird, wird bewirkt, daß sie sich zwischen dem oberen Clip 326 und dem unteren Clip 328b (siehe 8A) verkeilt. Da die Clipelemente gegeneinander vorgespannt sind, ist die Biosensorvorrichtung 304a in Reibkontakt mit der Komponente 320b, wenn sie zwischen den Clipelementen 326 und 328 angeordnet ist. Wenn die Biosensorvorrichtung 304a sich ausreichend in die Richtung des Pfeiles 332 vorbewegt hat, so daß ihr hinteres oder proximales Ende 334 sich zwischen den Clipelementen 326 und 328 befindet, bringt die Komponente 320b eine leichte nach oben gerichtete Kraft oder Druck auf die Biosensorvorrichtung 304a auf, durch die bewirkt wird, daß sich die Vorrichtung 304a um die Torsionsstange 306 und das vordere oder Nadelende 336 der Vorrichtung 304a dreht, um nach unten in Richtung auf die Öffnung 316 abgelenkt zu werden (siehe 8B). Wenn die Vorrichtung 304a weiter vorbewegt wird, in die Richtung des Pfeiles 338, wird bewirkt, daß das abgelenkte vordere Ende 366 in Kontakt mit der abgeschrägten vorderen Fläche 324 der Keilkomponente 320a kommt (siehe 8C), so daß sie weiter in einer Richtung nach unten und vorn gezwungen oder abgelenkt wird. An dieser Stelle ist eine solche Ablenkung und Vorwärtsbewegung ausreichend, um zu bewirken, daß das die Haut durchstechende Element 340 der Vorrichtung 304a die ins Ziel gefaßte Hautfläche des Benutzers (nicht gezeigt) durchsticht. Während eines solchen Durchstechens wird auf physiologisches Fluid, z. B. interstitielles Fluid oder Blut, zugegriffen und es in den Biosensorbereich der Vorrichtung 304a zum Prüfen durch die Meßbaugruppen des Systems hinaufgezogen. Nachdem ausreichend Zeit zum Zugreifen und Sammeln einer Probe physiologischen Fluides vergangen ist, wird bewirkt, daß sich die Kassettenvorrichtung 300 in eine umgekehrte Richtung 342 bewegt, z. B. in eine Richtung im Uhrzeigersinn (siehe 8D), bis die Vorrichtung 304a von den Bewegungskomponenten 320a und 320b freigesetzt wird und durch die Torsionsstange 314 gezwungen wird, in ihre ursprüngliche planare Position relativ zu den Kassettenringen 302a und 302b zurückzukehren (siehe 8E). Schließlich wird die Kassette 300 wieder in eine Vorwärtsrichtung 346 vorbewegt, bis die benutzte Vorrichtung 304a vollständig über die Öffnung 316 der 7B läuft (siehe 8F), wobei an diesem Punkt die Kassette 300 an ihrem Ort verriegelt werden kann, um so die unbeabsichtigte Bewegung und mögliche Verletzung beim Benutzer zu verhindern. Ein solcher Prozeß wird mit jeder Vorrichtung 304 wiederholt, wenn eine Untersuchungsprotokoll von dem Benutzer aktiviert wird. Wenn alle Vorrichtungen 304 benutzt sind, d. h. verwendet worden sind, um ein Untersuchungsprotokoll durchzuführen, kann die benutzte Kassette aus dem Gehäuse des Systems entfernt und richtig entsorgt werden. Eine Ersatzkassette kann dann in das System geladen werden.
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Mit Bezug nun auf die 9A–9G ist eine Einrichtung 400 für die Bewegung eines Biosensors gezeigt, nicht Teil der vorliegenden Erfindung, insbesondere geeignet zur Verwendung mit den Biosensor/Hautdurchstech/Zugriffsvorrichtungen der 4. Die Einrichtung 400 für die Bewegung eines Biosensors umfaßt beabstandete Komponenten 402a und 402b, die innerhalb des Gehäuses der betrachteten Systeme vorliegen. Die Komponenten 402a und 402b sind beabstandet, um so eine Öffnung 401 innerhalb der unteren Gehäusewand zu überbrücken, wie oben beschrieben, und um Flächen und Kanten zur Verfügung zu stellen, um eine Biosensorvorrichtung 404 durch die Öffnung 401 für den Betrieb zum Kontakt mit einer ins Ziel gefaßten Hautfläche eines Benutzers zu führen. Solche Flächen und Kanten sind an die Steigung der Flächen und die Winkel der Kanten der Biosensorvorrichtung 404 angepaßt. Genauer hat die Komponente 402a eine gewinkelte Fläche 410, die an die hintere Fläche 412 der gewinkelten Biosensorvorrichtung 404 angepaßt ist. Die gewinkelte Fläche 410 bildet typischerweise einen Winkel α mit der Bodenfläche 414 der Komponente 402a, der in dem Bereich von ungefähr 40° bis 55° liegt und üblicher von ungefähr 45° bis 50°. Weiterhin hat die Komponente 402b eine obere Fläche 406, die an einer unteren Fläche 408 der gewinkelten Biosensorvorrichtung 404 anliegt, und hat eine gewinkelte hintere Fläche 416, die an eine vordere Fläche 418 der gewinkelten Biosensorvorrichtung 404 angepaßt ist. Die gewinkelte hintere Fläche 416 bildet typischerweise einen Winkel β mit der unteren Fläche 420 der Komponente 402b, der im Bereich von ungefähr 30° bis 50° und üblicher von ungefähr 25° bis 35° liegt.
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Die Bewegung, die die Biosensorvorrichtung 404 während einer Untersuchungsanwendung durchläuft, wird nun mit Bezug auf die 9A–9G beschrieben. Wie bei der Ausführungsform, die in bezug auf die 7A und 7B beschrieben ist, kann die Biosensorvorrichtung 404 zum Betrieb an einer Kassette (nicht gezeigt) mittels einer Spannstange (nicht gezeigt) oder mittels einer Drehschwenkbewegung an einer Nabe/Speiche derart befestigt werden (siehe 10A–10C), daß die Biosensorvorrichtung 404 in einer ursprünglichen vorbelasteten Position gehalten wird, in der die untere Fläche 408 der Vorrichtung 404 mit der oberen Fläche 406 der Komponente 402b fluchtet. In 9A wird der gewinkelte Biosensor 404 in eine erste Richtung entsprechend dem Pfeil 422 über die obere Fläche 406 der Komponente 402b hinweg bewegt. 9B zeigt, daß wenn der gewinkelte Biosensor 404 über den Abstand zwischen den Komponenten 402a und 402b in die Richtung des Pfeiles 424 bewegt wird, er in die dazwischenliegende Öffnung nach unten fallt, wobei er sich entlang der abgeschrägten Fläche 410 der Komponente 402a bewegt. An diesem Punkt wird die Bewegungsrichtung des gewinkelten Biosensors 404 umgekehrt, wie in 9C gezeigt, in die Vorwärtsrichtung, die durch den Pfeil 426 angegeben ist. Wegen der nach unten gerichteten Kraft, die von der Kassette aufgebracht wird, bewegt sich der gewinkelte Biosensor 404 weiter nach unten entlang der abgeschrägten Fläche 410, so daß die untere Fläche 408 des gewinkelten Biosensors 404 mit einer ins Ziel gefaßten Hautfläche fluchtet, welche durch die Öffnung 401 freiliegt. Die fortgesetzte Vorwärtsbewegung des gewinkelten Sensors 404 in die Richtung des Pfeiles 428 (siehe 9D) bringt die vordere Fläche 418 des gewinkelten Biosensors 404 in Kontakt mit der umgekehrt abgeschrägten Fläche 416 der Komponente 402b. Dieser Kontakt zwingt den Biosensor 404 weiter nach unten und in die Hautfläche zu der ins Ziel gefaßten Hautfläche, was bewirkt, daß die die Haut durchstechenden Aufbauten 430 des Biosensors 404 die ins Ziel gefaßte Hautfläche zur ausgewählten Hautschicht durchdringen, z. B. der Dermis, Epidermis, Subdermis usw., so daß auf das interessierende physiologische Fluid zugegriffen wird, z. B. interstitielles Fluid oder Blut, welches die kapillare Strömungsbahn des Biosensors 404 füllt.
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Anschließend an das Abnehmen und Füllen der kapillaren Strömungsbahn des Biosensors 404 mit Fluid wird der Biosensor 404 wieder in die erste Richtung bewegt, wie in 9E gezeigt, entsprechend dem Pfeil 432. Die fortgesetzte Bewegung des Biosensor 404 in die erste umgekehrte Richtung bewirkt das Entfernen des Biosensors 404 von der Hautfläche/Abnahmestelle und bringt den Biosensor 404 nach oben aus der Öffnung zwischen den Komponenten 402a und 402b, wie in 9F gezeigt und durch den Pfeil 434 angegeben ist. Wenn einmal der gewinkelte Sensor aus der Öffnung gebracht worden ist, wie in 9G gezeigt, kann das Fluid, das in der Biosensorkammer vorliegt, untersucht werden. (Natürlich, wenn gewünscht, kann das Fluid untersucht werden, während der Sensor noch an seiner Stelle ist, abhängig von dem bevorzugten Abnahme/Meßprotokoll, das benutzt wird.) Ein solcher Prozeß wird mit jeder Biosensorvorrichtung 404 wiederholt, wenn ein Untersuchungsprotokoll von dem Benutzer aktiviert wird. Wenn alle Vorrichtung 404 benutzt sind, d. h. verwendet worden sind, um ein Untersuchungsprotokoll durchzuführen, kann die benutzte Kassette aus dem Gehäuse des Systems entfernt und zweckmäßig entsorgt werden. Eine Ersatzkassette kann dann in das System geladen werden.
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Die Einrichtung zum Bewegen der Kassette der Ausführungsform, die mit Bezug auf die 4 und 9 beschrieben ist, wird weiter mit einer repräsentativen Drehkassettenvorrichtung veranschaulicht, wie sie in den 10A bis 10C gezeigt ist. In 10A umfaßt eine Dreh- oder Scheibenkassette 440 8 individuelle gewinkelte Biosensoren 442 und ist oben auf der unteren Fläche 444 des Gehäuses (nicht gezeigt) mit einer Öffnung 446 darin angeordnet. Bei der Verwendung dreht sich die Kassette 440 in einer ersten Richtung 448 im Uhrzeigersinn, wie es in 10A gezeigt ist, um einen Biosensor 442 zum Betrieb relativ zu der Einrichtung zum Bewegen eines Biosensors entsprechend den 9A und 9B zu positionieren. Die Richtung der Kassettendrehung wird dann umgekehrt in eine Richtung 450 im Gegenuhrzeigersinn, wie in 10B gezeigt, was den Biosensor 442 in die Öffnung 446 innerhalb der unteren Fläche 444 bringt, wobei die ins Ziel gefaßte Hautfläche durchstochen wird und auf physiologisches Fluid zugegriffen und zu der Kammer des Biosensors 442A transportiert wird. Dann wird die Drehrichtung der Kassette 440 wieder umgekehrt in eine Richtung 452 im Uhrzeigersinn, wie in 10C gezeigt, was den Biosensor 442 aus der Haut zurückzieht, gefolgt durch anschließendes Messen des Analyts in dem zugegriffenen Fluid.
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Die Kassette kann ebenso wie die entsprechenden Aufbauten des betrachteten Systems in einer Anzahl unterschiedlicher Weisen aufgebaut sein, solange die Kassettenvorrichtung in eine Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zum Durchführen des Untersuchungsprotokoll gestellt werden kann und solange die Biosensorvorrichtungen durch die Einrichtung für die Bewegung eines Biosensors des Systems zum Betrieb so gestellt werden kann, daß die Biosensorvorrichtungen, die auf der Kassette vorliegen, die Hautfläche durchstechen und auf das physiologische Fluid darin zugreifen können.
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Die Vorrichtung und Systeme können eine Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen annehmen. Bei bestimmten Ausführungsformen sind die Vorrichtungen einzelne integrale Vorrichtungen, bei denen die Meßeinrichtung, Verarbeitungseinrichtung, Anzeigeeinrichtung usw. alle auf derselben Struktur vorliegen. Bei noch anderen Ausführungsformen kann eine oder können mehrere der Komponenten von den anderen Komponenten getrennt sein. Zum Beispiel kann die Meßeinrichtung von der Anzeigeeinrichtung getrennt sein, wobei telemetrische Kommunikation oder Analysedatenübertragungseinrichtungen, z. B. Hochfrequenz- oder HF-Einrichtungen, benutzt werden, um für die Datenkommunikation zwischen den zwei oder mehr getrennten Komponenten der Vorrichtung zu sorgen.
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Eine repräsentative Ausgestaltung der Ausführungsform des betrachteten Systems ist eine „Uhrenarmband”-Ausführungsform, wie in 11A gezeigt, bei der die Vorrichtung 500 so gestaltet ist, daß sie um einen Gliedmaßenabschnitt 502 getragen wird, z. B. einen Unterarm, in einer Weise analog einer Armbanduhr. Bei dieser Ausführungsform können alle Komponenten der Vorrichtung in einer einstückigen Einheit vorliegen, wobei die Einheit in Kontakt mit der Haut der Person über einen einstellbaren Gurt 504 oder eine andere Rückhalteeinrichtung in Kontakt gehalten wird.
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Wenn es gewünscht wird, ein betrachtetes System in Kontakt mit einem Bereich des Benutzers zu haben, der nicht leicht sichtbar ist, z. B. einem Bereich des Bauches oder einem anderen Bereich, der typischerweise mit Kleidung abgedeckt ist oder sonst nicht leicht sichtbar ist, kann ein Zweikomponentensystem, wie in 11B gezeigt, benutzt werden. Bei einer solchen Ausführungsform liegen die Kassettenvorrichtung und die Meßeinrichtung, d. h. die Biosensoren und das Meßgerät, innerhalb einer Komponente vor, z. B. einer „Bund”-Komponenten 506, und die Anzeige- und Steuereinrichtung liegen auf einer zweiten Komponente des Systems vor, z. B. einer tragbaren Fernsteuereinheit 508. Diese beiden Komponenten kommunizieren miteinander über eine Datenkommunikationseinrichtung, wobei die Datenkommunikationseinrichtung typischerweise eine drahtlose Datenkommunikationseinrichtung ist, z. B. eine telemetrische HF-Einrichtung.
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Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung fordern die betrachteten Systeme kein Band oder keinen Gurt zur Befestigung und können statt dessen auf einer geeigneten Hautfläche mittels eines biokompatiblen Klebmittels befestigt werden.
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Verfahren der vorliegenden Erfindung
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Die betrachteten Systeme und Vorrichtungen finden ihren Einsatz bei Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft physiologischen Fluides, am typischsten beim Messen der Konzentration eines Analyten in einem physiologischen Fluid. Beim Durchführen der betrachteten Verfahren wird eine Vorrichtung mit einem integrierten Biosensor und einem die Haut durchstechenden Element, so wie den verschiedenen Ausführungsformen, die oben beschrieben sind, bereitgestellt und relativ zu einer ins Ziel gefaßten Hautfläche des Benutzers angeordnet. Es wird bewirkt, daß sich die integrierte Biosensorvorrichtung aus einer anfänglichen oder zurückgezogenen Position in eine zweite ausgefahrene oder hautberührende Position bewegt oder verschiebt, wobei die Zielfläche durchstochen wird und auf physiologisches Fluid zugegriffen und dieses zu dem Biosensorbereich der Vorrichtung transportiert wird. Die Verschiebung oder Bewegung der Vorrichtung wird umgekehrt, um sie von der Haut zu entfernen und zurückzuziehen.
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Wenn sie mit den oben beschriebenen betrachteten Kassettenvorrichtungen verwendet wird, wird eine Vielzahl solcher integrierten Biosensorvorrichtungen in den Betriebseingriff mit der Kassettenvorrichtung bereitgestellt. Die Kassettenvorrichtung ist planar zu einer ins Ziel gefaßten Hautfläche des Benutzers vorgesehen und angeordnet. Eine Bewegungseinrichtung wird benutzt, um die Kassette in eine erste Richtung zu bewegen oder zu verschieben, die so wirkt, daß sie die Biosensorvorrichtung aus einer anfänglichen oder zurückgezogenen Position in eine zweite ausgefahrene oder Haut berührende Position bewegt oder verschiebt, wobei die Zielfläche durchstochen wird, auf physiologisches Fluid zugegriffen und dieses zu dem Biosensorbereich der Vorrichtung transportiert wird. Die Bewegungseinrichtung wird dann aktiviert, um die Kassettenvorrichtung in eine zweite oder umgekehrte Richtung zu bewegen oder zu verschieben, was so wirkt, daß der Biosensor aus seiner zweiten ausgefahrenen Position zurück in eine zurückgezogene Position bewegt oder verschoben wird. Eine solche Bewegung der Biosensorvorrichtung aus einer zurückgezogenen in eine hautberührende Position und umgekehrt kann weiter definiert werden, indem die Biosensorvorrichtung aus einer im wesentlichen planaren Position in eine gewinkelte oder abgelenkte Position zum Berühren und Durchstechen der Haut abgelenkt wird.
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Wenn sie mit dem betrachteten System wie oben beschrieben verwendet wird, ist die Kassettenvorrichtung innerhalb einer Gehäusestruktur, die eine zur Haut weisende Wand mit einer Öffnung darin hat, vorgesehen oder wird in diese geladen. Die äußere Fläche der zur Haut weisenden Wand ist bevorzugt fluchtend mit der ins Ziel gefaßten Hautfläche des Benutzers angeordnet. Die Kassettenvorrichtung ist innerhalb der Gehäusestruktur angeordnet, so daß sie planar zu der zur Haut weisenden Fläche ist und wobei die Verschiebung der Vielzahl der Biosensorvorrichtungen auf einem Weg direkt über der Öffnung geschieht. Beim Bewegen oder Verschieben der Kassette, wie oben beschrieben, umfaßt die Bewegung oder Ablenkung einer bestimmten Biosensorvorrichtung den Durchlaß wenigstens des die Haut durchstechenden Elementes durch die Öffnung, um die Hautfläche zu berühren und zu durchstechen.
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Die betrachteten Verfahren umfassen weiter das Bereitstellen eines Meßgerätes oder einer Meßeinrichtung wie oben beschrieben im Betriebskontakt mit der Biosensorvorrichtung zum Messen der ausgewählten Eigenschaft des abgenommenen physiologischen Fluides, das zu der Biosensorvorrichtung nach dem Zugreifen auf das physiologische Fluid übertragen worden ist. Nach dem Füllen der Reaktionszone oder der Matrixfläche der Biosensorvorrichtung mit dem abgenommenen physiologischen Fluid wird ein Signal an den Biosensor durch die Meßgerätebaugruppe des betrachteten Systems gegeben, und die interessierende chemische Eigenschaft, z. B. die Konzentration des Analyten, wird festgestellt und die sich ergebenden Meßdaten werden über eine Anzeige angezeigt, die auf dem Systemgehäuse vorgesehen ist, und werden in dem Speicher für das sofortige oder spätere Wiedergewinnen gespeichert.
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Die vorliegenden Verfahren, Vorrichtungen und Systeme finden ihren Einsatz in einer Vielfalt unterschiedlicher Anwendungen, bei der die Erfassung eines Analyten und/oder die Messung der Konzentration des Analyten in einem physiologischen Fluid gewünscht wird. Die betrachteten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren finden besonderen Einsatz bei Anwendungen zum Überwachen der Analytkonzentration über eine gegebene Zeitdauer, wie in der
EP-A-1 260 815 beschrieben, wo das Abnehmen des physiologischen Fluides/Messen automatisch und kontinuierlich nach einem vorbestimmten Zeitplan geschieht.
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Bei diesen Überwachungsanwendungen kann die vorliegende Erfindung benutzt werden, um: (a) kontinuierlich einen Analyten zu überwachen, dessen Konzentration mit einem Krankheitszustand verbunden ist, z. B. Hypo- oder Hyperglykämie bei Blutzucker-Funktionsstörungen, so wie Diabetes; (b) kontinuierlich einen Analyten überwachen, dessen Konzentration mit einem interessierenden, nicht mit Krankheit verbundenen physiologischen Zustand verbunden ist, z. B. Alkoholvergiftung, illegale Benutzung von Drogen; (c) kontinuierlich die Konzentration eines therapeutischen Mittels bei Arzneimitteltherapieanwendungen zu überwachen; usw.
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Wenn der Analyt Glukose ist, findet die vorliegende Erfindung Verwendung bei einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, die sich auf die Behandlung und Verwaltung von mit Glukose verbundenen Funktionsstörungszuständen beziehen, z. B. Diabetes und verwandte Zustände. Bei diesen Ausführungsformen finden die betrachteten Verfahren und Vorrichtungen Verwendungen beim Bereitstellen einer „fortdauernden” Glukoseüberwachung, wobei damit gemeint ist, daß Glukosewerte bei einem Patienten diskontinuierlich und automatisch entsprechend einem vorbestimmten Zeitplan gemessen werden. Die betrachteten Verfahren können auch benutzt werden, um das Auftreten von hypo- und hyperglykämischen Zuständen zu erfassen und vorherzusagen. Bei solche Anwendungen kann das Muster von fortdauernd überwachten Messungen der Analytkonzentration benutzt werden, um festzustellen, ob ein Patient Hyper- oder Hypoglykämie erfährt, indem das Muster der Meßergebnisse, die in den Systemspeichereinrichtungen gespeichert sind, mit einem Kontroll- oder Referenzmuster verglichen wird. Zusätzlich kann man auf ein Muster von Messungen schauen und es mit einem geeigneten Kontroll- oder Referenzmuster vergleichen, um das Auftreten eines hypo- oder hyperglykämischen Zustandes vorherzusagen. Die betrachteten Verfahren können Teil eines umfassenderen Therapieprotokolls sein, die so gestaltet sind, daß sie das Auftreten von hypo- und hyperglykämischen Ereignissen verhindern, z. B. indem das Auftreten solcher Ereignisse mit den betrachteten Verfahren und Vorrichtungen vorhergesagt und in den Blutzuckermetabolismus in einer Weise eingegriffen wird, die das Auftreten des vorhergesagten Ereignisses verhindert.
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Die vorliegende Erfindung kann bei einer Vielfalt von unterschiedlichen Typen von Subjekten benutzt werden, bei denen das Überwachen eines Analysten gewünscht ist. Interessierende Subjekte umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Säuger. Interessierende Säuger umfassen wertvollen Viehbestand, z. B. Pferde, Kühe, Schafe usw., Haustiere, z. B. Hunde, Katzen usw. und Menschen. Bei den meisten Ausführungsformen sind die Säuger, bei denen die betreffenden Verfahren durchgeführt werden, Menschen.
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Sets
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Auch bereitgestellt werden Sets zum Durchführen der betrachteten Verfahren. Bei einer Ausführungsform umfassen die Sets ein System zum Durchführen der vorliegenden Erfindung. Das System kann eine einzige einteilige Vorrichtung sein oder aus zwei oder mehr getrennten Komponenten aufgebaut sein, z. B. einer Fernsteuerungs- und Anzeigekomponente und einer Meßkomponente. Die Sets können eine einzelne entsorgbare Kassettenvorrichtung umfassen oder zwei oder mehr entsorgbare Kassettenvorrichtungen, wie es oben zum Einsatz bei dem betrachteten System beschrieben ist. Schließlich umfassen die Sets typischerweise Instruktionen zum Verwenden der betrachteten Systeme und zum Laden und Entfernen von Kassetten in und aus dem betrachteten System. Diese Instruktionen können auf einer oder mehreren der Verpackungen vorliegen, einer beschrifteten Beilage, Behältern, die in den Sets vorliegen und dergleichen.
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Obwohl die voranstehende Erfindung in einigen Einzelheiten mittels Veranschaulichung und Beispiele für die Zwecke der Klarheit des Verständnisses beschrieben worden ist, wird es den Durchschnittsfachleuten im Lichte der Lehren dieser Erfindung leicht deutlich, daß bestimmte Änderungen und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne daß man sich vom Umfang der angefügten Ansprüche entfernt.