[發明專利]用于無創實時檢測血糖水平的光學裝置和方法

無效

• 申請號: 201080050192.7
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102596013A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: J·J·胡
• 申請（專利權）人: 阿克倫大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;C12Q1/54
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 王浩然;周建秋

技術領域

本發明涉及用于無創實時檢測糖尿病患者血糖水平的裝置和方法。具體來講，本發明涉及包含接觸鏡的光學裝置，所述接觸鏡上印有、刻有、涂有或以其它方式布有葡萄糖感測光學圖案，或者葡萄糖感測光學圖案被并入所述接觸鏡內部。所述指示圖案進一步包含含有硼酸衍生物的葡萄糖感測涂層，該硼酸衍生物在葡萄糖存在下反應產生可讀的圖案，該圖案隨后可與預先測定的或預先校準的血糖水平相關聯。偏振光源是可用于讀取指示圖案的一種方法。本發明還涉及使用本發明的光學裝置定量血糖水平的方法和將葡萄糖感測涂層布置在接觸鏡材料上或并入接觸鏡材料中的制造方法。

背景技術

由于葡萄糖傳感器在糖尿病診療中的重要性，其長期以來都是研究的課題。國際糖尿病聯盟最近報告全世界有超過1.77億糖尿病患者，在發展中國家這個數字可能顯著增加。此外，肥胖是不斷增加的公眾健康問題。糖尿病被認為是超重患者的主要醫學并發癥。糖尿病還是心血管或腦血管疾病的危險因素。因此，糖尿病患者血糖水平的監測牽連許多共存病態。

現在糖尿病患者在臨床中使用手持式電化學葡萄糖感測裝置或血糖儀用于監測血糖水平。這些血糖儀使用包含電極的試紙條，血樣放置在上面。電極包含的其中一種成分是葡萄糖氧化還原酶。葡萄糖檢測是基于由葡萄糖氧化還原酶催化的葡萄糖的氧化。當暴露于血樣時，電極即通過同與電極表面結合的電子耦合器（如二茂鐵）檢測在葡萄糖和酶之間的反應中生成的電子。取決于樣本中葡萄糖的濃度，生成或多或少的電子。生成的電子數目被換算成葡萄糖濃度的數值讀數。

血糖儀使用通過對手指或手臂的針扎孔獲得的血樣提供便利的一次（one-shot）血糖測量。這些電化學葡萄糖傳感器的成功開發和商業化為糖尿病患者提供了用于其慢性疾病狀態的監測和自我管理的重要手段。

盡管如此，血糖儀并不是沒有缺點。許多糖尿病患者抱怨與頻繁的監測計劃所需要的重復針扎相關的疼痛。大部分常規測量儀在每次購買新的試紙條補充品時都需要校準。此外，試紙條被特定地設計用于其相應的測量儀，僅可使用一次，并且非常昂貴。即使是所謂的“自校準”或“無校準”測量儀，也必須使用特定的試紙條。試紙條的存放期有限，如果試紙條超過有效期那么測量儀將不會起作用。

再一個優點是獲得的結果并不總是可靠的并且受采血技術嚴重影響。這對老年人或殘疾人是特別重要的，他們可能不具有操縱試紙條和測量儀或獲得適當樣本的嫻熟手法。

本領域認識到需要精確、可靠的最小創傷技術以在取樣和讀出之間最少的時間來分析血糖而沒有上述與血糖儀相關的缺點。“Gluco?Watch”基于通過皮膚的體液離子導入萃取，它是一種已經開發出來用于血糖的最小創傷監測的方法。雖然和使用傳統的血糖儀相比不適較少，但是該裝置在獲得樣本和獲得血糖濃度讀數之間仍有顯著的時間延遲。所述方法也存在若干校準缺點。

其它策略目前正在研究用于無創葡萄糖監測，包括使用近紅外（NIR）光譜和植入式傳感器。這些策略的目標是使與傳統方法相關的不適和成本最小化并且允許“實時”監測或在取樣和讀出之間的時間非常短。迄今，這些目標還沒有實現。

危重患者中的分析物（如葡萄糖）的體內“實時”監測在生物傳感器設計和制作中仍然是長期而艱難的目標。盡管進行了大量的研究，適于創傷最小或無創的重復實時檢測的長期植入式葡萄糖傳感器的開發還沒有實現。一個主要的問題是所述研究迄今還是基于葡萄糖與酶的反應。該途徑遇到的主要困難是用于與葡萄糖反應的酶的短半衰期、來自酶輔因子的并發癥，和感測界面與身體的生物不相容。制作的高成本和校準的復雜性使得這些植入式傳感器的批量生產存在困難。此外，由酶和其它生物材料構成的生物傳感器通常與體內應用需要的常用滅菌方法是不相容的。

因此在生物流體中的葡萄糖感測和糖分析在生物分析科學中仍然是一座“圣杯”。糖分子在水溶液中通常顯示非常低的光學密度和光譜特征。直接的光譜測量也因在水溶液中的強氫鍵和構象變化所造成的峰增寬而變得復雜。“實時”分析尚沒有實現。

葡萄糖分析的替代研究正在進行中。在過去的十年，基于芐基氨基硼酸，對用于葡萄糖分析的電子轉移熒光猝滅傳感器投入了大量的研究。該方法有兩個化學結構難點。第一，發射熒光團的能量必須與用于電子轉移熒光猝滅的氨基的非鍵電子相匹配。這需要激發光處于生物分子也吸收和發熒光的UV波長。第二，芐基硼酸通常在pH8以上與葡萄糖結合。在生理pH，氨基上的質子化與用于結合葡萄糖的硼配位競爭發生，因此使得該途徑不可行。