Прибор для измерения концентрации анализируемого вещества, набор для измерения концентрации анализируемого вещества - RU2188424C2

Чертежи

Показать все 18 чертежа(ей)

Описание

Предпосылки изобретения
1. Область изобретения
Это изобретение относится к измерительному прибору и одноразовому устройству для измерения концентрации анализируемого вещества в биологической жидкости; более конкретно, к прибору, для которого одноразовое устройство представляет собой полый усеченный конус.

2. Описание предшествующего уровня техники
Медицинская диагностика часто включает измерения в биологических жидкостях, таких как кровь, моча или слюна, взятых у пациента. В целом, для предотвращения заражения пациента жидкостями от других лиц, важно избежать как заражения оборудования, так и персонала этими жидкостями. Таким образом, есть необходимость в диагностических устройствах, которые сводят к минимуму риск такого заражения.

Среди медицинских диагностических устройств наиболее широко распространенным и используемым в настоящее время является устройство для контроля концентрации глюкозы в крови. По данным проведенной оценки только в США имеется 14 миллионов людей, страдающих сахарным диабетом. Во избежание тяжелых медицинских проблем, таких как потеря зрения, нарушения кровообращения, почечная недостаточность и т.д., многие из этих людей на регулярной основе контролируют у себя концентрацию глюкозы в крови, и затем предпринимают шаги, необходимые для поддержания у них концентрации глюкозы в приемлемом диапазоне.

Во время проведения измерения концентрации глюкозы в крови имеется опасность заражения крови. Например, при использовании наиболее распространенных типов (фотометрических) устройств для измерения концентрации глюкозы в цельной крови, измерение концентрации глюкозы в основном проводится в образце крови, который наносится на полоску для теста, находящуюся на измерительном приборе. Для нанесения образца крови после прокола пальца, палец пациента должен быть расположен над или около полоски для теста с целью инокуляции полоски для теста образцом крови. Имеется опасность, что палец пациента может вступить в контакт с частью измерительного прибора, которая загрязнена кровью в результате предшествующего использования другими лицами, особенно, при использовании в больнице.

Этот риск для пациента сводится к минимуму, если полоска для теста инокулируется перед тем как она помещается в измеритель. Это так называемый подход со "взятием образца вне измерительного прибора". При этом подходе в качестве первого этапа процесса измерения пациент наносит свой образец крови на полоску для теста с реагентом. Затем полоска вставляется в измерительный прибор. Палец пациента вступает в контакт только с новой (чистой) одноразовой полоской, которая не может быть загрязнена кровью другого пациента. Палец никогда не вступает в контакт с загрязненной частью измерительного прибора. Подход со взятием образца вне измерительного прибора применялся в течение некоторого времени, в частности, при использовании измерительных приборов, работающих на фотометрическом принципе, а также систем, которые измеряют гематокрит. Недостаток взятия образца вне измерительного прибора состоит в том, что измерительный прибор не может произвести измерение в "нулевое время" или перед ним, т.е. время, когда образец был нанесен на полоску. В фотометрическом измерительном приборе значение коэффициента отражения перед инокуляцией полоски позволяет измерительному прибору производить коррекцию на изменения фонового цвета полоски и ее положения. Измерительный прибор может также более непосредственно и более точно определить нулевое время, что способствует точным измерениям. В отличие от этого нулевое время может быть трудно или невозможно определить, если полоска инокулируется вне измерительного прибора.

Хотя взятие образца вне измерительного прибора уменьшает проблему заражения для пациента, измерительный прибор все еще загрязняется кровью. Таким образом, существует риск для других лиц, которые могут вступить в контакт с загрязненным измерительным прибором, таких как сотрудники больницы и техники, ремонтирующие измерительный прибор. Кроме того, если пациенту помогает медицинский работник, последний может вступить в контакт с кровью пациента во время удаления полоски для выброса после окончания теста.

При использовании измерительных приборов, работающих на электрохимическом принципе, обычно применяют "дистанционное взятие проб", при котором тестовая полоска помещается в измерительный прибор перед инокуляцией, но точка нанесения крови удалена от поверхностей измерительного прибора, которые могут загрязниться, например, Glucometer, производимый Bayer Diagnostics, и Advantage^R, производимый Boehringer Mannheim, включают электроды с дистанционным нанесением проб. Как и взятие проб вне измерительного прибора, удаление полоски также может представлять опасность при использовании измерительных приборов с дистанционным взятием проб.

Был раскрыт ряд систем, которые созданы с целью снижения риска заражения для пациента и/или других лиц в связи с диагностическими тестами.

Патент США 4952373, выданный 28 августа 1990 г. Sugarman et al., раскрывает экран, который предназначен для предотвращения переноса избыточной жидкости на диагностических картриджах в монитор, с которым используется картридж. Экран изготовлен из тонкой пластиковой или металлической пленки и прикреплен к картриджу, который обычно имеет размер кредитной карточки.

Патент США 5100620, выданный 31 марта 1992 г. Вrеn neman, раскрывает корпус в форме перевернутой воронки с центральной капиллярной трубкой для переноса жидкого образца из удаленной точки нанесения пробы к поверхности испытания. Устройство может применяться для переноса крови от места прокола пальца до пленки с реагентом.

Патент США 3991617, выданный 16 ноября 1976 г. Marteau d'Autry, раскрывает устройство, которое применяется с пипеткой с предполагаемым использованием с одноразовыми наконечниками. Устройство предоставляет кнопочный механизм для выталкивания наконечника с конца пипетки.

Общим элементом указанных выше патентов является то, что каждое из раскрытых устройств адресовано риску заражения, который создается биологическими жидкостями и другими потенциально опасными жидкостями.

Сущность изобретения
В соответствии с настоящим изобретением, устройство для применения в приборе для измерения концентрации анализируемого вещества в пробе биологической жидкости включает
(а) полый усеченный конус, имеющий открытые концы неодинакового размера и
(б) пористую мембрану для приема пробы, прикрепленную и, в целом, закрывающую меньший открытый конец, причем мембрана включает
(i) поверхность для приема образца и
(ii) реагент для вступления в реакцию с анализируемым веществом с тем, чтобы вызвать изменение физически выявляемой характеристики мембраны, которое может быть измерено и связано с концентрацией анализируемого вещества в образце.

Способ этого изобретения для измерения концентрации анализируемого вещества в образце биологической жидкости включает
(а) обеспечение устройства, которое включает полый усеченный конус, имеющий открытые концы неодинакового размера, меньший конец которого, в целом, закрыт мембраной, которая включает
(i) поверхность для приема образца и
(ii) реагент для вступления в реакцию с анализируемым веществом с тем, чтобы вызвать изменение физически выявляемой характеристики мембраны, которое может быть измерено и связано с концентрацией анализируемого вещества в образце;
(б) нанесение образца на поверхность мембраны;
(в) изменение изменения параметра; и
(г) определение концентрации анализируемого вещества по измерению изменения параметра.

Устройство настоящего изобретения может преимущественно применяться с измерительным прибором для измерения концентрации анализируемого вещества в образце биологической жидкости, который наносится на первую поверхность пористой мембраны, которая содержит реагент, вступающий в реакцию с анализируемым веществом, вызывая изменение коэффициента отражения второй поверхности мембраны, причем мембраны прикреплена и, в целом, закрывает конец устройства в виде полого усеченного конуса. Измерительный прибор включает
(а) корпус, имеющий дистальный участок в форме усеченного конуса для вхождения в зацепление с устройством, причем участок сужается по направлению внутрь к концу, который обращен ко второй поверхности мембраны,
(б) оптическую систему в корпусе для направления луча света в сторону от дистального конца и для приема света, отраженного от второй поверхности мембраны,
(в) средство для измерения света, отраженного назад в корпус как перед, так и после нанесения образца на мембрану, и
(г) средство для расчета концентрации анализируемого вещества в жидкости по измеренным величинам отраженного света.

Устройство настоящего изобретения позволяет измерять концентрацию анализируемого вещества в биологической жидкости, в то же время сводя к минимуму опасность того, что жидкость или пользователь вступят в контакт с измерительным прибором. Таким образом, устройство снижает и вероятность загрязнения прибора пользователем, и наоборот. Устройство является одноразовым, и термины "устройство" и "одноразовое" используются взаимозаменяемо во всем описании и прилагаемой формуле изобретения.

Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой перспективное изображение устройства этого изобретения с удаленной для ясности частью.

Фиг.2 представляет собой вид в разрезе по линии 2-2 фиг.1.

Фиг. 3 представляет собой перспективное изображение измерительного прибора и устройства изобретения перед их скреплением.

Фиг. 4 представляет собой перспективное изображение измерительного прибора и устройства в процессе получения образца крови.

Фиг. 5 представляет собой частичный вид в разрезе измерительного прибора и устройства фиг.4, сделанного по линии 5-5 фиг.4.

Фиг.6 представляет собой вид сбоку в частичном разрезе множества устройств в упаковке.

Фиг. 7 представляет собой перспективное изображение измерительного прибора этого изобретения, выталкивающего устройство.

Фиг. 8 представляет собой продольный разрез в вертикальный проекции для ясности определенных частей измерительного прибора фиг.7 в первом, рабочем положении.

Фиг. 9 представляет собой вид сбоку в вертикальной проекции, частично в разрезе, измерительного прибора фиг.7 во втором положении сбрасывания.

Фиг. 10 представляет собой перспективу альтернативного варианта реализации измерительного прибора.

Фиг.11 представляет собой перспективное изображение альтернативного варианта реализации устройства этого изобретения.

Фиг. 12 представляет собой перспективное изображение фрагмента дистального конца устройства фиг.11.

Фиг. 13 представляет собой вид в разрезе, сделанном по линии 13-13 фиг. 12.

Фиг. 14 представляет собой вид в разрезе, сделанном по линии 14-14 фиг. 12.

Фиг. 15 представляет собой вид в разрезе дополнительного варианта реализации дистального конца устройства изобретения.

Фиг. 16 представляет собой перспективное изображение другого варианта реализации измерительного прибора и устройства перед их скреплением.

Фиг. 17 представляет собой другой вариант реализации измерительного прибора и устройства.

Фиг. 18 представляет собой перспективное изображение дистального конца дополнительного варианта реализации измерительного прибора и устройства.

Фиг. 19 представляет собой вид сбоку дистального конца измерительного прибора и устройства фиг.18, показанных в собранном положении.

Подробное описание изобретения
Устройство настоящего изобретения, в целом, приспособлено для применения в приборе для измерения концентрации анализируемых веществ, таких как спирт, холестерин, белки, кетоны, ферменты, фенилаланин и глюкоза в биологических жидкостях, таких как кровь, моча и слюна. Для краткости, описаны подробности применения устройства в связи с самоконтролем концентрации глюкозы в крови; однако рядовой специалист в области медицинской диагностики сможет легко приспособить технологию для измерения содержания других анализируемых веществ в других биологических жидкостях.

Самоконтроль концентрации глюкозы в крови, в целом, проводится с помощью измерительных приборов, которые работают на одном из двух принципов. Первый представляет собой фотометрический тип, который основан на полосках реагента, включающих композицию, которая изменяет цвет после нанесения крови. Изменение цвета является мерой концентрации глюкозы.

Второй тип монитора концентрации глюкозы в крови представляет собой электрохимический тип и работает на представлении, что кровь, внесенная в электрохимическую ячейку, может вызвать электрический сигнал-напряжение, ток или заряд, в зависимости от типа измерительного прибора, который может быть связан с концентрацией глюкозы в крови.

Настоящее изобретение позволяет проводить удобное дистанционное взятие проб как для фотометрических, так и для электрохимических систем. Для краткости, следующее ниже описание сфокусировано на фотометрической системе. Аналогичные устройства могут применяться с электрохимической системой. С любым типом системы настоящее устройство позволяет измерительному прибору контролировать полное течение реакции от времени, когда наносится образец до тех пор, когда будет произведено определение глюкозы. Способность измерять время начала теста облегчает точное определение концентрации глюкозы.

Применение фотометрической, а не электрохимической системы определения концентрации глюкозы имеет некоторые преимущества. Одно преимущество фотометрической системы состоит в том, что измерения могут производиться более чем при одной длине волны света, и могут вноситься коррективы на изменения гематокрита крови. Одноразовое устройство, раскрытое здесь, обеспечивает эти преимущества фотометрической системы, в то же время позволяя свести к минимуму загрязнение измерительного прибора.

Одноразовые устройства, применяемые в системах фотометрического измерения, в основном, изготовлены в форме тонкой прямоугольной полоски. Форма происходит от первоначальной конфигурации тестовой полоски "макни и считывай результат". Один конец служит в качестве ручки, тогда как химическая реакция с образцом жидкости проводится на другом конце.

Эти прямоугольные одноразовые устройства образуют мужскую часть межсоединения с измерительным прибором. То есть, полоска удерживается элементами на измерительном приборе, которые принимают в себя одноразовое устройство. Этот способ фиксации способствует загрязнению измерительного прибора образцом жидкости.

Во избежание проблем загрязнения настоящее одноразовое устройство принимает форму полого усеченного конуса, который представляет собой женскую часть межсоединения с измерительным прибором. То есть, одноразовое устройство охватывает часть измерительного прибора и служит в качестве крышки для предотвращения загрязнения измерительного прибора образцом жидкости.

На фиг. 1 показан с частичным отломом вариант реализации этого изобретения, в котором одноразовое устройство 10 представляет собой полый усеченный конус. Мембрана 12 прикреплена к меньшему концу 14. Необязательный фланец 16 обеспечивает поверхность, к которой мембрана 12 прикрепляется клеем 18. Необязательные зазубрины 20 расположены на расстоянии друг от друга по окружности конуса для обеспечения механизма удержания совместно с бороздой на измерительном приборе.

Фиг.2 представляет собой вид в разрезе по линии 2-2 одноразового устройства, изображенного на фиг.1. Как показано на фиг.2, мембрана прикреплена к наружной части одноразового устройства. Альтернативно, как показано на фиг. 11, мембрана может прикрепляться к внутренней части одноразового устройства.

Фиг. 3 представляет собой перспективное изображение с пространственным разделением деталей фотометрического измерительного прибора и одноразового устройства типа, показанного на фиг.1. Измерительный прибор 30 имеет удлиненную конфигурацию с дистальным участком 32, которая представляет собой в целом цилиндрически симметричный корпус, по периметру которого необязательно расположена борозда 34. Следует отметить, что одноразовое устройство размещено на дистальной части измерительного прибора таким образом, что между дистальным концом 36 измерительного прибора 30 и нижней поверхностью мембраны 12 имеется точно определенный зазор G. Точное расположение способствует точности и надежности измерения. В вырезе виден источник света 38 и детектор света 40, которые соответственно обеспечивают освещение одноразового устройства и выявление света, отраженного от одноразового устройства. Как обсуждается ниже, измерение света, отраженного от одноразового устройства, дает информацию о концентрации глюкозы в образце, нанесенном на мембрану. Хотя на фиг. 3 показан только один источник и детектор света, могут применяться множественные источники, необязательно имеющие различные спектры выхода, и/или множественные детекторы.

Фиг. 4 представляет собой перспективное изображение способа применения устройства и измерительный прибор, показанные на фиг.3, для получения образца S из прокола кончика пальца. Пользователю очень легко приложить одноразовое устройство к пальцу, что представляет большое преимущество для пользователей с нарушением зрения.

Фиг. 5 представляет собой вид в разрезе части дистального участка 32 измерительного прибора 30 и одноразового устройства 10, который иллюстрирует как зазубрины 20 и борозда 34 надежно располагают измерительный прибор 30 внутри одноразового устройства 10, оставляя зазор G. Следует отметить, что зазор G обеспечивает то, что кровь, проникающая через мембрану, не загрязняет измерительный прибор. Хотя размер зазора не принципиален, он предпочтительно составляет, по крайней мере, приблизительно 0,5 мм.

Преимущество устройства изобретения при использовании с измерительным прибором типа, показанного на фиг.3, состоит в том, что устройства могут укладываться в стопку, удобно укладываемую в контейнер 42 как показано на фиг. 6. Затем устройство может легко фиксироваться путем вставления дистального участка 32 измерительного прибора 30 в контейнер 42 и вхождения в зацепление борозды 34 и зазубрин 20. После завершения теста использованное одноразовое устройство можно вытолкнуть в контейнер отходов W как показано на фиг. 7 при условии, что имеется необязательный кнопочный механизм выталкивания.

Для этого изобретения подходят кнопочные механизмы выталкивания того типа, которые широко известны и используются (см. , например, патент США 3991617). Один такой механизм изображен на фиг.8 и 9, которые иллюстрируют кнопочный механизм выталкивания, установленный в измерительном приборе типа, показанного на фиг.3. Элементы механизма включают стержень 44, который соединяет выталкиватель 46 и нажимную кнопку 48. Нажимная кнопка 48 действует через стержень 44, заставляя выталкиватель 46 отцепить одноразовое устройство 10 от дистального участка 32 измерительного прибора 30. Пружина 50 срабатывает для возврата выталкивателя 46 и нажимной кнопки 48 в их отведенное назад положение. Кнопочное выталкивание, позволяя удалить одноразовое устройство без прямого контакта, помогает избежать загрязнение. Одноразовые устройства, которые предполагается применять с кнопочным механизмом изгнания типа, показанного на фиг.8 и 9, предпочтительно имеют отбортованный край 19.

На фиг.10 изображен вариант реализации измерительного прибора этого изобретения, который включает дисплей 50 для высвечивания концентрации анализируемого вещества, измеренной с помощью измерительного прибора. Дисплей может представлять собой дисплей из светоизлучающих диодов (СИД), жидкокристаллический дисплей (ЖКД) или аналогичный дисплей, хорошо известный в предшествующем уровне техники.

Хотя приведенное выше описание и фигуры рассматривают одноразовое устройство, имеющее круговое поперечное сечение и измерительный прибор, который имеет дистальный участок, имеющий сопряженное поперечное сечение, эта геометрия не существенна и, фактически, может даже не быть предпочтительной. В первую очередь при выборе геометрии фотометрической системы учитывается оптическая конструкция. В целом, рефлектометрия диктует, по крайней мере, минимальное угловое разделение (обычно, 45^o) между детектором и отражающимся от зеркала светом. Это в свою очередь требует, по крайней мере минимальный угол при вершине конического одноразового устройства. Однако преимуществом для пользователя является возможность видеть его/ее палец для взятия образца, а большой угол при вершине закрывает этот вид. Таким образом, предпочтительным может быть одноразовое устройство, имеющее прямоугольное поперечное сечение, такое как полый корпус прямоугольной пирамиды 110, показанной на фиг.11. В этом случае угловое разделение между детектором и отраженным от зеркала светом определяет только минимальную возможную величину L продольного размера большего открытого конца. Но одноразовое устройство может быть меньше и обеспечивать меньше помех для осмотра пользователем его/ее пальца. Кроме того, прямоугольные мембраны могут изготавливаться из лент или листов с меньшими затратами и меньшим расходом материала. Тем не менее, круговое поперечное сечение имеет преимущество, когда в оптической системе используется группа нескольких источников и/или детекторов.

Поскольку загрязнение возможно, если избыток образца капнет с одноразового устройства, желательно размещать крупные образцы без разбрызгивания. Для улавливания избытка образца могут служить различные конструкции. Одна показана на фиг. 12, 13 и 14. На фиг.12 изображено одноразовое устройство, показанное на фиг.11 с лунками 124 на поверхности маленького конца одноразового устройства. Как показано на фиг.13 и 14, лунки позволяют капиллярному потоку заполнить полученный в результате зазор между мембраной и верхней внутренней поверхностью устройства. Альтернативным способом образования таких зазоров является прикрепление мембраны к одноразовому устройству с помощью густого клея с оставлением зазоров для размещения избытка образца. Еще одним способом поглотить избыток образца является прикрепление прокладки поглощающего материала 126 над передней поверхностью мембраны, как показано на фиг.15.

Фиг. 16 представляет собой перспективное изображение с пространственным разделением деталей измерительного прибора и одноразового устройства типа, показанного на фиг.11. Детальный участок 132 измерительного прибора 130 имеет необязательную борозду 134, которая аналогична борозде 34 для удержания одноразового устройства. Удлиненная шейка 130 облегчает извлечение одноразового устройства из удлиненных контейнеров 42, показанных на фиг.6. Дисплей 150 высвечивает измеренную концентрацию анализируемого вещества.

На фиг. 17 изображен альтернативный вариант реализации измерительного прибора, приспособленного для применения с одноразовым устройством, показанном на фиг.11.

На фиг.18 изображена дистальная часть еще одного варианта реализации одноразового устройства 210 и измерительного прибора 230. Дистальный участок 232 стыкуется с одноразовым устройством 210. Следует отметить, что щели 234 являются альтернативой борозде 34 (или 134) для вхождения в зацепление с зазубринами, такими как 220, на одноразовом устройстве.

Фиг. 19 представляет собой вид сбоку варианта реализации, показанного на фиг.18.

По способу этого изобретения, образец крови подбирают на обращенную наружу поверхность мембраны. Глюкоза в образце взаимодействует с реагентом в мембране, вызывая изменение цвета, которое изменяет коэффициент отражения обращенной внутрь поверхности мембраны. Источник света в измерительном приборе освещает обращенную внутрь поверхность мембраны и измеряет интенсивность света, отраженного от этой поверхности. С помощью соответствующего расчета изменение коэффициента отражения дает информацию о концентрации глюкозы в образце.

Известно множество комбинаций композиций мембраны и реагента для фотометрических определений концентрации глюкозы крови. Предпочтительной композицией мембраны/реагента является полиамидная матрица, включающая фермент оксидазу, пероксидазу и краситель или пару красителей. Оксидазный фермент предпочтительно представляет собой глюкозооксидазу. Пероксидаза представляет собой предпочтительно пероксидазу хрена. Предпочтительная пара красителей представляет собой 3-метил-2-бензотиазолинон гидразон гидрохлорид плюс 3,3-ди-метиламинобензойную кислоту. Подробности комбинации мембраны/реагента и ее варианты представлены в патенте США 5304468, выданном 19 апреля 1994г. Phillips et al., включеном сюда в виде ссылки.

Другая предпочтительная композиция мембраны/реагента представляет собой анизотропную полисульфоновую мембрану (имеющуюся в Memtec America Corp., Timonium, MD), включающую глюкозооксидазу, пероксидазу хрена и пару красителей [3-метил-2-бензотиазолинон гидразон]N-сульфонил бензолсульфонат мононатрий в комбинации с аммонием 8-анилино-1-нафталин сульфоновой кислоты. Подробности этой комбинации мембраны/реагента и ее варианты представлены в заявке на патент США Сер. 08/302575, поданной 8 сентября 1994 г., включенной сюда в виде ссылки.

Специалистам в этой области будет понятно, что предшествующие описания вариантов реализации этого изобретения иллюстрируют выполнение настоящего изобретения, но ни в коей мере не являются ограничивающими. Изменения представленных здесь деталей могут быть сделаны без отхождения от диапазона и духа настоящего изобретения.

Реферат

Изобретение относится к медицинской технике. Используется измерительный прибор в комбинации с полым, имеющим форму усеченного конуса одноразовым устройством для измерения концентрации анализируемого вещества в образце биологической жидкости. Меньший конец усеченного конуса имеет пористую мембрану, на которую может наноситься образец жидкости. Предпочтительно, реагент в мембране вступает в реакцию с анализируемым веществом, вызывая изменение цвета. Измерительный прибор имеет дистальный участок в форме усеченного конуса, который сопрягается с устройством. Измерительный прибор измеряет изменение цвета и рассчитывает по этому изменению концентрацию анализируемого вещества в образце. Измерительный прибор и одноразовое устройство позволяет производить дистанционное взятие проб с помощью устройства, которое сводит к минимуму вероятность перекрестного загрязнения между пользователем и измерительным прибором. Для дополнительной защиты от загрязнения устройства могут устанавливаться на измерительном приборе и сниматься с измерительного прибора без прикасания к ним. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 19 ил.

Формула