Офтальмологическая линза с микрожидкостной аналитической системой - RU2652057C2
Код документа: RU2652057C2
Чертежи
Описание
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В этом изобретении описан способ и система для офтальмологических устройств с микрожидкостными компонентами и, более конкретно, микрожидкостные компоненты, которые способны производить анализ глазной жидкости.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Офтальмологическое устройство, такое как контактная линза, интраокулярная линза или пробка для слезной точки, традиционно включало в себя биосовместимое устройство с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Например, контактная линза может обеспечивать одну или более из функциональных возможностей коррекции зрения, косметического улучшения и терапевтического воздействия. Каждая функция обеспечивается физической характеристикой линзы. Конфигурация линзы с включением светопреломляющего свойства может обеспечить функцию коррекции зрения. Включение в материал линзы пигмента может обеспечить косметическое улучшение. Включение в линзу активного агента может обеспечить функциональные возможности лечебного воздействия. Такие физические характеристики реализуются без энергообеспечения линзы. Офтальмологическое устройство традиционно представляло собой пассивное устройство.
Недавно были описаны новые офтальмологические устройства на основе офтальмологических вставок с энергообеспечением. В этих устройствах может использоваться функция подачи питания для обеспечения электроэнергией активных оптических компонентов. Например, в пригодную для ношения линзу может быть встроен узел линзы, имеющий фокус с возможностью электронного регулирования для увеличения или улучшения функции глаза.
Более того, поскольку электронные устройства продолжают уменьшаться в размерах, все более вероятным становится создание микроэлектронных устройств, пригодных для ношения или выполненных с возможностью встраивания, для различных областей применения. Например, в одной из несвязанных областей применения компоненты, включающие в себя микрожидкостные области, стали подходящими инструментами для различных целей. Среди этих целей возможно применение функции выполнения анализа аналита в пробе текучей среды.
Тестирование проб глазной жидкости показало, что она содержит различные химические компоненты, которые могут подходить для выявления в ней биомаркеров. Однако при отборе проб и тестировании глазной жидкости необходимо выполнение пациенту абразивных процедур и наличие сложного оборудования. В связи с этим в офтальмологическое устройство могут быть встроены микрожидкостные элементы для выполнения аналитических процедур глазной жидкости удобными и подходящими способами, которые должны быть безвредными для пользователя.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, указанные выше потребности в значительной мере обеспечиваются способами и системами настоящего описания. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления офтальмологическое устройство может включать в себя несущую вставку с микрожидкостными аналитическими системами, позволяющими выполнять контроль пробы текучей среды небольшого объема.
В соответствии с некоторыми аспектами описания настоящего изобретения система анализа глазной жидкости для офтальмологического устройства может включать в себя источник энергии, способный обеспечивать энергией офтальмологическое устройство. Офтальмологическое устройство с энергообеспечением может подходить для ношения при размещении в контакте с глазной жидкостью глаза пользователя и включать в себя микрожидкостную аналитическую систему, находящуюся в электрическом соединении с источником энергии. Дополнительно, микрожидкостная аналитическая система при функционировании может быть выполнена с возможностью измерять одно или несколько свойств пробы глазной жидкости с помощью процессора, способного выполнять программу. Эта программа может включать в себя предварительно запрограммированные пороговые значения для одного или нескольких свойств глазной жидкости и осуществлять вывод сигнала, когда принятые измерения находятся за пределами соответствующих предварительно запрограммированных пороговых значений.
В соответствии с дополнительными аспектами настоящего изобретения описан способ лечения ненормальных уровней глюкозы. Этот способ может включать в себя этапы, на которых: программируют пороговые значения уровня нормальных концентраций биомаркеров глюкозы, помещают офтальмологическое устройство в контакт с передней поверхностью глаза, получают пробу глазной жидкости с помощью микрожидкостного элемента офтальмологического устройства, измеряют одно или более свойств глазной жидкости с помощью одного или нескольких компонентов датчика офтальмологического устройства, обрабатывают результаты измерений одного или более свойств глазной жидкости для определения, находится ли концентрация биомаркеров глюкозы в пределах предварительно запрограммированных пороговых значений, выводят сигнал на устройство выдачи лекарственного средства на основании измерений. В некоторых вариантах осуществления способ может включать в себя этап, на котором применяют алгоритм, способный компенсировать временную задержку в изменении измеряемых свойств в состоянии, вызвавшем ненормальный уровень.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
На Фиг. 1A изображен вид сверху иллюстративной несущей вставки 100 для офтальмологического устройства с энергообеспечением.
На Фиг. 1B изображен изометрический вид иллюстративного офтальмологического устройства 150 с энергообеспечением с двумя частичными поперечными сечениями.
На Фиг. 2A изображен вид сверху иллюстративной многоэлементной вставки 200 кольцевой формы.
На Фиг. 2B изображен первый увеличенный частичный вид 290 в поперечном сечении иллюстративной многоэлементной вставки 200 кольцевой формы, показанной на Фиг. 2A.
На Фиг. 2С изображен второй увеличенный частичный вид 290 в поперечном сечении иллюстративной многоэлементной вставки 200 кольцевой формы, показанной на Фиг. 2A.
На Фиг. 3 изображен вид сверху иллюстративной микрожидкостной аналитической системы 300 офтальмологического устройства.
На Фиг. 4 изображен увеличенный вид сверху частичного сечения микрожидкостной аналитической системы 300, показанной на Фиг. 3, с иллюстративным механизмом 400 накачки, а также областями отбора проб и управляющими компонентами.
На Фиг. 5 изображен вид сверху частичного сечения иллюстративной микрожидкостной аналитической системы 500 с пробой текучей среды, протекающей через микрожидкостный аналитический компонент.
На Фиг. 6 изображен вид сверху сечения компонента 600 микрожидкостной аналитической системы с элементом 630 для хранения отходов.
На Фиг. 7 изображен вид сверху сечения иллюстративного механизма 700 накачки для микрожидкостной аналитической системы с использованием лаборатории, встроенной в микрочипы.
На Фиг. 8 изображена схематическая конфигурация иллюстративной системы 800 накачки, которая может подходить для реализации аспектов настоящего описания.
На Фиг. 9 изображена схематическая конфигурация иллюстративной искусственной поры 900 для офтальмологического устройства с энергообеспечением, способной получать пробу текучей среды в микрожидкостной аналитической системе.
На Фиг. 10 изображена принципиальная схема иллюстративного поперечного сечения многослойных кристаллических интегрированных компонентов, обеспечивающих функционирование микрожидкостных элементов, встроенных внутрь офтальмологических устройств.
На Фиг. 11 изображена принципиальная схема процессора, который можно использовать для осуществления некоторых аспектов настоящего описания.
На Фиг. 12 изображены иллюстративные этапы способа, которые можно использовать для отслеживания уровней глюкозы пользователя, носящего офтальмологическую линзу, в соответствии с аспектами настоящего описания.
На Фиг. 13 изображены иллюстративные этапы способа, которые можно использовать для терапии уровней глюкозы пользователя, носящего офтальмологическую линзу, в соответствии с аспектами настоящего описания.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к офтальмологическому устройству, содержащему микрожидкостные элементы, и системе, которую можно использовать для выполнения анализа глазной жидкости при ее контакте с поверхностью глаза. В следующих далее разделах приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления являются только примерами осуществления, и следует понимать, что специалисту в данной области будут понятны возможности внесения изменений, модификаций и создания альтернатив. Поэтому следует понимать, что объем настоящего изобретения не ограничен указанными примерами осуществления.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В этом описании и пунктах формулы, которые относятся к настоящему изобретению, могут использоваться различные термины, к которым будут применены приведенные ниже определения.
Электросмачивание на диэлектрике (или EWOD) - при использовании в настоящем документе термин относится к классу устройств или классу частей устройств с комбинацией несмешивающихся текучих сред или жидкостей, участком поверхности с заданной свободной энергией поверхности и электрическим полем, создаваемым приложением потенциала. Как правило, электрическое поле, создаваемое приложением потенциала, изменяет свободную энергию поверхности области поверхности, что может привести к изменению взаимодействия несмешивающихся текучих сред с областью поверхности.
С энергообеспечением - при использовании в настоящем документе термин относится к состоянию возможности подачи электрического тока или хранения электрической энергии внутри.
Энергия - при использовании в настоящем документе термин относится к способности физической системы совершать работу. Многие способы применения в пределах настоящего изобретения могут относиться к упомянутой способности выполнять электрические действия при совершении работы.
Источник питания - при использовании в настоящем документе термин относится к устройству или слою, способному снабжать энергией или переводить логическое или электрическое устройство в состояние с энергообеспечением.
Устройство сбора энергии - при использовании в настоящем документе термин относится к устройству, способному извлекать энергию из среды и превращать ее в электрическую энергию.
Функционализированный - при использовании в настоящем документе термин относится к получению слоя или устройства, способного выполнять функцию, включающую в себя, например, подачу питания, активацию или управление.
Утечка - при использовании в настоящем документе термин относится к нежелательной потере энергии.
Линза или офтальмологическое устройство - при использовании в настоящем документе термины относятся к любому устройству, расположенному в глазу или на нем. Данные устройства могут обеспечивать оптическую коррекцию, выполнять косметическую функцию или обеспечивать функциональные возможности, не связанные с глазом. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или иному подобному устройству, которое используется для коррекции или модификации зрения или для косметического улучшения физиологии глаза (например, цвета радужной оболочки) без ущерба для зрения. В альтернативном варианте осуществления линза может обеспечивать неоптические функции, такие как, например, контроль уровня глюкозы или введение лекарственного средства. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы настоящего изобретения представляют собой мягкие контактные линзы, изготовленные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, которые включают в себя, например, силикон-гидрогели и фтор-гидрогели.
Литий-ионный элемент - при использовании в настоящем документе термин относится к электрохимическому элементу, в котором электрическая энергия генерируется в результате движения ионов лития через элемент. Такой электрохимический элемент, как правило, называемый аккумулятором, в своих типичных формах может быть подзаряжен или перезаряжен.
Несущая вставка - при использовании в настоящем документе термин относится к герметизированной вставке, которая будет включена в офтальмологическое устройство с энергообеспечением. В несущую вставку можно встроить элементы подачи питания и схему. Несущая вставка определяет основное назначение офтальмологического устройства с энергообеспечением. Например, в вариантах осуществления, в которых офтальмологическое устройство с энергообеспечением позволяет пользователю регулировать оптическую силу, несущая вставка может включать в себя элементы подачи питания, управляющие частью жидкостного мениска в оптической зоне. В альтернативном варианте осуществления несущая вставка может иметь кольцевую форму, так что оптическая зона не будет содержать материал. В таких вариантах осуществления обусловленная энергопитанием функция линзы может быть не связана с оптическим качеством, но может, например, обеспечивать контроль уровня глюкозы или введение лекарственного средства.
Микрожидкостные аналитические системы - при использовании в настоящем документе термин может относиться к системе с низким энергопотреблением, включающей в себя одну или более пор, из которых может быть отобрана проба текучей среды, а в некоторых вариантах осуществления перемещен через канал или диффундирован, для определения характеристик одного или более свойств пробы текучей среды. В некоторых вариантах осуществления микрожидкостные аналитические системы могут включать в себя активные микрожидкостные компоненты, например, микронасосы и микроклапаны. Альтернативно или дополнительно, в некоторых вариантах осуществления каплями можно управлять, например, с помощью способов электросмачивания и/или электрофореза.
Рабочий режим - при использовании в настоящем документе термин относится к состоянию с высоким потреблением тока, в котором протекающий в схеме ток позволяет устройству выполнять свою основную обусловленную энергопитанием функцию.
Оптическая зона - при использовании в настоящем документе термин относится к области офтальмологической линзы, через которую видит пользователь офтальмологической линзы.
Мощность - при использовании в настоящем документе термин относится к выполняемой работе или энергии, передаваемой за единицу времени.
Перезаряжаемый или подзаряжаемый - при использовании в настоящем документе термин относится к возможности возврата в состояние с более высокой способностью совершения работы. Многие способы применения в пределах настоящего изобретения могут относиться к способности восстановления с возможностью проводить электрический ток с определенной скоростью и в течение определенного восстановленного периода времени.
Подзаряжать или перезаряжать - при использовании в настоящем документе термины относятся к восстановлению состояния с высокой способностью выполнения работы. Многие способы применения в пределах настоящего изобретения могут относиться к восстановлению способности устройства проводить электрический ток с определенной скоростью и в течение определенного восстановленного периода времени.
Эталон - при использовании в настоящем документе относится к схеме, в идеальном варианте создающей фиксированное и стабильное напряжение или выходное значение тока, которые подходят для применения в других схемах. Эталон может быть получен из запрещенной энергетической зоны, может иметь компенсацию температуры, подачи питания и технологических вариаций и может быть рассчитан для конкретной специализированной интегральной схемы (ASIC).
Функция сброса - при использовании в настоящем документе термин относится к самозапускающемуся алгоритмическому механизму для установки схемы в определенное предварительно заданное состояние, включающее в себя, например, логическое состояние или состояние подачи питания. Функция сброса может включать в себя, например, схему сброса при включении питания, которая в сочетании с механизмом переключения может обеспечивать надлежащую подачу питания на микрочип, как при первоначальном подключении к источнику энергии, так и при выходе из режима сохранения энергии.
Спящий режим или режим ожидания - при использовании в настоящем документе термины относятся к состоянию низкого потребления тока устройства с энергообеспечением после того, как механизм переключения будет перекрыт с целью энергосбережения, когда рабочий режим не требуется.
Многослойный - при использовании в настоящем документе термин относится к размещению, по меньшей мере, двух слоев компонентов вблизи друг друга таким образом, что, по меньшей мере, часть одной поверхности одного из слоев контактирует с первой поверхностью второго слоя. В некоторых вариантах осуществления между двумя слоями может находиться пленка, обеспечивающая адгезивное прикрепление или выполняющая иные функции таким образом, что слои контактируют друг с другом через упомянутую пленку.
Многослойное интегрированное многокомпонентное устройство или SIC-устройство - при использовании в настоящем документе термины относятся к продуктам технологий, формирующим тонкие слои подложек, которые могут содержать электрические и электромеханические устройства, в функциональные интегрированные устройства путем наложения, по меньшей мере, части каждого слоя друг на друга. Такие слои могут содержать компоненты устройств различных типов, форм и размеров, а также изготовленных из различных материалов. Кроме того, эти слои можно получить с помощью различных технологий производства устройств для получения различных контуров.
Режим сохранения энергии - при использовании в настоящем документе термин относится к состоянию системы, содержащей электронные компоненты, в которой источник энергии обеспечивает или должен обеспечивать минимальный проектный ток нагрузки. Данный термин не является взаимозаменяемым с термином «режимом ожидания».
Вставка подложки - при использовании в настоящем документе термин относится к формуемой или жесткой подложке, способной поддерживать источник энергии внутри офтальмологической линзы. В некоторых вариантах осуществления вставка подложки также поддерживает один или более компонентов.
Механизм переключения - при использовании в настоящем документе термин относится к компоненту, интегрированному в схему и обеспечивающему различные уровни сопротивления, который может реагировать на внешний раздражитель, независимый от офтальмологического устройства.
ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ
На Фиг. 1A изображен вид сверху иллюстративной несущей вставки 100 для офтальмологического устройства с энергообеспечением. Несущая вставка 100 может содержать оптическую зону 120, которая может быть или не быть функционализированной для обеспечения коррекции зрения. Если обусловленная энергопитанием функция офтальмологического устройства не связана со зрением, оптическая зона 120 несущей вставки 100 может не содержать материал. В некоторых вариантах осуществления несущая вставка 100 может включать в себя часть, находящуюся вне оптической зоны 120, содержащую подложку 115 со встроенными элементами 110 подачи питания и электронными компонентами 105.
В некоторых вариантах осуществления источник 110 энергии, который может представлять собой, например, аккумулятор, и нагрузка 105, которая может представлять собой, например, полупроводниковый кристалл, могут быть прикреплены к подложке 115. Проводящие дорожки 125 и 130 могут электрически соединять электронные компоненты 105 и элементы 110 подачи питания. В некоторых вариантах осуществления несущая вставка 100 может быть полностью герметизирована для защиты и вмещения элементов 110 подачи питания, дорожек 125 и 130 и электронных компонентов 105. В некоторых вариантах осуществления герметизирующий материал может быть полупроницаемым, например, для предотвращения попадания определенных веществ, таких как вода, в несущую вставку 100 и обеспечения входа определенных веществ, таких как газы среды, пробы текучей среды и/или побочные продукты реакций внутрь элементов 110 подачи питания и/или выхода из них, входа в несущую ставку 100 и/или выхода из нее.
На Фиг. 1B изображен изометрический вид иллюстративного офтальмологического устройства 150 с энергообеспечением с двумя частичными поперечными сечениями. В некоторых вариантах осуществления несущая вставка 100 может быть включена в офтальмологическое устройство 150, которое может содержать полимерный биосовместимый материал. Офтальмологическое устройство 150 может включать в себя конструкцию из жесткой центральной части и мягкой «юбки», причем центральный жесткий оптический элемент содержит несущую вставку 100. В некоторых конкретных вариантах осуществления несущая вставка 100 может непосредственно контактировать с атмосферой и поверхностью роговицы на передней и задней поверхностях соответственно, или в альтернативном варианте осуществления несущую вставку 100 можно герметизировать в офтальмологическом устройстве 150. Периферическая зона 155 офтальмологического устройства 150 может состоять из мягкого материала «юбки», включающего в себя, например, гидрогелевый материал. Инфраструктура несущей вставки 100 и офтальмологического устройства 150 может обеспечивать среду для выполнения анализа глазной жидкости при контакте с поверхностью глаза в соответствии с аспектами настоящего изобретения. Пробы глазной жидкости могут включать в себя любое одно или комбинацию из слезной жидкости, водянистой влаги, жидкой части стекловидного тела и других тканевых жидкостей, расположенных в глазу.
На Фиг. 2A изображен вид сверху иллюстративной многоэлементной кольцевой вставки 200. Как показано на фигуре, иллюстративная многоэлементная кольцевая вставка 200 может быть кольцом из материала вокруг центральной оптической зоны, которая не содержит материал. Более того, кольцевая вставка 200 может быть сформирована наружной границей 220 и краем 230 внутренней кольцевой зоны. В промежутке между наружной границей 220 и краем 230 внутренней кольцевой зоны могут располагаться элементы 240 подачи питания, соединительные элементы 245 различных типов и/или элемент 250 электронной схемы.
На Фиг. 2B изображен первый увеличенный частичный вид 290 в поперечном сечении иллюстративной многоэлементной вставки 200 кольцевой формы, показанной на Фиг. 2A. Поперечное сечение 290 показывает кольцевую вставку 200 как комбинацию переднего элемента 291 вставки и заднего элемента 292 вставки. Как показано на фигуре, в некоторых вариантах осуществления передний элемент 291 вставки и задний элемент 292 вставки могут быть соединены и вместе герметизированы. В различных вариантах осуществления для соединения обеих частей вместе могут быть реализованы другие структурные элементы и средства. В герметизированном пространстве также может находиться интегрированный в схему элемент 293, соединенный с соединительными элементами.
На Фиг. 2С изображен второй увеличенный частичный вид 290 в поперечном сечении иллюстративной многоэлементной вставки 200 кольцевой формы, показанной на Фиг. 2A. В частности, в других разделах/вариантах осуществления приводится другой тип структуры, показанный на поперечном сечении 295. Из показанного можно заметить, что может быть образован зазор или пора 296 для возможности открытия некоторой части внутреннего пространства кольцевой вставки 200 во внешнюю среду. Там могут находиться многочисленные компоненты 298, которые могут соединяться с этим отверстием и сами по себе могут быть герметизированы внутри кольцевой вставки 200. Соответственно, это свойство управляемого взаимодействия компонента (-ов) 298, расположенного (-ых) внутри кольцевой вставки 200, с текучими средами и/или газами во внешней среде в некоторых вариантах осуществления может позволить встраивать микрожидкостные элементы внутрь офтальмологических устройства.
Микрожидкостные элементы для анализа АНАЛИТА
На Фиг. 3 изображен вид сверху иллюстративной микрожидкостной аналитической системы 300 офтальмологического устройства на офтальмологической несущей вставке. В дополнение к элементам 320 подачи питания, схеме 310 управления и соединительным элементам 340, в некоторых вариантах осуществления несущая вставка может включать в себя микрожидкостную аналитическую систему 300, включающую в себя компонент 335 для задерживания жидких отходов. Микрожидкостная аналитическая система 300 может быть способна определять аналит/биомаркер (наличие или концентрацию) в пробе текучей среды.
На Фиг. 4 изображен увеличенный вид сверху частичного сечения микрожидкостной аналитической системы 300, показанной на Фиг. 3, с иллюстративным механизмом 400 накачки, а также областями отбора проб и управляющими компонентами. Как показано, в некоторых вариантах осуществления схема 440 управления может быть электрически подключена к компонентам микрожидкостной аналитической системы посредством соединения (-ий) 420. Может быть включен элемент 450 управления порой (не показан), и он может подходить для соединения микрожидкостной аналитической системы 300 с текучей средой (не показана) за пределами вставки. Иллюстративные аспекты различных конфигураций пор приведены в последующих разделах; однако пора может позволять пробам текучей среды проходить из среды за пределами вставки в элемент 460 накачки.
В некоторых вариантах осуществления элемент 460 накачки может содержать активирующий, или приводной, компонент 430, который может быть способен взаимодействовать с насосом 460. В одном из примеров элемент 460 накачки может содержать гибкую и сминающуюся мембрану и может быть активирован приложением давления к мембране. Существует множество способов управления приложением давления к мембране. Например, текучая среда может заполнять полость 431 и протекать через трубку 435, соединенную с полостью 431, в элемент 460 накачки. Соответственно, полость 431 может включать в себя элементы, позволяющие прилагать давление к содержащейся внутри текучей среде. Например, пьезоэлектрические компоненты могут использоваться для увеличения объема при приложении напряжения и, таким образом, для оказания давления на содержащуюся текучую среду. В других вариантах осуществления термосжимаемые материалы могут реагировать на изменение температуры, которым можно управлять путем приложения электрической энергии к нагревательному элементу. В еще одном варианте осуществления компонент электросмачивания на диэлектрике (EWOD) может оказывать давление на текучую среду за счет изменения смачивающих характеристик поверхности в полости 431 при приложении напряжения. Также могут применяться другие средства управления механизмом накачки, которые также могут непосредственно взаимодействовать на самом элементе 460 накачки. Дополнительное отличие может происходить от применения компонентов EWOD для воздействия на поток самих текучих сред вместо применения механических средств накачки.
Элемент 460 накачки может нагнетать текучую среду для ее протекания через канал 470 и затем в камеру 405 для анализа микрожидкостной аналитической системы 400. Дополнительные подробности в отношении компонентов в таких камерах 405 будут описаны в последующих разделах, но если изложить это коротко, текучая среда может протекать через камеру 405 для анализа и оказывать влияние на электрод (-ы) 410, который (которые) может (могут) быть частью этих компонентов.
На Фиг. 5 изображен вид сверху частичного сечения иллюстративной микрожидкостной аналитической системы 500 с пробой текучей среды, протекающей через микрожидкостный аналитический компонент. Из-за природы кольцевой системы можно наблюдать размещение компонентов в криволинейном виде, поскольку многие детали могут изменяться в криволинейной системе, включая, например, точные формы электродов и поперечные сечения камеры. В других вариантах осуществления, однако, могут быть образованы линейные аналитические системы, которые имеют размеры, позволяющие устанавливать их в среду глаза. Кроме того, в дополнительных вариантах осуществления, независимо от природы системы, наряду с камерой для анализа вся подложка, на которую опирается камера, может быть изогнута, что позволяет опираться на приблизительно сферическую поверхность глаза. Подробная информация о трехмерной природе камеры для анализа может учитываться в моделях, связанных с эффективностью системы. Для целей иллюстрации, однако, в этом описании заявлены указанные нюансы, но будет показан пример осуществления с искривлением элементов линейной микрожидкостной аналитической системы 500.
На части микрожидкостной аналитической системы 500 показан микроканал 550 для получения и транспортировки проб текучей среды. Эти пробы текучей среды могут быть перекачаны из наружного местоположения, например, с помощью ранее упомянутой системы накачки (например, 460 на Фиг. 4). Например, пробы текучей среды могут быть отобраны из глазной жидкости, которая может окружать контактную линзу, содержащую микрожидкостную аналитическую систему 500. Аналитический датчик 570 может быть установлен, например, вдоль микроканала. Этот аналитический датчик 570 может быть способен выполнять один или более из этапа электрохимического анализа, этапа фотометрического анализа или других этапов анализа проб текучей среды. В одном иллюстративном варианте осуществления стадия анализа может быть связана с фотометрической регистрацией концентрации глюкозы на основе типологии флуоресцентного датчика, использующего один или более компонентов. В другом примере датчик может обнаруживать наличие продуктов реакции от взаимодействия глюкооксидазы с частями аналитического датчика 570 и пробой текучей среды. Может применяться множество электрических соединений 520, с помощью которых подключается чувствительный элемент 570 для управления электронными компонентами.
Текучая среда может протекать в микроканал 550 из канала 540 накачки. Поскольку текучая среда протекает в микроканал, она может вытеснять другую текучую среду в конкретную область или при первоначальном применении может вытеснять в канал окружающий газ. По мере протекания текучей среды она может восприниматься частью микроканала, находящейся перед датчиком, содержащей электроды 560 и 561, а также частью, находящейся после датчика, содержащей электроды 562 и 563. В некоторых вариантах осуществления измерение импеданса между электродами, например, 560 и 561, можно применять для регистрации потока материала. В других вариантах осуществления сопротивление цепи электродов 562 и 563 может изменяться при наличии текучей среды внутри микроканала 550 или при наличии фронта между двумя текучими средами с различными характеристиками, находящимися в микроканале 550. Текучая среда 580 может протекать по микроканалу из пустой области микроканала 590 для отбора пробы. В альтернативном варианте осуществления часть микроканала 590 может представлять другой раствор текучей среды, которая, например, может иметь другую концентрацию электролитов, и в связи с этим иметь проводимость, отличную от проводимости типичной слезной жидкости.
Как правило, измерение импеданса, или активного сопротивления, между позиционными электродами 560–563 в вариантах осуществления настоящего изобретения может быть достигнуто путем приложения между ними напряжения и измерения результирующего тока. Между позиционными электродами 560–563 может быть приложено постоянное напряжение или переменное напряжение и, соответственно, может быть измерен результирующий постоянный ток или переменный ток. Результирующий постоянный или переменный ток может затем применяться для расчета импеданса, или активного сопротивления. Кроме того, для специалиста в данной области техники будет очевидно, что измерение импеданса может включать как измерение активного падения напряжения (т. е. сопротивления [R] в омах или напряжения/тока), так и измерение емкости (т. е. емкости в фарадах или кулонах на вольт). На практике импеданс может быть измерен, например, путем приложения переменного тока к позиционному электроду (позиционным электродам) 560–563 и измерения результирующего тока. При разных частотах переменного тока в определении измеряемого импеданса преобладает или резистивное, или емкостное влияние. Чистый резистивный компонент может преобладать при более низких частотах, в то время как чистый емкостный компонент может преобладать при более высоких частотах. Для того чтобы отличить резистивные и емкостные компоненты, можно определить разность фаз между прилагаемым переменным током и измеряемым результирующим током. Если фазовый сдвиг нулевой, преобладает чистый резистивный компонент. Если фазовый сдвиг указывает на то, что ток отстает от напряжения, это указывает на значительный емкостный компонент. Таким образом, в зависимости от частоты прилагаемого переменного тока и конфигурации позиционного электрода может быть целесообразным измерить сопротивление или комбинацию сопротивления и емкости.
Как показано в конкретном примере, представленном на Фиг. 5, измерения импеданса могут выполняться, например, путем приложения переменного напряжения между первым позиционным электродом 530 и соединением 510 последнего позиционного электрода и измерения результирующего переменного тока. Поскольку цепь, включающая в себя электроды 560, 561, 562 и 563, может быть частью конденсатора (как и любое вещество [например, воздух или проба жидкости] внутри микроканала 550 между последовательными позиционными электродами и любыми слоями, которые могут отделять позиционные электроды от прямого контакта с текучей средой в микроканале 550), измеряемый ток может быть использован для вычисления импеданса. Наличие или отсутствие пробы жидкости в микроканале 550, 590 между электродами будет влиять на измеряемый ток и импеданс. Частота и амплитуда переменного напряжения, прилагаемого между первым и вторым позиционными электродами 560–563, может быть задана таким образом, что наличие пробы жидкости между первым и вторым позиционными электродами 560–563 может быть обнаружено по значительному увеличению измеряемого тока.
Что касается измерения импеданса, или сопротивления, величина прилагаемого напряжения может находиться, например, в диапазоне от приблизительно 10 мВ до приблизительно 2 вольт для случая офтальмологической пробы слезной жидкости и позиционных электродов на основе углерода или серебра с красителем. Нижний и верхний пределы диапазона прилагаемого напряжения зависят от начала электролиза или электрохимического разложения пробы жидкости. В тех случаях, когда применяется переменное напряжение, переменное напряжение может прилагаться, например, при частоте, которая приводит к незначительному чистому изменению свойств пробы жидкости в связи с протеканием одной или более электрохимических реакций. Такой диапазон частот может составлять, например, от приблизительно 10 Гц до приблизительно 100 кГц с симметричной формой кривой напряжения около 0 вольт (т. е. среднеквадратичное значение переменного напряжения приблизительно равно нулю).
Как показано на фигуре, аналитический датчик 570 и позиционные электроды 560–563 могут находиться в функциональном соединении с микроканалом 550. Следует отметить, что позиционные электроды 560–563, применяемые в вариантах осуществления настоящего изобретения, могут быть образованы из любого подходящего проводящего материала, известного специалистам в данной области, включающего в себя проводящие материалы, обычно применяемые в качестве материалов аналитического электрода и, в частности, проводящие материалы, известные как подходящие для использования в гибких схемах, способах фотолитографического производства, способах трафаретной печати и способах флексографической печати. Подходящие проводящие материалы включают в себя, например, углерод, благородные металлы (например, золото, платину и палладий), сплавы благородных металлов, проводящие оксиды металлов, способные генерировать напряжение, и соли металлов. Позиционные электроды могут быть образованы, например, из проводящего серебряного красителя, например, коммерчески доступного проводящего серебряного красителя Electrodag 418 SS.
На Фиг. 6 изображен вид сверху сечения компонента 600 микрожидкостной аналитической системы с элементом 630 для хранения отходов. В примерах осуществления электрод 610 для измерения скорости потока текучей среды в системе может быть концевым электродом цепи из многих других электродов (не показан на Фиг. 6). Текучая среда может протекать через микроканал 620 и далее в сосуд 630 для удерживания текучей среды. Сосуд для удерживания текучей среды может использоваться, например, для вмещения большого объема анализируемой текучей среды. В некоторых вариантах осуществления пора 640 может включать в себя элемент 645 управления порой для соединения сосуда 630 для удерживания текучей среды, который также можно использовать в качестве элемента 630 для хранения отходов, с областями, расположенными снаружи вставки. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления соединение элемента 645 управления порой может подходить для выравнивания давления газа по мере наполнения микрожидкостных компонентов текучей средой. В других вариантах осуществления пора 640 и элемент 645 управления порой могут подходить для выпускания текучей среды из офтальмологического устройства. Пора 640 может также подходить для соединения конца микрожидкостной аналитической системы с ее внешней областью в среде глаза, что может позволить осуществлять непрерывный контроль без извлечения офтальмологического устройства. В других вариантах осуществления пора 640 и элемент 645 управления порой могут подходить для управления потоком через микрожидкостную аналитическую систему в месте хранения, таком как сосуд 630 для удерживания текучей среды. Например, во время хранения микрожидкостная аналитическая система может очищаться или обновляться за счет протекания растворов через систему и, в некоторых вариантах осуществления, подчиняться калибровочным протоколам. Управление этими функциями может осуществляться компонентами интегральной схемы, расположенными внутри линзы, которые также могут обмениваться данными с внешними системами управления.
ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА С ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ И ЛАБОРАТОРИЕЙ, ВСТРОЕННОЙ В МИКРОЧИПЫ
На Фиг. 7 изображен вид сверху сечения иллюстративного механизма 700 накачки для микрожидкостной аналитической системы с использованием лаборатории, встроенной в микрочип 710. Лаборатория, встроенная в микрочип 710, может иметь много общих аспектов с вариантом осуществления микрожидкостной аналитической системы, которая рассматривалась ранее. Аналогично также в некоторых вариантах осуществления небольшие капли могут быть перемещены внутрь лаборатории, встроенной в микрочип 710, не под действием насоса 760, а путем управления каплями с помощью компонентов EWOD. Капли могут быть объединены в элементах лаборатории, встроенной в микрочип 710 для выполнения химической обработки. Могут выполняться многие способы анализа. Например, в некоторых вариантах осуществления можно выполнять анализ глюкозы в качестве аналита. Способ такого анализа может включать в себя, например, электрохимический или фотометрический способ согласно описанию или другие способы, которые могут относиться к смешиванию химических веществ, которые могут изначально храниться в лаборатории, встроенной в микрочип 710.
Различные компоненты, такие как элементы подачи питания (не показаны), взаимные соединения 740 и аспекты уплотнения, описанные ранее, могут применяться в кольцевой части несущей вставки настоящего примера. Дополнительно может быть реализована электронная схема 720, способная управлять различными компонентами, включая лабораторию, встроенную в микрочип 710. Пора 750 и система 755 управления порой могут управлять отбором проб текучей среды из среды офтальмологического устройства. Исполнительное устройство 730 насоса может приводить в действие насос 760, который по своей природе может быть механическим, например, мембранным насосом. Капли пробы текучей среды могут накачиваться в микроканал 715 для измерения объема и скорости потока пробы с помощью электродов, таких как электрод 716, в соответствии с описанием, приведенным в настоящем документе. Капли могут быть перемещены в лабораторию, встроенную в микрочип 710, через канал 711, где они могут быть подвергнуты дополнительной обработке. В лаборатории, встроенной в микрочип 710, может использоваться перекачивающее действие в отношении пробы для управления внутренним потоком или, в других вариантах осуществления, лаборатория может самостоятельно управлять скоростью потока поступающей в нее пробы.
В дополнительных вариантах осуществления лаборатория, встроенная в микрочип 710, может быть в состоянии воспринимать текучую среду в своей среде без необходимости применения внешних систем накачки. Однако пора, такая как элемент 750, может все же подходить для обеспечения управления избыточным потоком текучей среды в среду встроенной в микрочип лаборатории. После этого лаборатория, встроенная в микрочип 710, может сама отобрать введенную пробу, например, путем управления с помощью элементов электросмачивания на диэлектрике или электрофореза, которые позволяют притягивать и перемещать пробы текучей среды.
Лаборатория, встроенная в микрочип 710, может иметь конфигурацию, соответствующую настоящему описанию, включая, например, очень тонкую лабораторию, встроенную в гибкие микрочипы, для обеспечения деформации в форму, соответствующую трехмерной форме глазной поверхности. В некоторых вариантах осуществления форма и толщина лаборатории, встроенной в микрочип 710, может позволить включение ее в плоской форме внутрь офтальмологического вставного устройства.
СИСТЕМЫ НАКАЧКИ С ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ ДЛЯ МИКРОЖИДКОСТНЫХ КОМПОНЕНТОВ
На Фиг. 8 изображена схематическая конфигурация иллюстративной системы 800 накачки, которая может подходить для реализации аспектов настоящего изобретения. Как упоминалось ранее, в некоторых вариантах осуществления следует обеспечить средства накачки проб текучей среды как внутрь, так и за пределы офтальмологического устройства, а также внутрь компонентов, расположенных внутри офтальмологического устройства. В настоящем примере система 800 накачки может иметь впускное отверстие для проб текучей среды с системой 880 управления потоком. Когда система 880 управления потоком позволяет протекать текучей среде, текучая среда может продолжать движение через канал 870. Мембранный компонент 820 может быть включен в систему таким образом, что, когда он отклоняется под действием силы, он может сжимать газ и/или жидкие текучие среды и таким образом нагнетать их. В некоторых вариантах осуществления мембранный компонент 820 может размещаться в канале 840 текучей среды между системой обратных клапанов 850 и 860, которые могут быть включены в систему 800 накачки для обеспечения течения в предпочтительном направлении. В других вариантах осуществления конфигурация и геометрическая форма областей течения могут обеспечивать предпочтительные условия течения. Например, по мере сжатия текучей среды в области 840 пути течения, которая является продолжением области 870 пути течения, проба жидкости может протекать в направлении других областей микрожидкостной аналитической системы.
Усилие на поверхности мембранного компонента 820 может приводить в действие систему 800 накачки. Усилие может прилагаться, например, активным компонентом 810, который может обеспечивать отклонение. В некоторых вариантах осуществления текучая среда может быть способна обеспечить усилие для отклонения. Посредством применения законов гидравлики, например, можно собирать больший объем текучей среды до достижения соответствия поверхности мембранного компонента 820. В этих типах вариантов осуществления элементы, оказывающие давление на больший объем текучей среды, могут выполнять требуемую задачу. В некоторые варианты осуществления также может быть включена механическая активация поршня с использованием электростатического или магнитостатического усилий. Кроме того, тепловое расширение и электрически (пьезоэлектрически) активируемое расширение материалов, окружающих текучую среду, может также применяться для обеспечения средств, оказывающих давление на текучую среду. Например, в некоторых вариантах осуществления для оказания давления на текучую среду может применяться электросмачивание на диэлектриках. Камера 810 может быть образована путем обработки поверхности, которая при отсутствии электрического потенциала способствует привлечению текучей среды, находящейся в камере 810. С помощью электрода (не показан), находящегося в контакте с текучей средой, и другого электрода, расположенного под обработанной поверхностью, на поверхностной области может быть установлено потенциальное поле. По мере изменения смачивания области посредством приложения потенциального поля текучая среда может сдавливаться, и за счет гидравлической концентрации результирующее давление, оказываемое на мембранный компонент 820, может отклонять его и осуществлять ход накачки. Посредством снижения потенциального поля воздействие на гидравлическую текучую среду может изменяться на обратное, в результате чего мембранный компонент 820 отпускается и цикл накачки завершается.
Многочисленные другие средства для накачки небольших количеств текучей среды внутри офтальмологического устройства также входят в объем настоящего описания. Примером является система на основе механической мембраны, но непосредственное применение электросмачивания на диэлектриках может обеспечить и иные альтернативы. Например, в дополнительных вариантах осуществления микроэлектромеханические системы (MEMS) также могут обеспечивать функции накачки, сжимая пробы текучей среды или передавая импульс на пробы текучей среды.
ИСКУССТВЕННЫЕ ПОРЫ С ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕМ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПОСТУПЛЕНИЕМ ТЕКУЧИХ СРЕД В ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА
На Фиг. 9 изображена схематическая конфигурация искусственной поры 900 для офтальмологического устройства с энергообеспечением, способной получать пробу текучей среды в микрожидкостный компонент. Проба текучей среды может находиться в области, схематически показанной выше входного отверстия 910 поры. Во время эксплуатации искусственной поры 900 в требуемые моменты времени текучей среде можно позволить вытекать из этой области и поступать в нее, и в итоге через канал 970 протекания текучей среды. Может применяться множество способов управления течением текучих сред через канал, включая механические устройства, которые могут сжимать или устранять профиль поперечного сечения канала 970 протекания текучей среды в областях, в которых поток может блокироваться.
В настоящем примере эффекты электросмачивания на диэлектрике могут быть применены для создания водоотталкивающей области в области входного отверстия 910 поры. Поверхность 940, обработанная или образованная с приданием ей гидрофобных свойств, может уменьшать способность гидрофильных или полярных растворителей изменять размещение поры на поперечное в канале 970 протекания текучей среды. Электрод 960 может взаимодействовать с текучими средами, когда они попадают в область поры. Соответствующий электрод 930 может также быть размещен вокруг гидрофобной поверхности. Этот электрод 930 может быть электрически подключен для возможности приложения электрического поля через электроды 960 и 980, причем характеристика смачивания поверхности гидрофобной поверхности 940 может изменяться для того, чтобы позволить лучшее течение через эту область.
В некоторых вариантах осуществления к искусственной поре 900 может быть добавлен дополнительный элемент, позволяющий осуществлять блокирование текучих сред без энергообеспечения, предотвращая их протекание через входное отверстие 910 поры. Это может быть особенно полезно, когда устройство, включающее в себя искусственную пору 900, находится на начальном хранении после изготовления. Например, входное отверстие 910 поры может быть тонкопленочным металлическим блокирующим элементом. Пленочный металлический блокирующий элемент может быть соединен с использованием соединительных элементов 920 и 990. Может быть предусмотрено, что при извлечении устройства, содержащего искусственную пору 900, из места хранения, может быть передан и получен офтальмологическим устройством сигнал активации. В некоторых вариантах осуществления, когда офтальмологическое устройство в первый раз готово принимать пробы текучей среды, оно может обеспечивать электрический потенциал через металлические соединения 920 и 990 таким образом, что ток может быть направлен через тонкую металлическую пленку 910. В некоторых вариантах осуществления это прохождение тока может приводить к расплавлению или испарению тонкой металлической пленки 910, в любом из случаев обнажая нижележащую область 970 канала искусственной поры 900.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ МИКРОЖИДКОСТНЫХ КОМПОНЕНТОВ В МНОГОСЛОЙНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ НА КРИСТАЛЛЕ
Следует упомянуть электронные схемы, составляющие часть компонентов офтальмологических устройств со встроенными микрожидкостными элементами. В некоторых вариантах осуществления, в соответствии с аспектами настоящего описания, одно и/или множество отдельных электронных устройств могут быть включены в качестве отдельных микрочипов, например, в офтальмологические несущие вставки. В других вариантах осуществления электронные элементы с энергообеспечением могут быть включены в несущую вставку в форме многослойных интегрированных компонентов. В связи с этим на Фиг. 10 изображена принципиальная схема примера поперечного сечения многослойных интегрированных компонентов, реализующая микрожидкостные элементы, встроенные внутрь офтальмологических устройств. В частности, несущая вставка может включать в себя множество слоев разного типа, которые герметизируют в контуры, соответствующие офтальмологической среде, в которой они будут заключены. В некоторых вариантах осуществления данные несущие вставки со слоями многослойных интегрированных компонентов могут занимать всю кольцевую форму несущей вставки. Альтернативно в некоторых случаях несущая вставка может представлять собой кольцевую зону, тогда как многослойные интегрированные компоненты могут занимать лишь часть объема внутри всей формы вставки.
Как показано на Фиг. 10, для обеспечения подачи питания можно использовать тонкопленочные аккумуляторы. В некоторых вариантах осуществления данные тонкопленочные аккумуляторы могут содержать один или более слоев, которые могут быть наложены друг на друга. В этом случае слои 1030 могут представлять собой слои аккумулятора, в которых может находиться множество компонентов, размещенных в слоях, и соединения между ними.
В некоторых вариантах осуществления между двумя слоями, наложенными друг на друга, могут предусматриваться дополнительные соединения. В данной области возможно множество способов создания данных соединений, однако, как продемонстрировано, соединение между слоями может быть получено при помощи шариковых выводов. В некоторых вариантах осуществления могут требоваться только данные соединения, однако в других случаях шариковые выводы могут контактировать с другими соединительными элементами, например, с компонентом, имеющим межслойные сквозные отверстия.
В других слоях несущей вставки с многослойными интегрированными компонентами слой 1025 может быть предназначен для соединения двух или более различных компонентов в соединительных слоях. Соединительный слой 1025 может содержать сквозные отверстия и проводящие линии, которые могут пропускать сигналы от одних компонентов к другим. Например, соединительный слой 1025 может обеспечивать подключение различных элементов аккумулятора к блоку 1020 управления питанием, который может находиться в технологическом слое 1015. Другие компоненты в технологическом слое 1015 могут включать в себя, например, приемопередатчик 1045, управляющие компоненты 1050 и т.п. Кроме того, соединительный слой 1025 может выполнять функцию создания соединений между компонентами в технологическом слое 1015, а также компонентами, находящимися за пределами технологического слоя 1015, например, находящимися в интегрированном пассивном устройстве (ИПУ) 1055. Существуют различные способы распределения электрических сигналов, поддерживаемых наличием специализированных соединительных слоев, таких как соединительный слой 1025.
В некоторых вариантах осуществления технологический слой 1015, подобно другим многослойным компонентам, может быть включен в виде множества слоев, поскольку эти элементы представляют разнообразные технологические возможности, которые могут быть включены в несущие вставки. В некоторых вариантах осуществления один из слоев может включать в себя технологические элементы на основе комплементарного металло-оксидного полупроводника (КМОП), биполярного КМОП, биполярной технологии или технологии памяти, тогда как другой слой может включать в себя другие технологические элементы. В альтернативном варианте осуществления два слоя могут представлять различные технологические группы в пределах одной общей группы; например, один слой может включать в себя электронные элементы, произведенные с использованием 0,5-микронной технологии КМОП, а другой слой может включать в себя элементы, произведенные с использованием 20-нанометровой технологии КМОП. Следует понимать, что в сферу действия настоящего изобретения попадают многие другие комбинации различных типов электронных технологий.
В некоторых вариантах осуществления несущая вставка может включать в себя местоположения электрических соединений с компонентами, находящимися за пределами несущей вставки. Однако в других примерах несущая вставка также может включать в себя соединение с внешними компонентами беспроводным способом. В таких случаях использование антенн в антенном слое 1035 может обеспечивать один из примеров передачи данных беспроводным образом. Во многих случаях такой антенный слой 1035 может размещаться, например, внутри несущей вставки сверху или снизу от многослойного интегрированного многокомпонентного устройства.
В некоторых описанных в настоящем документе вариантах осуществления элементы 1030 аккумулятора могут быть включены в качестве элементов, по меньшей мере, в один из наложенных друг на друга слоев. Также можно отметить, что возможны другие варианты осуществления, в которых элементы 1030 аккумулятора размещены снаружи слоев многослойного интегрированного компонента. Дополнительные разнообразные варианты осуществления могут опираться на наличие отдельного аккумулятора или иного компонента подачи питания внутри несущей вставки или, в альтернативном варианте осуществления, данные отдельные компоненты подачи питания также могут размещаться снаружи несущей вставки.
Микрожидкостный элемент 1010 может быть включен в архитектуру многослойного интегрированного компонента. В некоторых вариантах осуществления компонент микрожидкостного элемента 1010 может присоединяться в виде части слоя. В других вариантах осуществления весь микрожидкостный элемент 1010 может представлять собой компонент с формой, аналогичной форме других многослойных интегрированных компонентов. Широкое разнообразие типов микрожидкостных элементов 1010, которые описаны в настоящем документе, может быть совместимо с многослойным интегрированным многокомпонентным устройством, в котором другие элементы, такие как насосы, поры и т.п. либо являются частью слоя, либо альтернативно прикреплены к микрожидкостному элементу либо к слою.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ С ИНТЕГРИРОВАННЫМИ МИКРОЖИДКОСТНЫМИ КОМПОНЕНТАМИ
На Фиг. 11 показан контроллер 1100, который может использоваться в некоторых вариантах осуществления настоящего описания. Контроллер 1100 может включать в себя один или более процессоров 1110, которые могут включать в себя один или более процессорных компонентов, связанных с устройством 1120 связи. В некоторых вариантах осуществления контроллер 1100 можно использовать для передачи энергии источнику энергии, помещенному в офтальмологическую линзу.
Процессоры 1110 связаны с устройством связи, выполненным с возможностью передачи энергии посредством канала связи. Устройство связи можно использовать для электронной связи с компонентами внутри офтальмологической вставки в офтальмологическом устройстве. Устройство 1120 связи также можно использовать для связи, например, с одним или более контроллерными аппаратами или компонентами программного/интерфейсного устройства.
Процессор 1110 также находится в соединении с устройством 1130 хранения данных. Устройство хранения данных 1130 может содержать любые соответствующие устройства хранения информации, включающие в себя сочетания магнитных устройств хранения данных (например, магнитной ленты и жестких дисков), оптических устройств хранения данных и/или полупроводниковых устройств хранения данных, таких как оперативные запоминающие устройства (ОЗУ) и постоянных запоминающих устройств (ПЗУ).
В устройстве хранения данных 1130 может храниться программа 1140 управления процессором 1110. Процессор 1110 выполняет инструкции программного обеспечения 1140 и таким образом функционирует в соответствии с настоящим изобретением. Например, процессор 1110 может принимать информацию, характеризующую местоположение несущей вставки, местоположение компонента и т.п. Устройство 1130 хранения данных может также хранить офтальмологические данные в одной или более базах 1150 и 1160 данных. База данных может включать в себя, например, информацию о модифицированных в соответствии с требованиями заказчика конфигурациях несущей вставки, заданных пороговых значениях измерения пробы глазной жидкости, метрологические данные, а также отдельные управляющие последовательности для контроля над потоками энергии, направленными к несущей вставке и от нее. База данных также может включать в себя параметры и управляющие алгоритмы для управления компонентами для микрожидкостного анализа, которые могут находиться в офтальмологическом устройстве, а также данные, получаемые в результате их работы. В некоторых вариантах осуществления такие данные могут в конечном счете быть переданы внешнему приемному устройству.
На Фиг. 12 изображены иллюстративные стадии способа, которые можно использовать для отслеживания уровней глюкозы пользователя, носящего офтальмологическую линзу, в соответствии с аспектами настоящего описания. На этапе 1201 пороговые значения могут быть запрограммированы в программном обеспечении. В соответствии с аспектами настоящего описания, пороговые значения могут включать в себя, например, допустимые уровни концентрации биомаркеров глюкозы в глазной жидкости. Применение других биомаркеров, используемых для отслеживания различных состояний, таких как депрессия, высокое кровяное давление и т.п., также находится в пределах обладающего признаками изобретения объема аспектов настоящего описания. Кроме того, в зависимости от того, является ли целевая проба глазной жидкости, например, слезной жидкостью или тканевой жидкостью, предварительно запрограммированные уровни могут быть разными. Программа может храниться и выполняться с помощью одного или обоих процессоров, образующих часть несущей вставки офтальмологического устройства, и внешнего устройства, находящегося в соединении с процессором несущей вставки. Внешнее устройство может представлять собой смартфон, ПК, пользовательский интерфейс офтальмологического устройства и т.п. и может быть выполнено с возможностью включать в себя исполняемый код, подходящий для отслеживания свойств проб глазной жидкости. Свойства глазной жидкости могут определяться с помощью одного или более датчиков, содержащихся в офтальмологическом устройстве. Датчики могут представлять собой электрохимические датчики и/или фотометрические датчики. В одном примере осуществления этап анализа с использованием датчика может относиться к фотометрическому определению концентрации глюкозы на основе типологии флуоресцентного датчика. В другом примере датчик может обнаруживать наличие продуктов реакции от взаимодействия глюкооксидазы с частями аналитического датчика и пробой текучей среды.
На этапе 1205 офтальмологическое устройство, включающее в себя микрожидкостную систему, может быть размещено в контакте с частью передней поверхности глаза и может быть носимо пользователем. В некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство может быть выполнено в виде контактной линзы с энергообеспечением, и этап может быть успешно завершен, когда контактная линза размещена на поверхности глаза. В других вариантах осуществления офтальмологическое устройство может быть выполнено, например, в виде интраокулярной линзы или пробки для слезной точки, и опять же включать в себя аспекты микрожидкостной аналитической системы, описанной в настоящем документе. Несмотря на то, что офтальмологическое устройство описывается в настоящей спецификации в единственном числе, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что два офтальмологических устройства (например, контактные линзы), установленные по одному на каждый глаз, могут функционировать вместе для обеспечения функциональных аспектов настоящего описания.
На этапе 1210 изменения концентрации биомаркеров можно контролировать с помощью одного или более датчиков. Контроль биомаркеров может осуществляться с заданной частотой или в соответствии с необходимостью с помощью пользовательского интерфейса и/или путем активации датчика в офтальмологическом устройстве. Биомаркеры могут представлять собой биомаркеры, связанные с уровнями глюкозы, депрессией, кровяным давлением и т.п. На этапе 1220 процессор офтальмологического устройства может регистрировать измеренное свойство/состояние пробы глазной жидкости. В некоторых вариантах осуществления процессор офтальмологического устройства может хранить и/или отправлять данные на одно или более устройств, находящихся в соединении с офтальмологическим устройством. На этапе 1215 зарегистрированное значение может быть сохранено и проанализировано в пользовательском интерфейсе, находящемся в соединении с офтальмологической линзой, и/или на этапе 1225 анализ и регистрация могут происходить в офтальмологическом устройстве.
На этапе 1230 одно или оба офтальмологических устройства и пользовательский интерфейс могут уведомлять пользователя и/или медработника об измеренной концентрации. Выдача уведомления может быть запрограммирована для ситуации, когда измеренные уровни находятся за пределами предварительно заданных запрограммированных пороговых значений, принятых и/или рассчитанных офтальмологическим устройством. Кроме того, в некоторых вариантах осуществления данные и уведомления могут быть проанализированы для выполнения одного или более этапов из: a) изменения частоты измерения в зависимости от времени суток, b) идентификации индивидуальных тенденций в изменении измеряемых уровней концентрации, и c) изменения частоты измерения в соответствии с изменениями измеряемых концентраций. На этапе 1235 частота измерений может быть изменена в зависимости от времени суток. Например, если офтальмологическое устройство будет оставаться в глазу во время сна, в период с 22 до 06 часов количество измерений может быть уменьшено или измерения могут не проводиться вообще. Аналогично во время обеда и ужина частота может повышаться для обнаружения изменений, связанных с потреблением пищи пользователем. На этапе 1240 тенденции изменений в уровнях концентрации могут быть идентифицированы системой. Используя идентифицированные тенденции, система может уведомлять пользователя о процессах и/или на этапе 1245 изменять частоту в соответствии с идентифицированными изменениями таким образом, что система выдаст дополнительные уведомления при идентификации критических состояний. Критические состояния могут включать в себя события, которые запускают значительное увеличение или уменьшение уровней глюкозы. События могут включать в себя, например, праздничные дни, физические упражнения, местоположение, время суток, прием лекарственных средств и т.п.
В некоторых вариантах осуществления на этапе 1250 первоначально запрограммированные значения можно адаптировать для пользователя периодически или в режиме реального времени в соответствии с идентифицированными тенденциями/состояниями. Эта возможность может позволить повысить эффективность системы за счет устранения ошибочных уведомлений и повышения чувствительности в критическом состоянии. Эффективность может способствовать вовлечению пользователя в работу с системой, таким образом, максимизируя преимущества офтальмологического устройства и предоставляя надежную систему контроля. На этапе 1255 данные, относящиеся к пользователю, включающие в себя, например, идентифицированные тенденции, измерения и/или предпочтения, могут быть включены в анамнез пользователя. Анамнез может надежно храниться с использованием шифрования данных и/или ограничения доступа к ним.
На Фиг. 13 изображены иллюстративные стадии способа, которые можно использовать для терапии уровней глюкозы пользователя, носящего офтальмологическую линзу, в соответствии с аспектами настоящего описания. На этапе 1301 офтальмологическое устройство, включающее в себя микрожидкостную аналитическую систему, размещают в контакте с глазной жидкостью. В некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство может быть выполнено в виде контактной линзы с энергообеспечением, и этап может быть успешно завершен после размещения контактной линзы на поверхности глаза. В других вариантах осуществления офтальмологическое устройство может быть выполнено, например, в виде интраокулярной линзы или пробки для слезной точки, и опять же включать в себя аспекты микрожидкостной аналитической системы, описанной в настоящем документе.
На этапе 1305 можно отслеживать изменения в биомаркерах в глазной жидкости. Способы контроля изменений биомаркеров могут включать в себя, например, этапы, показанные на Фиг. 12. На этапе 1310 выявленные изменения могут быть переданы в режиме реального времени на устройство выдачи лекарственного средства, которое прямым или непрямым способом связано с офтальмологическим устройством. Хотя эти изменения концентрации отслеживаемых биомаркеров в глазной жидкости могут включать в себя временную задержку по отношению к изменениям концентрации в кровотоке пользователя, при определении на этапе 1315 устройство выдачи лекарственного средства может вводить лекарственное средство, способное понижать или повышать концентрации до нормального уровня. Например, уровни глюкозы можно отслеживать и лечить, когда они находятся за пределами нормального уровня. Непрерывный контроль позволяет предотвращать возникновение неконтролируемых уровней сахара в крови, которые могут причинять повреждения сосудов, снабжающих кровью важные органы, например, сердце, почки, глаза и нервы. Вследствие того что субъект, у которого уровни глюкозы достигают значений, при которых он/она подвергается вышеуказанным рискам, может чувствовать себя нормально, аспекты настоящего описания могут помочь принять меры по раннему выявлению патологического состояния. Раннее выявление позволяет не только вернуть уровни к нормальному состоянию и/или уведомить пользователя, но также предотвратить более критические и необратимые последствия, включая, например, инфаркт или инсульт, почечную недостаточность и слепоту, которые, как известно, возникают, когда ненормальные уровни глюкозы остаются без лечения.
Кроме того, в некоторых вариантах осуществления устройство выдачи лекарственного средства может посылать уведомление пользователю через свой интерфейс или с помощью компонента офтальмологического устройства. Например, в некоторых вариантах осуществления офтальмологического устройства несущая вставка может включать в себя проекционную систему, например, один или более светодиодов, способных посылать сигнал пользователю.
Впоследствии, на этапе 1320 любое дополнительное введение лекарственного средства может быть приостановлено для предотвращения передозировки в системе из-за временной задержки эффекта от воздействия лекарственного средства и отображения этого эффекта в характеристиках слезной жидкости. Например, может потребоваться 10–30 минут для нейтрализации лекарственным средством отклонения уровня от нормы, и после воздействия может пройти еще 20 минут до выравнивания концентраций в слезной жидкости. Следовательно, запрограммированные алгоритмы, которые позволяют устанавливать взаимозависимость между состоянием, временной задержкой и соответствующей последующей выдачей лекарственных средств, могут быть запрограммированы в системе для надежного функционирования. На этапе 1325 данные, относящиеся к одному или обоим измеренным состояниям и введению лекарственного средства пользователю, могут быть сохранены и применяться как часть лечения и/или анамнеза пользователя.
Конкретные примеры и этапы способа были описаны для объяснения и включают в себя различные аспекты настоящего изобретения. Эти этапы способа и примеры предназначены для целей иллюстрации и ни в коей мере не призваны ограничивать объем формулы изобретения. Соответственно, описание призвано охватить все варианты осуществления, которые могут быть очевидны для специалистов в данной области.
Реферат
Группа изобретений относится к медицине. Офтальмологическое устройство имеет систему анализа глазной жидкости и содержит многоэлементную кольцевую несущую вставку, содержащую передний элемент вставки и задний элемент вставки, соединённые и вместе герметизированные; источник энергии, герметизированный внутри несущей вставки; микрожидкостную аналитическую систему, герметизированную внутри несущей вставки и находящуюся в электрическом соединении с источником энергии, причем микрожидкостная аналитическая система при функционировании выполнена с возможностью измерения одного или более свойств пробы глазной жидкости; процессор, образующий часть упомянутой несущей вставки и выполненный с возможностью выполнения программы, включающей в себя предварительно запрограммированные пороговые значения для одного или более свойств глазной жидкости, и вывода сигнала, когда результаты измерений находятся за пределами соответствующих предварительно запрограммированных пороговых значений; и искусственную пору, соединяющую микрожидкостную аналитическую систему с глазной жидкостью, внешней по отношению к офтальмологическому устройству. Способ отслеживания уровней глюкозы содержит этапы, на которых: программируют офтальмологическое устройство пороговыми значениями для нормальной концентрации биомаркеров глюкозы; помещают офтальмологическое устройство в контакт с передней поверхностью глаза; получают пробу глазной жидкости с помощью микрожидкостного элемента офтальмологического устройства; измеряют одно или более свойств глазной жидкости с помощью одного или более компонентов датчика офтальмологического устройства; применяют алгоритм для компенсации временной задержки при изменении измеряемых свойств в отношении состояния, вызвавшего ненормальный уровень глюкозы; обрабатывают результаты измерения одного или более свойств глазной жидкости для определения того, находится ли концентрация биомаркеров глюкозы в пределах запрограммированных пороговых значений; идентифицируют состояние, вызвавшее изменение уровней глюкозы. Применение данной группы изобретений позволит осуществлять контроль текучей среды небольшого объема. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 13 ил.
