准确的汗液酶感测分析制造技术

用于感测生物流体(18)的装置(200)包括至少一个分析物消耗传感器(220)，用于测量生物流体(18)中的分析物的至少第一分析物浓度，以及至少一个附加部件(248)。如果生物流体(18)样品流动速率小于或等于第一生物流体(18)样品的由装置(200)测量的流动速率的测量值的2倍，则至少一个附加部件(248)维持分析物消耗传感器(220)的测量值在第一浓度测量值的20％内。用于感测生物流体(18)的方法包括使用分析物消耗传感器(220)测量生物流体(18)中的分析物的第一分析物浓度，测量第一生物流体样品流动速率，当随后测量的生物流体(18)流动速率小于或等于第一生物流体样品流动速率的2倍时，将随后的分析物浓度测量值维持在第一分析物浓度测量值的20％内。

Accurate sweat enzyme sensing analysis

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】准确的汗液酶感测分析
技术介绍
非侵入式生物感测技术具有巨大的潜力，应用范围从体育运动到新生儿、到药理学监测、到个人数字健康，仅举几个应用。汗管可以提供访问血液中携带的许多相同生物标记物、化学物质或溶质的路径，并且可以提供重要信息，使人们即使在任何体征之前也可以诊断疾病、健康状况、毒素、表现和其他生理属性。汗液含有许多与血液和组织间液中找到的相同的分析物和分析物浓度。组织间液甚至具有比汗液更接近血液浓度的更多分析物，特别是对于更大尺寸和更亲水的分析物(例如蛋白质)。如果通过皮肤获取的生物流体作为感测范例具有如此显著的潜力，那么为什么在用于囊肿性纤维化(CysticFibrosis)的婴幼儿氯化物汗液测定中或在非法药物监测贴剂中数十年的使用后它还没有出现？或者，为什么过去用于组织间液提取的反向离子电渗疗法产品(如手表式血糖仪)在商业上失败了？过去的挑战和失败至少部分是由于难以找到符合人体工程学和可接受的方式来产生用于采样的生物流体(非侵入性的、连续性的、无刺激性的等)。此外，过去的努力难以获得用于测量这些类型的生物流体中的分析物的足够的样品体积。减少样品体积对于快速采样或允许较低的生物流体产生速率(例如，较少的反向离子电渗电流和皮肤上的相关应力)是至关重要的。然而，简单地减少生物流体体积，尤其是在使用反向离子电渗疗法时，会引起二次挑战，诸如pH变化。现在提供生物流体采样率的更详细的背景描述。假设汗腺主要提供用于生物流体提取的预先存在的路径。接下来，参考Cunningham在2010年的体内葡萄糖感测(InVivoGlucoseSensing)，假设将具有1cm2的采样面积的装置应用于佩戴者的手腕。假设手腕的汗腺密度为150/cm2，半径为0.55cm(直径1.1cm)的传感器将覆盖约1cm2的面积或约150个汗腺。接下来，假设该装置在0.3mA/cm2下施加3分钟的反向离子电渗疗法，并产生15至150nL的生物流体。因此，每分钟产生大约5至50nL的生物流体，这是大约0.03至0.3nL/min/gland的样品产生速率。如果1cm2装置的流体部分是127μm厚(与手表式血糖仪一起使用的凝胶厚度相同)，则流体体积为12,700nL。如果该体积完全被新的生物流体填充，则需要282至2822分钟(47至4.7小时)，这表示采样间隔非常缓慢。接下来，考虑感测模式对所需采样间隔和装置的分析物检测范围的影响。传感器在检测时是否消耗感测的分析物，或者将分析物结合并释放回溶液中，是采样间隔和分析物检测范围的感测模式的主要区别。消耗感测的分析物的传感器(诸如酶和电流传感器)随时间聚集感测的分析物，因此不需要完全更新生物流体样品体积，并且不受生物流体中瞬时分析物浓度的限制。因此，这里对采样率和检测范围的讨论将不适用于这种传感器。另一方面，平衡局部分析物浓度的传感器，例如离子选择性电极和基于电化学适体的传感器，将仅按时间顺序确保采样间隔(即，当样品体积被新生物流体完全更新时)来产生新数据，如果生物流体样品含有传感器检测范围内的浓度，则仅记录测量值。例如，假设用于加压素的电化学适体传感器配置有以组织间液中加压素的正常浓度范围为中心的线性检测范围，其中通过反向离子电渗疗法提取流体。与电流传感器不同，适体传感器不消耗加压素，适体传感器也不会随着时间的推移使检测到的加压素聚集。因此，生物流体中的加压素浓度必须保持在适体传感器的检测范围内，以便传感器检测加压素。类似地，使用具有慢的生物流体更新率的装置，例如上面讨论的手表式血糖仪，加压素的按时间顺序确保的采样间隔将在多小时范围内。这种采样间隔对于时间敏感的应用来说完全太慢，例如监测脱水或皮质醇觉醒反应，其在人醒来后在30分钟窗口内发生，并且在该窗口期间需要多次读数。传感器模式对于确定装置所需的生物流体样品产生速率也是至关重要的。回到手表式血糖仪，它在组织间液中的葡萄糖测量取决于样品产生速率和2小时预热时间，该样品产生速率由于受控的反向离子电渗电流而在很大程度上是确定的和可重复的，该2小时预热时间用于稳定提取过程。然而，包括汗液的生物流体样品不是那么可预测的，并且产生速率会根据出汗率而变化很大。将汗液引入手表式血糖仪会使其测量结果混乱，因为汗液和组织间液不仅具有不同的葡萄糖浓度，更重要的是，汗液的体积会使总的生物流体产生速率增加，这会增加凝胶中捕获的总葡萄糖，从而给出(不正确的)葡萄糖测量值。
技术实现思路
上述装置，其具有可变的生物流体产生速率并且简单地将生物流体样品引入位于大体积凝胶或流体内的传感器是无效的，因为：(1)对于平衡传感器，分析物浓度变得稀释；(2)对于消耗传感器，分析物浓度取决于样品产生速率。本公开的专利技术的实施例提供了一种用于在含有汗液的生物流体中利用分析物消耗传感器进行准确感测的装置和方法。在一个实施例中，适于放置在皮肤上的用于感测生物流体的装置包括至少一个分析物消耗传感器，用于测量分析物的至少第一分析物浓度，所述分析物在第一生物流体样品中具有第一生物流体样品流动速率，以及至少一个附加部件，当生物流体样品流动速率小于或等于第一生物流体样品流动速率的2倍时，至少一个附加部件维持分析物消耗传感器的测量值在第一浓度测量值的20％内。在另一个实施例中，使用适于放置在皮肤上的装置感测生物流体的方法包括使用分析物消耗传感器测量分析物的第一分析物浓度，所述分析物在第一生物流体样品中具有第一生物流体样品流动速率，测量第一生物流体样品流动速率，以及当随后测量的生物流体流动速率小于或等于第一生物流体样品流动速率的2倍时，将随后的分析物浓度维持在第一分析物浓度的20％内。另外，根据本专利技术的一个方面，在含有汗液的生物流体中使用分析物消耗传感器还必须适应由汗液引起的pH和盐度的巨大变化。例如，5.0和7.0之间的pH变化(汗液可在此范围内变化)可导致酶传感器的酶活性变化多达50％。盐度变化具有相似但不太明显的影响。因此，本公开的专利技术的实施例涉及使用分析物消耗传感器的生物流体感测装置，当汗液包含部分生物流体时，所述传感器跟踪样品pH和盐度。附图说明根据以下详细描述和附图，将进一步理解本公开的专利技术的目的和优点。图1是现有技术的用于生物感测的可穿戴装置的截面图。图2是根据本专利技术的一个实施例的用于生物感测的可穿戴装置的截面图。图3是根据本专利技术的一个实施例的用于生物感测的可穿戴装置的截面图。图4是根据本专利技术的一个实施例的用于生物感测的可穿戴装置的截面图。图5-8是根据本专利技术的各种实施例的用于生物感测的可穿戴装置的部分的截面图，示出了传感器和催化剂区域的多种配置。图9示出了具有高频采样率的电极的电压和分析物浓度对时间的曲线图。图10示出了具有低频采样率的电极的电压和分析物浓度对时间的曲线图。图11A是根据本专利技术的实施例的装置的示意性截面图。图11B是图11A的装置在流体接触芯吸部件之后的示意性截面视图。图11C是图11A的装置在离散的流体样品进入芯吸部件之后的示意性截面图以及在采样周期内电流对时间的曲线图。图12A是根据本专利技术的实施例的装置的示意性截面图。图12B是图12A的装置在流体从腔室的开口出现之后的示意性截面图。图12C是图12A的装置在流体接触芯吸部件之后的示意性截面图。图12D是图12A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于感测生物流体的装置，所述装置适于放置在皮肤上，包括：至少一个分析物消耗传感器，用于测量分析物的至少第一分析物浓度，所述分析物在第一生物流体样品中具有第一生物流体样品流动速率；以及至少一个附加部件，当生物流体样品流动速率小于或等于所述第一生物流体样品流动速率的2倍时，所述至少一个附加部件维持分析物消耗传感器的测量值在第一浓度测量值的20％内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.21 US 62/397,7061.一种用于感测生物流体的装置，所述装置适于放置在皮肤上，包括：至少一个分析物消耗传感器，用于测量分析物的至少第一分析物浓度，所述分析物在第一生物流体样品中具有第一生物流体样品流动速率；以及至少一个附加部件，当生物流体样品流动速率小于或等于所述第一生物流体样品流动速率的2倍时，所述至少一个附加部件维持分析物消耗传感器的测量值在第一浓度测量值的20％内。2.根据权利要求1所述的装置，其中所述附加部件是位于所述生物流体和所述分析物消耗传感器之间的浓度调节部件，其中所述浓度调节部件适于与所述生物流体的平流接触。3.根据权利要求2所述的装置，其中所述浓度调节部件是扩散限制材料。4.根据权利要求3所述的装置，其中所述扩散限制材料适于允许第一分析物通过并阻止所述生物流体通过。5.根据权利要求1所述的装置，还包括：至少一个辅助传感器。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一个辅助传感器是以下中的至少一个：用于感测第一分析物的第二分析物特异性传感器、pH传感器、皮肤电反应(GSR)传感器、样品产生速率传感器、微热流量传感器、汗液传导率传感器、皮肤阻抗传感器或离子选择性电极传感器。7.根据权利要求5所述的装置，其中所述至少一个辅助传感器适于与生物流体的平流接触。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置使用算法将生物流体样品的以下测量值中的至少一个与分析物浓度相关联：所述分析物消耗传感器的测量值、pH测量值、流动速率测量值或盐度测量值。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置使用数据表将所述生物流体样品的以下测量值中的至少一个与分析物浓度相关联：所述分析物消耗传感器的测量值、pH测量值、流动速率测量值或盐度测量值。10.根据权利要求1所述的装置，还包括：分析物感测通道；以及多个分析物消耗传感器，所述多个分析物消耗传感器沿着所述分析物感测通道布置，其中所述装置被配置成基于来自所述多个分析物消耗传感器的输出的比较来确定生物流体样品流动速率。11.根据权利要求1所述的装置，还包括含有催化剂的催化剂区域，其中所述催化剂区域与所述分析物消耗传感器流体连通。12.根据权利要求11所述的装置，其中所述催化剂区域是所述分析物消耗传感器上的涂层。13.根据权利要求11所述的装置，其中所述催化剂是酶。14.根据权利要求13所述的装置，其中所述酶是以下中的一个：脱氢酶、氧化酶、去糖基化酶、RNA酶、DNA酶或聚合物基质。15.根据权利要求1所述的装置，其中所述分析物消耗传感器被配置成通过测量质子的氧化还原来间接地测量pH。16.根据权利要求1所述的装置，其中所述分析物消耗传感器被配置成测量氧化还原活性代谢...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹森·C·海肯费尔德，雅各布·A·伯特兰，迈克尔·C·博德斯，E·戈麦斯，
申请(专利权)人：辛辛那提大学，外分泌腺系统公司，
类型：发明
国别省市：美国,US