DE102004055032A1 - Optical device for determining glucose concentration in interstitial fluid, useful particularly where measured values are used to regulate insulin release - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von in interstitieller Flüssigkeit gelöster Glukose. Die Vorrichtung kann ganz oder teilweise implantiert werden und eignet sich zur Langzeitanwendung.The The present invention relates to an apparatus and a method for determining the concentration of interstitial fluid dissolved glucose. The device can be fully or partially implanted and is suitable for long-term use.
Eine gute Stoffwechseleinstellung von Diabetikern ist schwer zu erreichen. Vor allem bei einer intensiven Insulintherapie sind dafür bisher häufige Blutzuckerbestimmungen durch den Patienten selbst nötig. Zeitpunkte und Höhe der Insulingaben müssen Faktoren, die den Blutzuckerspiegel beeinflussen, angepasst werden. Eine punktuelle Blutzucker-Selbsttestung auf herkömmliche invasive Art und Weise ist nicht nur schmerzhaft und unbequem, sie vermittelt auch nur Momentaufnahmen des zu Zeiten der Blutentnahme vorherrschenden Blutglukosegehalts. Ein kontinuierliches Glukosemonitoring (CGM) kann dagegen die realen Schwankungen des Blutzuckerspiegels über längere Zeiträume erfassen und aufzeigen, wann starke Abweichungen von dem beim Gesunden vorherrschenden Bereich der Blutzuckerwerte auftreten. Die Entwicklung eines alltagstauglichen Glukosesensors, der kontinuierlich präzise Werte liefert, die Rückschlüsse auf die jeweils aktuellen Blutglukosewerte erlauben, ist auch der erste Schritt bei der Entwicklung einer künstlichen Bauchspeicheldrüse.A good metabolism of diabetics is difficult to achieve. Especially with an intensive insulin therapy are so far frequent blood sugar regulations needed by the patient himself. Times and altitude the insulin doses must have factors which affect the blood sugar level, be adjusted. A punctual Blood glucose self-testing on conventional Invasive way is not only painful and uncomfortable to them also gives only snapshots of the times of blood collection predominant blood glucose content. Continuous glucose monitoring (CGM) On the other hand, it can detect the real fluctuations of the blood sugar level over longer periods of time and show when strong deviations from the prevalent in the healthy Range of blood glucose levels occur. The development of a suitable for everyday use Glucose sensor, which delivers continuously accurate values, the conclusions on allow the current blood glucose levels, is also the first Step in the development of an artificial pancreas.
Klinische Studien haben gezeigt, dass für ein kontinuierliches Glukosemonitoring Messungen des Glukosegehalts in interstitieller Flüssigkeit (ISF) ebenso herangezogen werden können wie Glukosebestimmungen in Kapillarblut oder in venösem Blut. Dazu müssen minimal-invasive Glukosesensoren entweder durch die Haut gestochen werden oder aber interstitielle Flüssigkeit muss durch die Haut aus dem Körper transportiert werden (zum Beispiel durch Mikrodialyse).clinical Studies have shown that for a continuous glucose monitoring measurements of glucose content in interstitial fluid (ISF) can be used as well as glucose determinations in capillary blood or in venous Blood. To do this minimally invasive glucose sensors either stung through the skin be or interstitial fluid must be through the skin out of the body transported (for example by microdialysis).
Im Stand der Technik sind Biosensoren bekannt, welche das Enzym Glukoseoxidase, immobilisiert auf dem Gate eines Feldeffekttransistors, enthalten und durch Oxidation der Glukose ein der Glukosekonzentration entsprechendes elektrisches Signal erzeugen, welches dann mit der Glukosekonzentration korreliert wird. Nachteilig an derartigen Biosensorsystemen ist jedoch, dass sie nur eine begrenzte Haltbarkeit und Funktionstüchtigkeit von mehreren Stunden bis mehreren Tagen aufweisen. Der Grund hierfür liegt darin, dass einerseits häufig die enzymatische Struktur durch Immobilisierung derart verändert wird, dass das Enzym nicht mehr mit dem in-vivo-Enzym identisch ist, und dass andererseits eine Alterung des immobilisierten Enzyms auftreten kann, welche nach kurzer Zeit zum Totalverlust der Glukoseoxidationsfähigkeit führen.in the The prior art discloses biosensors which contain the enzyme glucose oxidase, immobilized on the gate of a field effect transistor and by oxidation of the glucose corresponding to the glucose concentration generate electrical signal, which then with the glucose concentration is correlated. A disadvantage of such biosensor systems However, they only have a limited shelf life and functionality from several hours to several days. The reason is in that on the one hand often the enzymatic structure is modified by immobilization in such a way that the enzyme is no longer identical to the in vivo enzyme, and on the other hand, aging of the immobilized enzyme occurs which, after a short time, leads to the total loss of glucose oxidizing ability to lead.
WO 90/01697 hat eine Vorrichtung zum Blutglukosemonitoring zum Gegenstand mit einem mit dem Blut in Kontakt stehenden Wellenleiter, der einen Kern und ein (teilweise unterbrochenes) Cladding aufweist, einer Lichtquelle, die optisch mit einem Ende des Wellenleiters verbunden ist, einem Lichtdetektor, der ein Signal erzeugt in Abhängigkeit von dem durch den Wellenleiter transmittierten Licht, und einem Insulinverwaltungselement, das dem Patienten eine von dem detektierten Licht abhängige Menge an Insulin zuweist.WHERE 90/01697 has a device for blood glucose monitoring to the object with a waveguide in contact with the blood, the one Kern and a (partially interrupted) cladding, one Light source, which is optically connected to one end of the waveguide is, a light detector that generates a signal depending from the light transmitted through the waveguide, and a An insulin management element that detects one of the patient Light dependent Allocates amount of insulin.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die genannten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Glukosekonzentration bereitzustellen, die Glukosekonzentrationsunterschiede sehr empfindlich detektieren können.task The present invention is therefore, the disadvantages mentioned to avoid the prior art and an apparatus and a method to provide the glucose concentration, the glucose concentration differences can detect very sensitive.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung der Konzentration von in interstitieller Flüssigkeit gelöster Glukose mit
- • einem optischen Körper, der zumindest teilweise mit einer Messmatrix umgeben ist, wobei die Messmatrix mit der interstitiellen Flüssigkeit in Kontakt steht,
- • mindestens einer Lichtquelle, die so angeordnet ist, dass sie Licht in den optischen Körper hineinstrahlt und
- • einem Detektor, der so angeordnet ist, dass er von dem optischen Körper transmittiertes und in einer bestimmten Richtung emittiertes Licht detektiert,
- An optical body which is at least partially surrounded by a measuring matrix, the measuring matrix being in contact with the interstitial fluid,
- • at least one light source, which is arranged so that it radiates light into the optical body and
- A detector which is arranged to detect light transmitted from the optical body and emitted in a certain direction,
Dabei beziehen sich die angegebenen Brechungsindizes auf Luft von 20 bis 40°C und 101,3 kPa und auf Licht mindestens einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs im UV-Bereich des Spektrums bis ins nahe Infrarot (NIR), außerhalb von eventuellen Absorptionsbanden des optischen Körpers, bevorzugt auf die D-Linie des Natrium.there The refractive indices given refer to air from 20 to 40 ° C and 101.3 kPa and to light of at least one wavelength or wavelength range in the UV range of the spectrum to the near infrared (NIR), outside of any absorption bands of the optical body, preferred on the D-line of sodium.
Die Funktionsweise dieser Vorrichtung basiert auf der Brechungsindex-Differenz zwischen dem optischen Körper und der ihn zumindest teilweise umgebenden Messmatrix. Der optische Körper dient als Lichtleiter, in den das Licht aus der Lichtquelle eingekoppelt wird und aufgrund von Totalreflexion zum Teil zu dem Detektor transmittiert wird. Der Anteil an Licht, der aufgrund von Brechung in die Messmatrix austreten kann und somit nicht zu dem Detektor transmittiert wird, hängt (dort wo der optische Körper und die Messmatrix eine Grenzfläche aufweisen) von dem Verhältnis der Brechungsindizes des optischen Körpers und der Messmatrix ab. Der Brechungsindex der Messmatrix ist wiederum abhängig von ihrer Glukosekonzentration. Ändert sich die Konzentration der Glukose in der Messmatrix, so ändert sich auch ihr Brechungsindex und diese Änderung ist mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgrund einer geänderten Transmission durch den optischen Körper detektierbar. Je höher die Glukosekonzentration ist, umso höher ist der Brechungsindex der Matrix und desto geringer ist die Differenz der Brechungsindizes des Materials des optischen Körpers und der Messmatrix. Je kleiner die Differenz der Brechungsindizes des Materials des optischen Körpers und der Messmatrix ist, umso größer ist der Grenzwinkel der Totalreflexion und umso weniger Licht wird durch den optischen Körper transmittiert und somit durch den Detektor detektiert. Mit Hilfe einer geeigneten Auswerteelektronik wird die detektierte Lichtintensität in ein der Glukosekonzentration proportionales Signal überführt.The Operation of this device is based on the refractive index difference between the optical body and at least partially surrounding the measuring matrix. The optical Body serves as a light guide into which the light from the light source is coupled is partially transmitted to the detector due to total reflection becomes. The amount of light that is due to refraction in the measurement matrix can escape and thus is not transmitted to the detector, hangs (there where the optical body and the measuring matrix have an interface) from the relationship the refractive indices of the optical body and the measuring matrix. The refractive index of the measuring matrix is again dependent on their glucose concentration. change As the concentration of glucose in the measurement matrix changes, so does also their refractive index and this change is with the device according to the invention due to a change Transmission detectable by the optical body. The higher the Glucose concentration is, the higher is the refractive index of the matrix and the smaller the difference the refractive indices of the material of the optical body and the measuring matrix. The smaller the difference of the refractive indices of the Optical body material and the measurement matrix is, the larger the critical angle of total reflection and the less light gets through the optical body transmitted and thus detected by the detector. With help a suitable evaluation is the detected light intensity in a the glucose concentration proportional signal transferred.
Als Messmatrix dient z.B. eine Messflüssigkeit, die über eine für Glukose durchlässige Membran mit der interstitiellen Flüssigkeit in Kontakt steht. Als Messflüssigkeit kann beispielsweise eine glukosehaltige Kochsalzlösung dienen. Falls eine als Messmatrix eingesetzte Messflüssigkeit über eine Membran mit der interstitiellen Flüssigkeiten in Kontakt steht, so stellt sich ein diffusives Gleichgewicht zwischen den beiden Flüssigkeiten ein. Die Glukosekonzentration in der Messflüssigkeit spiegelt daher die Glukosekonzentration in der interstitiellen Flüssigkeit wieder.When Measuring matrix serves e.g. a measuring liquid, which has a for glucose permeable Membrane is in contact with the interstitial fluid. As measuring liquid For example, a glucose-containing saline solution can be used. If a measuring fluid used as a measuring matrix over a membrane with the interstitial liquids is in contact, so there is a diffusive balance between the two liquids one. The glucose concentration in the measuring fluid therefore reflects the Glucose concentration in the interstitial fluid again.
Als Messmatrix kann aber auch ein den optischen Körper zumindest teilweise umgebendes Gel dienen, das mit der interstitiellen Flüssigkeit in Kontakt steht und seinen Brechungsindex in Abhängigkeit von der Glukosekonzentration der interstitiellen Flüssigkeit ändert. Solche Gels sind im Stand der Technik bekannt. Sie ändern ihren Quellgrad selektiv in Abhängigkeit von der Glukosekonzentration und damit auch ihren Brechungsindex. Beispielsweise kann ein faserförmiger optischer Körper mit einem solchen Gel beschichtet sein.However, a gel which at least partially surrounds the optical body, which is in contact with the interstitial fluid and alters its refractive index as a function of the glucose concentration of the interstitial fluid, can also serve as a measuring matrix. Such gels are known in the art. They change their degree of swelling selectively depending on the glucose concentration and hence their refractive index. For example, a fibrous optical body may be coated with such a gel.
Geeignete Gele umfassen vernetzte polymere Gele, die Gruppen enthalten, die direkt oder indirekt mit Glukose reagieren. Solche direkt mit Glukose reagierenden Gruppen sind solche, die mit Glukose eine stärkere Bindung eingehen, als mit anderen, im Gel gebundenen Gruppen, über die das Gel vernetzt ist. Durch Bindung dieser Gruppen an Glucose wird die Vernetzung des Gels vermindert. In anderen Konfigurationen bilden direkt mit Glukose reagierende Gruppen über Glukose eine Vernetzung aus. Die Vernetzung eines Gels wird dadurch verstärkt.suitable Gels include crosslinked polymeric gels containing groups that react directly or indirectly with glucose. Those directly reacting with glucose Groups are those that bind more strongly with glucose than with other groups bound in the gel through which the gel is crosslinked. By linking these groups to glucose, the crosslinking of the Gels diminished. In other configurations form directly with glucose Reactive groups about Glucose from a network. The crosslinking of a gel is thereby strengthened.
Indirekt mit Glukose reagierende Gruppen sind solche, bei denen Reaktionsprodukte einer Reaktion von Glukose mit einer weiteren Gruppe oder Spezies zu Änderungen der Vernetzung und/oder Quellung führen.Indirectly Glucose-reactive groups are those in which reaction products a reaction of glucose with another group or species to changes cross-linking and / or swelling.
Beispiele solcher Gele sind aufgeführt in US 20020155425 A1. Direkt mit Glukose reagierende Gele enthalten zum Beispiel Phenylboronsäure, Lectine wie Concavalin A, Glukokinase, Xylomerase, Isolactin I und mit diesen Gruppen vernetzte Gruppen oder Polymere, wie Polyole, Polyglukoside, geminale Hydroxygruppe o.ä., wobei ein kompetitiver Austausch dieser Gruppen mit Glukose stattfindet.Examples such gels are listed in US 20020155425 A1. Contains gels that react directly with glucose for example, phenylboronic acid, Lectins such as concavalin A, glucokinase, xylomerase, isolactin I and crosslinked groups or polymers, such as polyols, with these groups Polyglucosides, geminal hydroxy group or the like, wherein a competitive exchange of these groups takes place with glucose.
Indirekt mit Glukose reagierende Gele sind zum Beispiel pH-sensitive Gele mit immobilisierter GOD und Katalase. Glukose wird mit Hilfe von GOD zu Gluconsäure oxidiert. Gluconsäure verursacht Protonierung der pH-sensitiven Gruppen des pH-sensitiven Gels und verursacht dadurch Quellung oder Schrumpfung des Gels, je nach Typ der sensitiven Gruppen.Indirectly Glucose-reactive gels are, for example, pH-sensitive gels with immobilized GOD and catalase. Glucose is made with the help of GOD to gluconic acid oxidized. gluconic causes protonation of the pH-sensitive groups of the pH-sensitive gel and causes swelling or shrinkage of the gel, depending on the type the sensitive groups.
Die Vernetzung eines Gels ist mit seiner Quellung gekoppelt. Die Quellung wiederum hat starken Einfluss auf die Dichte und damit auf den Brechungsindex des Gels.The Crosslinking of a gel is coupled with its swelling. The swelling in turn has a strong influence on the density and thus on the refractive index of the gel.
Wird die Gelschicht dicker als 1 μm ausgeführt, sind die Auskopplungseffekte von Licht bei direktem Kontakt von Geweben mit der Gelschicht so gering, dass auf die Verwendung einer zusätzlichen Membran verzichtet werden kann, sofern die unten angeführten Anforderungen an die Biokompatibilität erfüllt werden.Becomes the gel layer thicker than 1 micron executed are the outcoupling effects of light in direct contact of Tissues with the gel layer so low that on the use of a additional membrane can be waived, provided that the below requirements to the Biocompatibility are met.
Als Messmatrix kann aber auch eine den optischen Körper zumindest teilweise umgebende poröse Schicht (z.B. ein porenhaltiges Gel) dienen, die mit der interstitiellen Flüssigkeit in Kontakt steht und die selbst nicht sensitiv auf Glukose reagiert. Diese Ausführungsform der Messmatrix ändert ihren Brechungsindex durch die Änderung der Konzentration von Inhaltsstoffen einer Lösung, die sich in den Poren befindet. Die Messmatrix steht in direktem Kontakt mit der interstitiellen Flüssigkeit und der Transport von Glukose in die oder aus der Messmatrix erfolgt durch Diffusion.When But measuring matrix can also at least partially surrounding the optical body porous Layer (e.g., a porous gel) that interfere with the interstitial liquid is in contact and does not react sensitively to glucose. This embodiment the measurement matrix changes their refractive index by the change the concentration of ingredients in a solution that is in the pores. The measurement matrix is in direct contact with the interstitial liquid and the transport of glucose into or out of the measuring matrix is accomplished by Diffusion.
Für solch eine poröse Schicht kommen Materialien in Frage, die in einer geeigneten porösen Form bereitgestellt werden können und die, ggf unter Mitwirkung von Zusätzen, benetzbare Porenoberflächen ergeben. Es können sowohl organische als auch anorganische Materialien oder Kombinationen daraus verwendet werden. Erfindungsgemäß liegt der Brechungsindex des optischen Körpers bei einer Glukosekonzentration der interstitiellen Flüssigkeit von 20 bis 800 mg/dL um 0,175 bis 0,00005 über dem Brechungsindex der mit der interstitiellen Flüssigkeit in Kontakt stehenden porösen Schicht. Das Material der porösen Schicht selbst kann dabei einen Brechungsindex aufweisen, der sich nur wenig vom Brechungsindex des optischen Körpers unterscheidet. Dies spielt aber mit zunehmender Porosität eine geringere Rolle.For such a porous one Layer materials come into question in a suitable porous form can be provided and which, optionally with the assistance of additives, give wettable pore surfaces. It can both organic and inorganic materials or combinations thereof be used. According to the invention is the Refractive index of the optical body at a glucose concentration of the interstitial fluid of 20 to 800 mg / dL 0.175 to 0.00005 above the refractive index of with the interstitial fluid in contact porous Layer. The material of the porous Layer itself can have a refractive index, which is only slightly different from the refractive index of the optical body. This plays but with increasing porosity a minor role.
Die Herstellung einer solchen, den optischen Körper zumindest teilweise umgebenden porösen Messmatrix kann in vergleichbarer Weise erfolgen, wie die Herstellung eines vernetzten Gels oder einer porösen Membran. Beispielhafte Herstellungsverfahren sind Phaseninversion, Sintern, Ätzen, Plasmapolymerisation oder andere dem Fachmann bekannte Verfahren. Die Dicke der als poröse Schicht ausgeführten Messmatrix liegt bevorzugt zwischen 1 und 100 μm, besonders bevorzugt zwischen 1 und 10 μm. Ein Vorteil einer solchen Messmatrix liegt in der leichten Benetzbarkeit mit interstitieller Flüssigkeit, wobei der Kontakt von Gasblasen mit dem optischen Körper unterbunden werden kann. Für Zwecke der Lagerung können die Poren der porösen Schicht mit einer löslichen, bioverträglichen Substanz gefüllt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass bei ausreichend feinporiger Ausführung der porösen Schicht, keine Membran notwendig ist, um einen Kontakt zwischen dem optischen Körper und dem ihn ggf. umgebenden Gewebe zu verhindern.The Production of such, the optical body at least partially surrounding porous measuring matrix can be done in a similar way as the production of a crosslinked gel or a porous one Membrane. Exemplary production methods are phase inversion, Sintering, etching, Plasma polymerization or other methods known in the art. The thickness of the as porous Layer executed Measuring matrix is preferably between 1 and 100 microns, more preferably between 1 and 10 μm. One The advantage of such a measuring matrix is its easy wettability with interstitial fluid, wherein the contact of gas bubbles with the optical body prevented can be. For For purposes of storage the pores of the porous ones Layer with a soluble, biocompatible Substance filled become. Another advantage is that with sufficiently fine-pored execution of porous Layer, no membrane is necessary to make a contact between the optical body and the tissue surrounding it if necessary.
Bei der vorliegenden Erfindung spiegelt die Glukosekonzentration in der Messmatrix die Glukosekonzentration in der interstitiellen Flüssigkeit wieder. Der Glukosegehalt der interstitiellen Flüssigkeit steht wiederum in direktem Zusammenhang mit der Glukosekonzentration im Blut.at The present invention reflects the glucose concentration in the measurement matrix the glucose concentration in the interstitial fluid again. The glucose content of the interstitial fluid is again in directly related to the glucose concentration in the blood.
Durch die erfindungsgemäß kleine Brechungsindexdifferenz zwischen optischem Körper und Messmatrix ergibt sich eine hohe Messempfindlichkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei der Bestimmung der Glukosekonzentration in interstitieller Flüssigkeit. Bereits kleine Änderungen des Glukosegehalts der Messmatrix ergeben deutliche, vom Rauschen zu unterscheidende, vom Detektor detektierte Signaländerungen.The inventively small difference in refractive index between the optical body and the measuring matrix results in a high measuring sensitivity of the device according to the invention in determining the glucose concentration in interstitial fluid. Already small changes of the glucose content of the measuring matrix result clearly, from Noise to be distinguished, detected by the detector signal changes.
Bei der vorliegenden Erfindung liegt z.B. der Brechungsindex n 20 / D eines optischen Körpers, der direkt mit einer im Gleichgewicht mit der interstitiellen Flüssigkeit stehenden Messmatrix eine Grenzfläche bildet, zwischen 1,330 und 1,505, bevorzugt zwischen 1,334 und 1,359, besonders bevorzugt zwischen 1,334 und 1,343, wenn der Brechungsindex der Messmatrix zwischen 1,334 und 1,337 liegtat of the present invention is e.g. the refractive index n 20 / D one optical body, the one directly in equilibrium with the interstitial fluid standing measurement matrix forms an interface, between 1.330 and 1.505, preferably between 1.334 and 1.359, more preferably between 1.334 and 1.343, when the refractive index of the measuring matrix between 1.334 and 1.337
Die erfindungsgemäße Lösung nutzt in vorteilhafter Weise ein physikalisches Prinzip zur Quantifizierung von Glukose in Körperflüssigkeiten und vermeidet die Bildung von Reaktionsprodukten. Dadurch kommt es weder zu einer lokalen Abreicherung von Glukose, noch ist eine weitere Komponente, wie zum Beispiel Sauerstoff als Reaktionskomponente, notwendig. Ebenso ist die Reaktion von Gewebe auf Reaktionsprodukte ausgeschlossen. Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt ferner eine Langzeitanwendung ohne inakzeptable Drift der Empfindlichkeit des Messsystems mit sehr hoher analytischer Performance. Da keine Enzyme oder andere empfindliche Reagenzien an der Detektion beteiligt sind, ist eine Sterilisation von erfindungsgemäßen Messsystemen nur durch die Komponenten limitiert. Bei Verwendung von elektronischen Bauteilen gemäß MIL-Spezifikation ist eine Sterilisation in Dampf bei 121°C für 15 Minuten oder in Ethylenoxid-Gas ohne Leistungsverschlechterung möglich. Da keine Enzyme oder andere empfindliche Reagenzien an der Detektion beteiligt sind, ist außerdem eine Lagerung über lange Zeit ohne Leistungsverlust möglich. Gegenüber dem Stand der Technik hebt sich die erfindungsgemäße Lösung weiterhin dadurch ab, dass keine Membran, die bestimmte Komponenten sicher ausschließen muss, um ein verlässliches Messsignal zu erhalten, benötigt wird.The uses solution according to the invention advantageously a physical principle for quantification of glucose in body fluids and avoids the formation of reaction products. This comes it does not cause local depletion of glucose, nor is it one further component, such as oxygen as a reaction component, necessary. Likewise, the reaction of tissue to reaction products is excluded. The solution according to the invention allows furthermore, a long-term use without unacceptable drift in sensitivity of the measuring system with very high analytical performance. There no Enzymes or other sensitive reagents involved in the detection are sterilization of measuring systems according to the invention only by the components are limited. When using electronic components according to MIL specification is a sterilization in steam at 121 ° C for 15 minutes or in ethylene oxide gas possible without performance degradation. Because no enzymes or other sensitive reagents at the detection is involved as well a storage over long time without loss of power possible. Opposite the stand In technical terms, the solution according to the invention is further distinguished by that no membrane that has to exclude certain components safely, a reliable one Required to obtain measurement signal becomes.
Der
optische Körper
kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung
nur mit einem Teil seiner Oberfläche
in die Messmatrix eintauchen, er kann aber auch vollständig mit
Messmatrix umgeben sein. Das Material des optischen Körpers wird
so ausgewählt, dass
sein Brechungsindex im oben genannten Bereich liegt und dass es
eine ausreichende Transparenz für
das von der Lichtquelle emittierte Licht aufweist. In einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der optische Körper aus einem Polymer gefertigt,
insbesondere aus einem fluorhaltigen Polymer. Vorteile dieser Polymere
sind u.a. ihr für
die Erfindung gut geeigneter Brechungsindex und ihre Biokompatibilität. Das fluorhaltige
Polymer ist vorzugsweise mindestens ein Polymer ausgewählt aus
der Gruppe
Polyhexafluorpropylentetrafluorethylen (FEP), Polypentadecafluoroctylacrylat,
Polyvinylnonadecafluordecanoat, Poly(tetrafluor-3-(heptafluoropropoxy)propyl)acrylat,
Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyhexafluorpropylentetrafluorethylenvinylfluorid (THV),
Polyundecafluorhexylacrylat, Perfluoralkoxypolymere (PFA), Polyethylentetrafluorethylen
(ETFE), Polynonafluorpentylacrylat, Poly(tetrafluor-3-(trifluormethoxy)propyl)acrylat),
Polypentafluorvinylpropionat, Polyheptafluorobutylacrylat, Polytrifluorvinylacetat,
Polyoctafluorpentylacrylat, Polymethyl-3,3,3-trifluorpropylsiloxan,
Polypentafluorpropylacrylat, Poly(2-heptafluorbutoxy)ethylacrylat,
Polyfluortrifluorethylen (PCTFE), Poly-2,2,3,4,4-hexafluorbutylacrylat,
Polytrifluorethylacrylat, Poly2-(1,1,2,2-tetrafluorethoxy)ethylacrylat,
Polytrifluorisopropylmethacrylat, Poly(2,2,2-trifluor-1-methylethyl)methacrylat,
Poly-2-trifluorethoxyethylacrylat, Polyvinylidenfluorid (PVDF),
Polyethylenchlortrifluorethylen (ECTFE), Polytrifluorethylmethacrylat,
Poly-2-fluorethylmethacrylat und Poly-4-fluor-2-trifluormethylstyrol.The optical body can dip in the device according to the invention only with a part of its surface in the measuring matrix, but it can also be completely surrounded with measuring matrix. The material of the optical body is selected so that its refractive index is in the above-mentioned range and that it has sufficient transparency for the light emitted from the light source. In a preferred embodiment of the present invention, the optical body is made of a polymer, in particular of a fluorine-containing polymer. Advantages of these polymers include their refractive index, which is well suited to the invention, and their biocompatibility. The fluorine-containing polymer is preferably at least one polymer selected from the group
Polyhexafluorpropylentetrafluorethylen (FEP), Polypentadecafluoroctylacrylat, Polyvinylnonadecafluordecanoat, poly (tetrafluoro-3- (heptafluoropropoxy) propyl) acrylate, polytetrafluoroethylene (PTFE), Polyhexafluorpropylentetrafluorethylenvinylfluorid (THV), Polyundecafluorhexylacrylat, perfluoroalkoxy polymers (PFA), polyethylene tetrafluoroethylene (ETFE), Polynonafluorpentylacrylat, poly (tetrafluoro 3- (trifluoromethoxy) propyl) acrylate), polypentafluorovinylpropionate, polyheptafluorobutylacrylate, polytrifluorovinylacetate, polyoctafluoropentylacrylate, polymethyl-3,3,3-trifluoropropylsiloxane, polypentafluoropropyl acrylate, poly (2-heptafluorobutoxy) ethylacrylate, polyfluorotrifluoroethylene (PCTFE), poly-2,2,3 , 4,4-hexafluorobutyl acrylate, polytrifluoroethyl acrylate, poly 2 - (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) ethyl acrylate, polytrifluoroisopropyl methacrylate, poly (2,2,2-trifluoro-1-methylethyl) methacrylate, poly-2-trifluoroethoxyethyl acrylate, polyvinylidene fluoride ( PVDF), polyethylene chlorotrifluoroethylene (ECTFE), polytrifluoroethyl methac rylate, poly-2-fluoroethyl methacrylate and poly-4-fluoro-2-trifluoromethylstyrene.
Gemäß einer
alternativen bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist der optische Körper aus einem fluorfreien
Polymer gefertigt. Ein Vorteil dieser Materialien ist ihre leichte
Verarbeitbarkeit. Das fluorfreie Polymer ist vorzugsweise mindestens
ein Polymer ausgewählt
aus der Gruppe
Polymethylhydrosiloxan, Polydimethylsiloxan,
Polyhexylmethylsiloxan, Polymethyloctylsiloxan, Polyisobutylmethacrylat,
Polyisobutylvinylether, Polyhexadecylmethylsiloxan, Polyethylvinylether,
Polymethyltetradecylsiloxan, Polyethylenglykolmonomethylether, Poly-n-butylvinylether,
Poly-3-butoxypropylenglykol, Poly-n-pentylvinylether, Poly-n-hexylvinylether, Polyoctylvinylether, Polyvinyl-n-octylacrylat,
Poly-2-ethylhexylvinylether, Poly-n-decylvinylether, Poly-2-methoxyethylacrylat,
Polyacryloxypropylmethylsiloxan, Poly(4-methyl-1-penten), Poly-3-methoxypropylenglykol,
Poly-t-butylmethacrylat, Poly-n-dodecylvinylether, Poly-3-ethoxypropylacrylat,
Polyvinylpropionat, Polyvinylacetat, Polymethylvinylether, Polyethylacrylat,
Polymethylvinylether, Poly-3-methoxypropylacrylat, Poly-1-octadecen,
Poly-2-ethoxyethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Poly-1-decen, Polylaurylmethacrylat,
Poly-sec-butylviylether, Poly-n-butylacrylat, Polydodecylmethacrylat,
Polyethylensuccinat, Polytetradecylmethacrylat, Celluloseacetatbutyrat,
Celluloseacetat, Polyvinylformiat, Polyethylenvinylacetat, Polymethyloctylsilan,
Ethylcellulose, Polymethylacrylat, Polydicyanopropylsiloxan, Polyoxymethylen,
Poly-sec-butylmethacrylat, Polydimethylsiloxan-alpha-methylstyrol,
Poly-n-hexylmethacrylat, Poly-n-butylmethacrylat, Polyethylidendimethacrylat,
Poly-2-ethoxyethylmethacrylat, Poly-n-propylmethacrylat, Polyethylenmaleat,
Polyethylmethacrylat, Polyvinylbutyral, Poly(3,3,5-trimethylcyclohexyl)methacrylat,
Poly(2-methyl-2-nitropropyl)methacrylat, Polydimethylsiloxandiphenylsiloxan, Poly-1,1-diethylpropylmethacrylat,
Polytriethylcarbinylmethacrylat, Polymethylmethacrylat, Poly(2-decyl-1,4-butadien),
Polypropylen, Polyvinylbutyral mit 11 % Polyvinylalkohol, Polymercaptopropylmethylsiloxan,
Polyethylglykolatmethacrylat, Poly-3-methylcyclohexylmethacrylat,
Polycyclohexyl-alpha-ethoxyacrylat, Methylcellulose, Poly-4-methylcyclohexylmethacrylat
und Polydecamethylenglykoldimethacrylat.According to an alternative preferred embodiment of the present invention, the optical body is made of a fluorine-free polymer. An advantage of these materials is their ease of processing. The fluorine-free polymer is preferably at least one polymer selected from the group
Polymethylhydrosiloxane, polydimethylsiloxane, polyhexylmethylsiloxane, polymethyloctylsiloxane, polyisobutylmethacrylate, polyisobutylvinylether, polyhexadecylmethylsiloxane, polyethylvinylether, polymethyltetradecylsiloxane, polyethyleneglycolmonomethylether, poly-n-butylvinylether, poly-3-butoxypropylenglycol, poly-n-pentylvinylether, poly-n-hexylvinylether, polyoctylvinylether, polyvinyl-n- octyl acrylate, poly-2-ethylhexyl vinyl ether, poly-n-decyl vinyl ether, poly-2-methoxyethyl acrylate, polyacryloxypropylmethylsiloxane, poly (4-methyl-1-pentene), poly-3-methoxypropylene glycol, poly-t-butyl methacrylate, poly-n-dodecyl vinyl ether , Poly-3-ethoxypropyl acrylate, polyvinyl propionate, polyvinyl acetate, polymethyl vinyl ether, polyethyl acrylate, polymethyl vinyl ether, poly-3-methoxypropyl acrylate, poly-1-octadecene, poly-2-ethoxyethyl acrylate, polyisopropyl acrylate, poly-1-decene, polylauryl methacrylate, poly-sec-butyl-viyl ether , Poly-n-butyl acrylate, polydodecyl methacrylate, polyethylene succinate, polytetradecyl methacrylate, Cellulose acetate butyrate, cellulose acetate, polyvinylformate, polyethylenevinylacetate, polymethyloctylsilane, ethylcellulose, polymethylacrylate, polydicyanopropylsiloxane, polyoxymethylene, poly-sec-butylmethacrylate, polydimethylsiloxane-alpha-methylstyrene, poly-n-hexylmethacrylate, poly-n-butylmethacrylate, polyethylenedimethacrylate, poly-2-ethoxyethylmethacrylate, Poly-n-propyl methacrylate, polyethylene maleate, polyethyl methacrylate, polyvinyl butyral, poly (3,3,5-trimethylcyclohexyl) methacrylate, poly (2-methyl-2-nitropropyl) methacrylate, polydimethylsiloxane-diphenylsiloxane, poly-1,1-diethylpropyl methacrylate, polytriethylcarbinyl methacrylate, polymethylmethacrylate, Poly (2-decyl-1,4-butadiene), polypropylene, polyvinyl butyral with 11% polyvinyl alcohol, polymercaptopropylmethylsiloxane, polyethylglycolate methacrylate, poly-3-methylcyclohexylmethacrylate, polycyclohexyl-alpha-ethoxyacrylate, methylcellulose, poly-4-methylcyclohexylmethacrylate and polydecamethylene glycol dimethacrylate.
Ein im Handel erhältliches, für die vorliegende Erfindung verwendbares Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen-Copolymerisat (FEP) ist zum Beispiel Dyneon® Fluorthermoplastic FEP 6307 von Dyneon, Burgkirchen. Es weist einen Brechungsindex von n 25 / D = 1,336 auf. Polyvinylnonadecafluorodecanoate ist ein weiteres geeignetes Polymer mit einem Brechungsindex von n 25 / D = 1,3340, das bei optischen Körpern aus einem Material mit einem höheren Brechungsindex auch als Cladding eingesetzt werden kann. Vorteilhaft bei der Verwendung von Kunststoffen ist die Möglichkeit, das optische Element kostengünstig im Extrusions-, Spritzguss- oder Spritzprägeverfahren zu formen und mit geringem weiteren Aufwand ggf. mit Membran, Beschichtung (Cladding) und elektrooptischen und elektronischen Elementen zu komplettieren.Is a commercially available, suitable for the present invention, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), for example, Dyneon ® fluorine Thermoplastic FEP 6307 from Dyneon, Burgkirchen. It has a refractive index of n 25 / D = 1.336. Polyvinylnonadecafluorodecanoate is another suitable polymer with a refractive index of n 25 / D = 1.3340, which can also be used as cladding in optical bodies made of a material with a higher refractive index. Advantageous in the use of plastics is the ability to form the optical element inexpensively in the extrusion, injection molding or injection-compression molding and complete with little further effort, if necessary, with membrane, coating (cladding) and electro-optical and electronic elements.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der optische Körper ein Stab oder eine Faser in Form eines Kreiszylinders, insbesondere eines geraden Kreiszylinders. Diese geometrische Form des optischen Körpers ist aufgrund ihrer Einfachheit vorteilhaft. Sie ermöglicht eine Vereinfachung der Herstellung und eine Verbesserung der Reproduzierbarkeit in der Fertigung. Die Lichteinstrahlung erfolgt bei einem derart geformten optischen Körper vorzugsweise über eine Stirnfläche des Kreiszylinders, die glatt ausgeführt ist. Der als Kreiszylinder ausgeführte optische Körper befindet sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zumindest mit einem Teil seiner Mantelfläche in Kontakt mit der Messmatrix.In a preferred embodiment In the present invention, the optical body is a rod or a fiber in the form of a circular cylinder, in particular a straight circular cylinder. This geometric shape of the optical body is due to its simplicity advantageous. It allows one Simplification of production and improvement of reproducibility in the production. The light is irradiated in such a way shaped optical body preferably over an end face of the circular cylinder, the smooth running is. The executed as a circular cylinder optical body is located in the device according to the invention at least with a part of its lateral surface in contact with the measuring matrix.
Eine gegebenenfalls bei der vorliegenden Erfindung vorgesehene Membran ist für Glukose durchlässig, ebenso für kleine und mittelgroße Moleküle, vorzugsweise jedoch nicht für hochmolekulare Bestandteile der interstitiellen Flüssigkeit oder für Zellen. Als hochmolekular gelten hier Moleküle mit einem Molekulargewicht >40000 g/mol. Bei einer Modifizierung der Oberfläche des optischen Körpers derart, dass im Kontaktbereich mit der Messmatrix eine Anlagerung von Proteinen weitgehend verhindert wird, kann eine Membran verwendet werden, die nur für Zellen undurchlässig ist.A optionally provided in the present invention membrane is for Glucose permeable, as well for small and medium sized molecules but preferably not for high molecular components of the interstitial fluid or for cells. High molecular weight molecules are those with a molecular weight> 40,000 g / mol. At a Modification of the surface of the optical body in such a way that an attachment occurs in the area of contact with the measuring matrix of proteins is largely prevented, a membrane can be used Be that only for Cells impermeable is.
In einer bevorzugten Erfindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zwischen einer Membran und dem optischen Körper eine mit einer Pumpe verbundene Flüssigkeitsleitung zum Leiten von als Messmatrix dienender Messflüssigkeit von der Membran zu dem optischen Körper angeordnet. Der optische Körper befindet sich dabei zum Beispiel außerhalb des Körpers eines Patienten und wird über die Flüssigkeitsleitung mit der glukosehaltigen Messmatrix versorgt. Es handelt sich dabei um eine Mikrodialysetechnologie, bei der die Funktionsweise von Kapillaren nachgeahmt wird. Ein Katheter mit einer dünnen Dialysefaser wird in das unter der Haut befindliche (subkutane) Gewebe eingeführt. Die Faser wird mit isotoner Flüssigkeit durchspült. Diese Spülflüssigkeit (Perfusionslösung) befindet sich über eine Membran der Mikrodialysefaser in ständigem Austausch mit der interstitiellen Flüssigkeit in der Umgebung des Katheters. Aufgrund eines Konzentrationsgradienten wandert Glukose aus der interstitiellen Flüssigkeit in die Perfusionsflüssigkeit (Messmatrix) oder umgekehrt. Die Durchflussrate durch den Katheter ist so gewählt, dass sich am Ausgang des Katheters über die Membran ein Gleichgewicht einstellt, d.h. die Glukosekonzentration im Katheterinneren ist gleich der Glukosekonzentration in der interstitiellen Flüssigkeit. Die mit Glukose aus der interstitiellen Flüssigkeit angereicherte Messmatrix wird zu dem den optischen Körper umfassenden Glukosesensor außerhalb des Körpers gepumpt. Dort erfolgt die kontinuierliche Bestimmung der Glukosekonzentration.In a preferred embodiment of the device according to the invention is between a membrane and the optical body connected to a pump liquid line for conducting measuring liquid serving as a measuring matrix from the membrane the optical body arranged. The optical body is located outside of the body of a Patients and over the liquid line supplied with the glucose-containing measuring matrix. These are to a microdialysis technology, in which the functioning of Capillaries is imitated. A catheter with a thin dialysis fiber is introduced into the subcutaneous tissue under the skin. The Fiber becomes with isotonic liquid flushed. This rinsing liquid (Perfusion) is above a membrane of microdialysis fiber in constant exchange with the interstitial liquid in the vicinity of the catheter. Due to a concentration gradient glucose migrates from the interstitial fluid into the perfusion fluid (Measuring matrix) or vice versa. The flow rate through the catheter is chosen that at the exit of the catheter over the membrane equilibrium adjusts, i. the glucose concentration in the catheter interior is the same the glucose concentration in the interstitial fluid. The measurement matrix enriched with glucose from the interstitial fluid becomes the optical body comprehensive glucose sensor outside of the body pumped. There, the continuous determination of the glucose concentration.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung umschließt eine Membran den optischen Körper. Bei dieser Ausführungsform ist das volle oder teilweise Implantieren des von der Membran umgebenden optischen Körpers in ein interstitielle Flüssigkeit enthaltendes Gewebe vorgesehen. Um eine Verfälschung des Messergebnisses zu vermeiden, muss jedoch ein direkter Kontakt des optischen Körpers mit der Membran vermieden werden. Vorzugsweise sind daher zwischen dem optischen Körper und der Membran Abstandhalter angeordnet. Die Abstandhalter sind vorzugsweise eine Beschichtung des optischen Körpers oder Drähte aus Metall oder Kunststoff oder kunststoffbeschichtete Metalldrähte. Ein Metalldraht als Abstandhalter kann beispielsweise aus Gold, Nickel, Tantal, Platin oder anderen chemisch ausreichend stabilen Metallen oder Legierungen bestehen. Als Kunststoffdrähte können zum Beispiel Drähte aus PTFE oder Teflon®AF eingesetzt werden. Eine Beschichtung als Abstandhalter kann zum Beispiel als partielles Cladding des optischen Körpers vorliegen, wobei Bereiche ohne Cladding als Grenzfläche zwischen optischem Körper und Messmatrix dienen. Das partielle Cladding kann zum Beispiel aus niedrigbrechenden Kunststoffen hergestellt werden.In a preferred embodiment of the device according to the invention, a membrane encloses the optical body. In this embodiment, full or partial implantation of the optical body surrounding the membrane into tissue containing interstitial fluid is provided. In order to avoid a falsification of the measurement result, however, direct contact of the optical body with the membrane must be avoided. Preferably, therefore, spacers are arranged between the optical body and the membrane. The spacers are preferably a coating of the optical body or wires of metal or plastic or plastic-coated metal wires. A metal wire as a spacer may for example consist of gold, nickel, tantalum, platinum or other chemically sufficiently stable metals or alloys. As plastic wires, for example, wires made of PTFE or Teflon ® AF can be used. For example, a coating as a spacer may be present as a partial cladding of the optical body, areas without cladding serving as an interface between the optical body and the measuring matrix. The partial cladding can be made, for example, from low-refractive plastics.
Bei dieser besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine Membran den optischen Körper zumindest teilweise umschließt, kann der optische Körper zum Beispiel in ein Gehäuse eingebaut sein, dessen Wandungen zumindest teilweise durch eine Membran gebildet werden. Über die den optischen Körper und die Messmatrix umgebende Membran stellt sich ein diffusives Gleichgewicht mit der interstitiellen Flüssigkeit des Gewebes ein. Des Weiteren kann die Membran bei der vorliegenden Erfindung zusätzlich die Lichtquelle und/oder den Detektor zumindest teilweise umschließen. Beispielsweise können Lichtquelle und/oder Detektor ebenfalls in das den optischen Körper enthaltende Gehäuse eingebaut sein. Falls nur der optische Körper in ein solches Gehäuse eingebaut ist, so kann das von der Lichtquelle emittierte Licht durch ein geeignetes Fenster in das Gehäuse eingestrahlt werden und das von dem Detektor detektierte Licht das Gehäuse über ein weiteres oder dasselbe Fenster verlassen. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der optische Körper mit mindestens einem Lichtwellenleiter verbunden. Über den Lichtwellenleiter kann Licht von der Lichtquelle zum optischen Körper und/oder vom optischen Körper zum Detektor geleitet werden.For example, in this particular embodiment of the present invention where a membrane at least partially encloses the optical body, the optical body may be incorporated into a housing whose walls are at least partially formed by a membrane. About the optical body and the measuring matrix surrounding membrane is a diffusive Gleichge weight with the interstitial fluid of the tissue. Furthermore, in the present invention, the membrane may additionally at least partially enclose the light source and / or the detector. For example, the light source and / or detector may also be incorporated in the housing containing the optical body. If only the optical body is incorporated in such a housing, the light emitted by the light source can be radiated through a suitable window in the housing and the light detected by the detector leave the housing via another or the same window. In a preferred embodiment of the present invention, the optical body is connected to at least one optical waveguide. Light can be conducted from the light source to the optical body and / or from the optical body to the detector via the optical waveguide.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Membran eine Dialysemembran. Hochmolekulare Bestandteile aus der Körperflüssigkeit und Zellen können die Dialysemembran nicht passieren. Moleküle mittlerer Größe können sich über einen Zeitraum von Tagen in dem von der Dialysemembran umschlossenen Raum anreichern. Um sicherzustellen, dass etwaige dadurch verursachte Änderungen der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bestimmten Glukosekonzentration erkannt und kompensiert werden können, kann eine automatische interne Kalibration durchgeführt werden. In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der optische Körper durch eine Dialysehohlfasermembran umgeben, die in das Gewebe eines Patienten eingesetzt werden kann, insbesondere in subkutanes Gewebe, insbesondere in subkutanes Fettgewebe.In a preferred embodiment In the present invention, the membrane is a dialysis membrane. High molecular weight components of the body fluid and cells can Dialysis membrane does not happen. Medium sized molecules can spread over one Period of days in the space enclosed by the dialysis membrane accumulate. To ensure that any changes caused thereby the with the device according to the invention certain glucose concentration can be detected and compensated, one can automatic internal calibration are performed. In a special embodiment the device according to the invention is the optical body surrounded by a dialysis fiber membrane, which enters the tissue of a patient can be used, in particular in subcutaneous tissue, in particular in subcutaneous adipose tissue.
Als bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzte Dialysemembranen dienen zum Beispiel solche, die in Dialysatoren, die unter dem Handelsnamen Polyflux® von der Gambro Hospal GmbH (Planegg-Martinsried) vertrieben werden, eingebaut sind, oder Membranen mit ähnlichen Eigenschaften und angepassten Dimensionen. Auch Membranen anderer Hersteller und aus anderen Materialien können erfolgreich für den erfinderischen Zweck eingesetzt werden. Mit entscheidend für einen erfolgreichen Einsatz ist die Fähigkeit der Membran, den Kontakt des Gewebes mit dem optischen Körper dauerhaft auszuschließen und gleichzeitig sicherzustellen, dass es nicht zu intensiven Fremdkörperreaktionen des Gewebes kommt, in deren Verlauf sich eine Kapsel ausbilden kann, die den Glukosetransport aus dem Gewebe durch die Membran in die Messmatrix in intolerablem Ausmaß verlangsamt. Dazu kann die Membran mit geeigneten Modifizierungen ausgerüstet werden, die eine Proteinanlagerung verhindern, und die die Bildung von Gefäßen in einer sich ausbildenden Kapsel stimulieren. Die Membran muss demnach biokompatibel sein, wenn sie in das Gewebe eines Patienten implantiert wird. In diesem Sinne bedeutet Biokompatibilität, dass die Membran keine entzündliche Antwort hervorrufen wird, dass sie die Zelladhäsion nicht fördern und die Überwachsung nicht stimulieren wird. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Membran daher eine Beschichtung zur Verminderung der Anlagerung von Proteinen an der Membran auf. Beschichtungen, die die Anlagerung von Proteinen reduzieren, werden zum Beispiel von J. Hubbell (US 20030133963 A1, US 20020128234 A1) beschrieben. Eine geeignete angiogene Beschichtung wird zum Beispiel von der Dexcom, San Diego, USA bei langzeitimplantierten Glukosesensoren angewandt.As used in the device according to the invention dialysis membranes are, for example, those which are installed in dialyzers, which are sold under the trade name Polyflux ® by Gambro Hospal GmbH (Planegg-Martinsried), or membranes with similar properties and adapted dimensions. Also membranes of other manufacturers and of other materials can be used successfully for the inventive purpose. Critical to successful use is the ability of the membrane to permanently exclude tissue contact with the optic body, while ensuring that there is no excessive foreign body reaction of the tissue, during which a capsule can be formed which prevents glucose transport from the tissue Slows tissue through the membrane into the measurement matrix to an intolerable extent. For this, the membrane may be provided with suitable modifications that prevent protein attachment and stimulate the formation of vessels in a developing capsule. The membrane must therefore be biocompatible when implanted in the tissue of a patient. In this sense, biocompatibility means that the membrane will not elicit an inflammatory response, that it will not promote cell adhesion and will not stimulate overgrowth. In a preferred embodiment of the present invention, therefore, the membrane has a coating for reducing the attachment of proteins to the membrane. Coatings which reduce the attachment of proteins are described, for example, by J. Hubbell (US 20030133963 A1, US 20020128234 A1). A suitable angiogenic coating is used, for example, by Dexcom, San Diego, USA in long-term implanted glucose sensors.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das von der mindestens einen Lichtquelle emittierte Licht monochromatisch oder polychromatisch und liegt in einem Wellenlängenbereich von 200 nm bis 2500 nm, bevorzugt in einem Bereich von 350 nm bis 1500 nm. Als Lichtquelle kann beispielsweise eine Halogenlampe, eine LED, ein VCSEL oder ein anderer, gegebenenfalls durchstimmbarer Laser eingesetzt werden. Als Detektor dient bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Beispiel ein Photodetektor, vorzugsweise eine Photodiode oder ein Photowiderstand. Die Lichtquelle und/oder der Detektor können direkt an dem optischen Körper befestigt sein oder in einem definierten Abstand zu diesem angeordnet sein. Bei einem als Kreiszylinder ausgeführten stab- oder faserförmigen. optischen Körper wird insbesondere durch die Ausführung mit ebenen Grenzflächen die Möglichkeit geschaffen, die Lichtquelle und/oder den Detektor direkt auf den optischen Körper aufzubringen, z.B. aufzukleben, oder organische oder anorganische Photoelemente z.B. OLED's oder Photozellen direkt zu beschichten.In a preferred embodiment The present invention is that of the at least one light source emitted light is monochromatic or polychromatic and lies in a wavelength range from 200 nm to 2500 nm, preferably in a range of 350 nm to 1500 nm. As the light source, for example, a halogen lamp, an LED, a VCSEL or another, possibly tunable Lasers are used. As a detector is used in the device according to the invention for example, a photodetector, preferably a photodiode or a photoresistor. The light source and / or the detector can directly on the optical body be attached or arranged at a defined distance to this be. In a designed as a circular cylinder rod or fibrous. optical body in particular by the execution with flat interfaces the possibility created, the light source and / or the detector directly on the optical body to apply, e.g. stick, or organic or inorganic Photoelements e.g. OLEDs or photocells to coat directly.
Die Messmatrix ist bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise isotonisch, steril, pyrogenfrei und biokompatibel, da sie über die Membran in direktem Kontakt mit der interstitiellen Flüssigkeit steht. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Messmatrix (bereits vor dem Kontakt mit der interstitiellen Flüssigkeit) glukosehaltig. Es stellt sich auch in diesem Fall nach einer bestimmten Zeit ein diffusives Gleichgewicht ein, da Glukose in beiden Richtungen durch die Membran hindurch diffundieren kann. Diese Zeit ist bevorzugt kleiner als 600s, besonders bevorzugt kleiner als 180s.The Measurement matrix is preferably isotonic in the present invention, sterile, pyrogen-free and biocompatible, since they are in direct contact with the membrane Contact with the interstitial fluid stands. In a preferred embodiment The present invention is the measurement matrix (already before contact with the interstitial fluid) glukosehaltig. It also turns in this case for a specific Time a diffusive equilibrium, since glucose in both directions can diffuse through the membrane. This time is preferably smaller than 600s, more preferably less than 180s.
Um aufgrund von äußeren Einflüssen auftretende Veränderungen, die Einfluss auf die bestimmte Glukosekonzentration nehmen, zu erkennen und gegebenenfalls zu kompensieren, wird vorzugsweise eine automatische Kalibration der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt. Die automatische Kalibration wird vorzugsweise in vorbestimmten Abständen oder gesteuert durch einen Algorithmus, der die Glukosesignale entsprechend auswertet, durchgeführt.In order to detect and optionally compensate for changes occurring due to external influences which influence the determined glucose concentration, an automatic calibration of the method according to the invention is preferably carried out ßen device performed. The automatic calibration is preferably performed at predetermined intervals or under the control of an algorithm that appropriately evaluates the glucose signals.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Anordnung von Flüssigkeitsleitungen und Ventilen auf, die so angeordnet sind, dass die als Messflüssigkeit vorliegende Messmatrix gegen eine Kalibrationsflüssigkeit ausgetauscht werden kann. Die Kalibrationsflüssigkeit mit einem definierten und bekannten Glukosegehalt wird dazu aus einem Vorratsbehälter zum Beispiel mittels einer Pumpe oder durch manuellen Druck auf den Vorratsbehälter über eine Flüssigkeitsleitung in den zuvor mit Messmatrix gefüllten Raum der erfindungsgemäßen Vorrichtung gedrückt, so dass sie diese verdrängt. Die Kalibrationsflüssigkeit muss entweder mit solcher Geschwindigkeit an der Membran vorbeiströmen, dass die Diffusion von Glukose durch die Membran nicht zu einer merklichen Änderung der Glukosekonzentration der Kalibrationsflüssigkeit während der Kalibrationszeit führt oder die Vorrichtung muss ein Unterbrechungselement (zum Beispiel ein Ventil) aufweisen, das vorübergehend den Kontakt zwischen der als neue Messmatrix dienenden Kalibrationsflüssigkeit und der interstitiellen Flüssigkeit unterbricht. Das durch den Detektor während der Kalibrationszeit (zum Beispiel zwischen 5 und 20 Sekunden lang) detektierte Signal wird mit einem bei der bekannten Glukosekonzentration erwarteten Signal verglichen und aus der Abweichung ein Kalibrationsfaktor bestimmt, mit dem nach der Kalibration ermittelte Glukosekonzentrationen der interstitiellen Flüssigkeit korrigiert werden. Vorteilhafterweise wird zur Durchführung einer regelmäßigen Kalibration nur eine sehr geringe Menge an Kalibrationsflüssigkeit benötigt. Mittels dieser Kalibration können in vorteilhafler Weise Änderungen in den optischen Eigenschaften des optischen Körpers, in der Empfindlichkeit des Detektors, in der Leistung der Lichtquelle(n), in der Güte der Ein- und Auskopplung des Lichts in den optischen Körper oder die Anlagerung beispielsweise von Proteinen z.B. am optischen Körper oder der Membran erkannt und ggf. beseitigt oder ausgeglichen werden.According to one preferred embodiment of present invention, the device according to the invention has an arrangement of liquid lines and valves which are arranged so that the as a measuring liquid present measuring matrix are exchanged for a calibration liquid can. The calibration fluid with a defined and known glucose content becomes from a reservoir for example by means of a pump or by manual pressure the reservoir via a liquid line in the previously filled with measuring matrix Room of the device according to the invention pressed so that she displaces them. The calibration fluid must either flow past the membrane at such a speed that the diffusion of glucose through the membrane does not cause a noticeable change the glucose concentration of the calibration fluid during the calibration time leads or the device must have an interruption element (for example, a Valve), the temporary the contact between the calibration fluid serving as a new measurement matrix and the interstitial fluid interrupts. That through the detector during the calibration time (for example between 5 and 20 seconds) detected signal is expected with a known glucose concentration Signal compared and the deviation of a calibration factor determined, with the glucose concentrations determined after the calibration the interstitial fluid Getting corrected. Advantageously, to carry out a regular calibration only a very small amount of calibration liquid needed. through this calibration can in an advantageous manner changes in the optical properties of the optical body, in the sensitivity of the detector, in the power of the light source (s), in the quality of the coupling and decoupling of light into the optical body or the attachment of, for example, proteins, e.g. at the optical body or the membrane detected and possibly eliminated or compensated.
Die zur Kalibration aus dem den optischen Körper umgebenden Raum verdrängte Messflüssigkeit kann über eine Flüssigkeitsleitung in einen Waste-Behälter befördert werden oder an das die interstitielle Flüssigkeit enthaltende Gewebe abgegeben werden, zum Beispiel über einen verlängerten, dafür vorgesehen Teil der Membran. Die Abgabe an das Gewebe ist unproblematisch, da keine Reaktionsprodukte entstehen und die Flüssigkeit ihre Biokompatibilität behält. Vorratsbehälter und Waste-Behälter für die Mess- und die Kalibrationsflüssigkeit können aus dünnen, diffusionsdichten Folienbeuteln gebildet werden.The for calibration from the space surrounding the optical body displaced measurement fluid can over a liquid line in a waste container promoted or to the tissue containing the interstitial fluid be delivered, for example, over an extended, intended for it Part of the membrane. The delivery to the tissue is unproblematic, since no reaction products are formed and the liquid retains its biocompatibility. Reservoir and Waste containers for the Measuring and calibration fluid can from thin, diffusion-tight foil bags are formed.
Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein zusätzlicher optischer Körper vorgesehen sein, der ständig zumindest teilweise mit einer Kalibrationsflüssigkeit mit bekanntem Brechungsindex in Kontakt steht, die nicht mit der interstitiellen Flüssigkeit in Kontakt steht, oder der mit einem Cladding mit bekanntem Brechungsindex umgeben ist. Dieser zusätzliche optische Körper ist Bestandteil eines zusätzlichen Messzweiges (Komparatorzweig).Of Furthermore, in the device according to the invention an additional optical body provided be that constantly at least partially with a calibration liquid of known refractive index is in contact, not with the interstitial fluid in contact, or with a cladding of known refractive index is surrounded. This additional optical body is part of an additional Measuring branch (comparator branch).
Falls der zusätzliche optische Körper mit einer Kalibrationsflüssigkeit bekannter Konzentration in Kontakt steht, so weist diese Kalibrationsflüssigkeit einen geringeren Brechungsindex als der zusätzliche optische Körper auf. Ferner ist sie von der interstitiellen Flüssigkeit abgeschlossen, so dass sie ihre Zusammensetzung nicht ändert. Der Brechungsindex der Kalibrationslösung kann z.B. durch eine definierte Glukosekonzentration oder durch andere Inhaltsstoffe (beispielsweise Salze) eingestellt werden. Eine Änderung des Brechungsindizes der Kalibrationsflüssigkeit kann dann z.B. auf einer Temperaturänderung beruhen.If the additional one optical body with a calibration fluid known concentration in contact, so this calibration liquid has a lower refractive index than the additional optical body. Furthermore, it is completed by the interstitial fluid, so that she does not change her composition. The refractive index of calibration solution can e.g. through a defined glucose concentration or through other ingredients (for example, salts) can be adjusted. A change the refractive index of the calibration fluid may then be e.g. on a temperature change based.
Falls der zusätzliche optische Körper mit einem Cladding mit bekanntem Brechungsindex umgeben ist, so besteht dieses Cladding aus einem festen Material, welches einen kleineren Brechungsindex als der zusätzliche optische Körper aufweist. Das Cladding kann beispielsweise aus Teflon® AF von DuPont Fluoroproducts oder aus Polyvinylnonadecafluordecanoat gefertigt sein. Es hat vorzugsweise eine Dicke >1 μm.If the additional optical body is surrounded by a cladding of known refractive index, this cladding consists of a solid material which has a smaller refractive index than the additional optical body. The cladding may for example be made of Teflon ® AF from DuPont Fluoroproducts or Polyvinylnonadecafluordecanoat. It preferably has a thickness> 1 μm.
Es wird unter Verwendung des zusätzlichen optischen Körpers eine Vergleichsmessung durchgeführt, die es erlaubt, den Einfluss von Störgrößen, wie Temperaturänderung oder mechanische Einflüsse bei der Bestimmung der Glukosekonzentration mit dem ersten optischen Körper zu berücksichtigen. Der Komparatorzweig ändert seine Transmission mit der Temperatur oder mit einer mechanisch verursachten Biegung des optischen Körpers. Das Signal aus dem Komparatorzweig kann über einen geeigneten Algorithmus zur Korrektur des Signals aus dem Messzweig dienen und damit die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens erhöhen. Als Lichtquelle für den Komparatorzweig kann dieselbe Lichtquelle dienen, die auch den ersten optischen Körper bestrahlt. Dazu wird durch geeignete Maßnahmen das emittierte Licht auf beide optische Körper verteilt, zum Beispiel durch einen Beamsplitter. Bei einer Änderung der Intensität der Lichtquelle ändert sich auch das Signal aus dem Komparatorzweig. Damit ist es auch möglich, Schwankungen der Lichtintensität auszugleichen. Es kann jedoch auch eine weitere Lichtquelle zum Beleuchten des zusätzlichen optischen Körpers vorgesehen sein.A comparison measurement is carried out using the additional optical body, which makes it possible to take into account the influence of disturbances, such as temperature change or mechanical influences, in the determination of the glucose concentration with the first optical body. The comparator branch changes its transmission with temperature or with a mechanically induced bending of the optical body. The signal from the comparator branch can serve via a suitable algorithm for correcting the signal from the measuring branch and thus increase the accuracy and reliability of the device according to the invention and of the method according to the invention. As the light source for the comparator branch, the same light source can be used, which also irradiates the first optical body. For this purpose, the emitted light is distributed to both optical bodies by suitable measures, for example by a beam splitter. When the intensity of the light source changes, the signal from the comparator branch also changes. Thus, it is also possible fluctuations in the Compensate for light intensity. However, it can also be provided a further light source for illuminating the additional optical body.
Diese einfache automatische Kalibration kann bei der vorliegenden Erfindung auch bei einem vollimplantierten Messsystem durchgeführt werden. Kontrollmessungen der Glukosekonzentration mit Blut und mit zum Beispiel einem eine Trockenchemie enthaltenden Messstreifen sind aufgrund der Möglichkeiten zur automatischen Kalibration bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nur noch sehr selten notwendig.These Simple automatic calibration can be done in the present invention also be carried out in a fully implanted measuring system. control measurements the glucose concentration with blood and with for example one Dry chemistry containing gauges are due to the possibilities for automatic calibration in the device according to the invention only very rarely necessary.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden anstelle einer monochromatischen Lichtquelle mehrere monochromatische Lichtquellen oder eine Lichtquelle mit mehreren definierten Wellenlängen eingesetzt, um die optischen Körper der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu bestrahlen. Damit ist es möglich, eine bessere Korrelation der Glukosekonzentration in der Messmatrix und des Signals zu erhalten. Außer Glukose beeinflussen andere gelöste Inhaltsstoffe der interstitiellen Flüssigkeit den Brechungsindex der Messmatrix. Bei Messung der Transmission von Licht durch den optischen Körper bei einer einzigen Wellenlänge kann nicht zwischen einer Brechungsindexänderung durch Glukose oder durch andere Inhaltsstoffe unterschieden werden. Mit der Wellenlänge ändert sich der Brechungsindex der Messmatrix in Abhängigkeit von den gelösten Substanzen. Damit ist es möglich, durch Messung der Transmission bei zwei oder mehr Wellenlängen die Konzentration einer Substanz, insbesondere die Konzentration von Glukose, in einer Mehrkomponentenlösung wie der interstitiellen Flüssigkeit zu bestimmen.In another particular embodiment of the present invention are used instead of a monochromatic Light source multiple monochromatic light sources or a light source with several defined wavelengths used to the optical body the device according to the invention to irradiate. This makes it possible a better correlation of the glucose concentration in the measurement matrix and the signal. Except Glucose affects other dissolved ones Ingredients of the interstitial fluid the refractive index the measuring matrix. When measuring the transmission of light through the optical body at a single wavelength can not between a refractive index change by glucose or be differentiated by other ingredients. With the wavelength changes the refractive index of the measuring matrix as a function of the dissolved substances. This makes it possible by measuring the transmission at two or more wavelengths the Concentration of a substance, in particular the concentration of glucose, in a multi-component solution like the interstitial fluid to determine.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Temperatursensor und/oder einen Leitfähigkeitssensor zum Messen der Temperatur und/oder der Leitfähigkeit der Messmatrix. Durch die Sensoren lassen sich Temperatur- und Leitfähigkeitsänderungen erfassen und deren Auswirkungen auf die Transmission von Licht in dem optischen Körper mit geeigneten Algorithmen elektronisch kompensieren. Durch die Messung z.B. der elektrischen Leitfähigkeit der Messmatrix können Änderungen der Konzentration von Elektrolytbestandteilen der Messmatrix erfasst und mit Änderungen der Transmission verrechnet werden. Damit wird eine genauere Bestimmung der Glukosekonzentration in der Messmatrix und somit auch in der interstitiellen Flüssigkeit möglich. Anstelle einer einfachen Leitfähigkeitsmessung kann auch Impedanzspektroskopie eingesetzt werden. Damit wird die Genauigkeit weiter verbessert.In a preferred embodiment The present invention comprises the device according to the invention a temperature sensor and / or a conductivity sensor for measuring the Temperature and / or conductivity the measuring matrix. The sensors allow temperature and conductivity changes and their effects on the transmission of light in the optical body electronically compensate with suitable algorithms. By the Measurement e.g. The electrical conductivity of the measuring matrix can be changed the concentration of electrolyte components of the measuring matrix detected and with changes the transmission are charged. This will be a more accurate determination the glucose concentration in the measurement matrix and thus also in the Interstitial fluid possible. Instead of a simple conductivity measurement can also be used impedance spectroscopy. This will be the Accuracy improved further.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohle, nadelförmige, die Membran enthaltende Sonde zum Einführen in subkutanes Gewebe, das die interstitielle Flüssigkeit enthält, auf. Die nadelförmige Sonde hat vorzugsweise einen Durchmesser von 100 μm bis 1000 μm. Sie wird in das subkutane Gewebe eines Patienten eingeführt, wo die Membran mit der interstitiellen Flüssigkeit in Kontakt ist. Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können sich die Lichtquelle(n), der optische Körper und der Detektor in einem außerhalb des Gewebes angeordneten Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung befinden und der optische Körper wird dann über Flüssigkeitsleitungen mit Messflüssigkeit (Messmatrix) aus dem Bereich der Membran versorgt. Der optische Körper und gegebenenfalls auch die Lichtquelle und/oder der Detektor können aber auch im Bereich der Sonde angeordnet sein.In a preferred embodiment The present invention comprises the device according to the invention a hollow, needle-shaped, the membrane-containing probe for insertion into subcutaneous tissue, that the interstitial fluid contains on. The needle-shaped Probe preferably has a diameter of 100 microns to 1000 microns. she will introduced into the subcutaneous tissue of a patient, where the membrane with the interstitial fluid is in contact. In this embodiment the device according to the invention can the light source (s), the optical body and the detector in one outside the Tissue arranged part of the device according to the invention are and the optical body becomes then over fluid lines with measuring fluid (Measuring matrix) supplied from the area of the membrane. The optical body and optionally also the light source and / or the detector can but also be arranged in the region of the probe.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst bevorzugt ein Gehäuse mit der Energieversorgung für die Lichtquelle, den Detektor usw., mit einer Steuerelektronik, einer Signalverarbeitung, einem RF-Modul und optional mit einem Vorratsbehälter für eine Kalibrationslösung und mit einer Pumpe, wobei das Gehäuse bei einer eine Sonde enthaltenden Vorrichtung außerhalb des Gewebes bleibt: Ein Empfänger für das RF-Signal kann zum Beispiel als Display, Datenspeicher und Alarmgeber dienen.The inventive device preferably comprises a housing with the power supply for the light source, the detector, etc., with control electronics, a signal processing, an RF module and optionally with a reservoir for a calibration solution and with a pump, the housing in a device containing a probe outside the tissue remains: A receiver for the RF signal can serve as a display, data storage and alarm, for example.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Vorrichtung ein vollimplantierbares Messsystem, das zumindest die Membran, die Messmatrix und den optischen Körper enthält. Das Messsystem kann ferner ein Gehäuse umfassen, dessen Wände zumindest teilweise durch eine Membran gebildet werden. Das Gehäuse besteht aus einem biokompatiblen Material, insbesondere Metall oder Kunststoff. In dem Messsystem sind vorzugsweise außerdem die Lichtquelle(n) und der Detektor sowie die notwendigen elektrischen Verbindungen enthalten. Ferner kann eine von außen kontaktlos aufladbare Energieversorgung, eine Steuerelektronik, eine Signalverarbeitung, ein RF-Modul sowie ein Vorratsbehälter mit Kalibrationslösung, eine Pumpe, Flüssigkeitsleitungen und ein Waste-Behälter, optional ein Ventil, ein Temperatursensor und ein Leitfähigkeitssensor in dem Gehäuse des Messsystems angeordnet sein. Das Messsystem wird im subkutanen Gewebe implantiert, so dass die Membran sich in Kontakt mit interstitieller Flüssigkeit befindet. Bevorzugte Implantationsbereiche umfassen subkutanes Fettgewebe, Fettgewebe und den Abdominalraum. Um sehr lange Funktionszeiten zu erreichen, kann die Membran mit einer angiogenen Beschichtung versehen sein. Um Verfälschungen durch Bewegungen der Membran im Zusammenhang mit Bewegungen des Patienten zu minimieren, wird in einem Abstand von 2 bis 15 mm von der Membran auf dem Gehäuse eine Struktur, z.B. in Form von Rippen, angebracht, die das Gewebe an Relativbewegungen zur Membran behindert.In another preferred embodiment of the present invention, the device comprises a fully implantable measuring system containing at least the membrane, the measuring matrix and the optical body. The measuring system may further comprise a housing whose walls are at least partially formed by a membrane. The housing is made of a biocompatible material, in particular metal or plastic. The measuring system also preferably contains the light source (s) and the detector as well as the necessary electrical connections. Furthermore, an externally contactless rechargeable power supply, control electronics, signal processing, an RF module and a reservoir with calibration solution, a pump, liquid lines and a waste container, optionally a valve, a temperature sensor and a conductivity sensor can be arranged in the housing of the measuring system be. The measuring system is implanted in the subcutaneous tissue so that the membrane is in contact with interstitial fluid. Preferred implantation areas include subcutaneous adipose tissue, adipose tissue and the abdominal space. To achieve very long service life, the membrane may be provided with an angiogenic coating. In order to minimize distortions caused by movements of the membrane in connection with movements of the patient, a structure, for example in the form of a distance of 2 to 15 mm from the membrane on the housing of ribs attached, which obstructs the tissue from relative movements to the membrane.
Des Weiteren kann ein externer Empfänger für das RF-Signal, zum Beispiel eine Uhr oder ein PDA (Persönlicher digitaler Assistent) oder eine ähnliche Einrichtung als Display, Datenspeicher und Alarmgeber vorgesehen sein. Solch ein Empfänger kann auch mit mobilen Rufeinrichtungen, wie einem Mobiltelefon oder mit Lokalisationseinrichtungen wie GPS oder beiden kombiniert und operativ verbunden werden.Of Furthermore, an external receiver for the RF signal, for example, a watch or a PDA (Personal Digital Assistant) or a similar one Device provided as a display, data memory and alarm be. Such a receiver can also with mobile call devices, such as a mobile phone or with Localization facilities like GPS or both combined and operational get connected.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer glukosegesteuerten tragbaren oder implantierbaren Insulinpumpe kombiniert. Eine Insulinpumpe kann Insulin kontinuierlich oder als Bolus infundieren.In a preferred embodiment The present invention is the device of the invention with a glucose-controlled portable or implantable insulin pump combined. An insulin pump can use insulin continuously or as Infuse bolus.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Bestimmung der Konzentration von in interstitieller Flüssigkeit gelöster Glukose mit folgenden Schritten:
- (a) Kontaktieren einer Messmatrix mit der interstitiellen Flüssigkeit,
- (b) Beleuchten eines optischen Körpers mit Licht durch eine Lichtquelle, wobei der optische Körper zumindest teilweise mit der Messmatrix umgeben ist, und wobei der optische Körper einen Brechungsindex besitzt, der bei einer Glukosekonzentration der interstitiellen Flüssigkeit von 20 bis 800 mg/dL um 0,175 bis 0,00005, bevorzugt 0,1 bis 0,00005, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,00005 größer als der Brechungsindex der Messmatrix ist,
- (c) Detektieren des in einer bestimmten Richtung aus dem optischen Körper austretenden Lichts mittels eines Detektors und
- (d) Bestimmen der Konzentration der Glukose auf der Grundlage des in Schritt (c) detektierten Lichts.
- (a) contacting a measurement matrix with the interstitial fluid,
- (b) illuminating an optical body with light through a light source, wherein the optical body is at least partially surrounded by the measurement matrix, and wherein the optical body has a refractive index which is 0.175 at a glucose concentration of the interstitial fluid of 20 to 800 mg / dL is up to 0.00005, preferably 0.1 to 0.00005, particularly preferably 0.01 to 0.00005 greater than the refractive index of the measuring matrix,
- (c) detecting the light emerging from the optical body in a certain direction by means of a detector and
- (d) determining the concentration of glucose based on the light detected in step (c).
Dabei beziehen sich die angegebenen Brechungsindizes auf Luft von 20 bis 40°C und 101,3 kPa und auf Licht mindestens einer Wellenlänge oder eines Wellenlängenbereichs im UV-Bereich des Spektrums bis ins nahe Infrarot (NIR), außerhalb von eventuellen Absorptionsbanden des optischen Körpers, bevorzugt auf die D-Linie des Natrium.there The refractive indices given refer to air from 20 to 40 ° C and 101.3 kPa and to light of at least one wavelength or wavelength range in the UV range of the spectrum to the near infrared (NIR), outside of any absorption bands of the optical body, preferred on the D-line of sodium.
Für das erfindungsgemäße Verfahren gelten (soweit anwendbar) alle oben zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung getroffenen Aussagen.For the inventive method apply (if applicable) all above to the device according to the invention taken statements.
Das Beleuchten des optischen Körpers erfolgt mit monochromatischem Licht oder mit Licht mehrerer Wellenlängen. Die Beleuchtung erfolgt kontinuierlich oder in Pulsen mit einer Dauer von 1ps bis 1000s. Das Kontaktieren der Messmatrix mit der interstitiellen Flüssigkeit kann über eine für Glukose durchlässige Membran erfolgen.The Illuminating the optical body takes place with monochromatic light or with light of several wavelengths. The Lighting is continuous or in pulses of a duration from 1ps to 1000s. Contacting the measurement matrix with the interstitial liquid can over one for Glucose permeable Membrane done.
Vorzugsweise wird das Detektieren bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Reflexions- oder im Transmissionsmodus durchgeführt. Im Transmissionsmodus misst der Detektor das durch den optischen Körper (von der einen zu der anderen Seite) transmittierte Licht. Lichtquelle und Detektor sind dabei auf verschiedenen Seiten des optischen Körpers angeordnet. Im Reflexionsmodus wird das Licht durch den optischen Körper zu einer reflektierenden Oberfläche geleitet, reflektiert, zurückgeleitet und nahe der Position der Lichtquelle durch den Detektor detektiert.Preferably the detection in the method according to the invention in the reflection or in the transmission mode carried out. In transmission mode, the detector measures that through the optical body (from one side to the other) transmitted light. light source and detector are arranged on different sides of the optical body. In reflection mode, the light is transmitted through the optical body a reflective surface guided, reflected, returned and detected near the position of the light source by the detector.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die in Schritt (d) bestimmte Glukosekonzentration zur Steuerung der Insulinabgabe einer Insulinpumpe verwendet. Ferner wird vorzugsweise zur Kalibration die den optischen Körper zumindest teilweise umgebende Messmatrix in Schritt (a) durch eine Kalibrationslösung mit bekannter Zusammensetzung ersetzt, um eine Kalibration der Vorrichtung durchzuführen.In a particular embodiment the method according to the invention For example, the glucose concentration determined in step (d) is used to control used the insulin delivery of an insulin pump. Further, it is preferable for calibration at least partially surrounding the optical body Measuring matrix in step (a) by a calibration solution with known composition replaced to a calibration of the device perform.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.Based the drawing, the invention is explained in more detail below.
Es zeigt:It shows:
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
enthält jeweils
eine Lichtquelle
Bei
diesem Aufbau sind die Lichtquelle
Auf der Y-Achse ist die Transmission T in % und auf der X-Achse die Wellenlänge λ in nm aufgetragen. Als Messmatrix wurde Wasser mit 0,9% NaCl und 0 bis 1000 mg/dL Glukose verwendet.On the y-axis is the transmission T in% and on the x-axis the Wavelength λ in nm plotted. The measuring matrix was water with 0.9% NaCl and 0 to 1000 mg / dL glucose used.
Die
Kurven a bis h wurden bei verschiedenen Glukosekonzentrationen aufgenommen,
wobei die Glukosekonzentration von a nach h ansteigt. (a: 0 mg/dL
Glukose, h: 1000 mg/dL Glukose). Als optischer Körper
Auf
der Y-Achse ist die Verluste V in % (100% – Transmission T in %) und
auf der X-Achse die
Glukosekonzentration C in mg/dL aufgetragen. Die Kurve wurde mit
einer als optischer Körper
Es zeigt sich eine deutliche Signaländerung in Abhängigkeit von der Glukosekonzentration der Messmatrix.It shows a significant signal change in dependence from the glucose concentration of the measurement matrix.
Die
Vorrichtung wird im Transmissionsmodus betrieben. Der optische Körper
Die
implantierte Vorrichtung enthält
eine induktiv von außen
aufladbare Energieversorgungseinheit
Eine
Kalibration der erfindungsgemäßen Vorrichtung
kann durch ein kurzzeitiges Austauschen der Messmatrix
- 11
- Lichtquellelight source
- 22
- optischer Körperoptical body
- 33
- Detektordetector
- 44
- Membranmembrane
- 55
- eingekoppeltes Lichtbe coupled light
- 66
- Messmatrixmeasurement matrix
- 77
- interstitielle Flüssigkeitinterstitial liquid
- 8, 8'8th, 8th'
- total reflektiertes Lichttotal reflected light
- 9, 9'9 9 '
- gebrochenes Lichtbroken light
- 1010
- Grenzflächeinterface
- 1111
- emittiertes Lichtemitted light
- 1212
- Spiegelmirror
- 1313
- reflektiertes Lichtreflected light
- 1414
- Glukoseaustauschglucose exchange
- 1515
- Gehäusecasing
- 1616
- Drähtewires
- 1717
- Abstandhalterspacer
- 1818
- Hautskin
- 1919
- EnergieversorgungseinheitPower supply unit
- 2020
- Messzweigmeasuring branch
- 2121
- KomparatorzweigKomparatorzweig
- 2222
- SignalübertragungseinheitSignal transmission unit
- 2323
- externe Einheitexternal unit
- 2424
- zweiter optischer Körpersecond optical body
- 2525
- Claddingcladding
- 2626
- Kalibrationsflüssigkeitcalibration liquid
- 2727
- Ableitungderivation
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