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Gebiet der
Erfindung
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Das
Gebiet dieser Erfindung ist die Erfassung der Analytkonzentration,
insbesondere der Zugang zu physiologischem Fluid und der Bestimmung von
einem oder mehreren seiner Analytkonzentrationen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfassung von Analyten in physiologischen Fluiden, z.B. Blut oder
von Blut abgeleiteten Produkten, physiologischem Fluid usw., ist
für die heutige
Gesellschaft von stetig wachsender Bedeutung. Untersuchungen für die Analyterfassung
finden ihren Einsatz in einer Vielfalt von Anwendungen, einschließlich des
Testens im klinischen Labor, des Testens zu Hause usw., wobei die
Ergebnisse solcher Tests eine bedeutende Rolle bei der Diagnose
und Handhabung einer Vielfalt von Krankheitszuständen spielen. Interessierende
Analyte umfassen Glukose für
das Handhaben von Diabetes, Cholesterin und dergleichen. Als Antwort
auf diese wachsende Bedeutung der Analyterfassung ist eine Vielfalt
von Analyterfassungsprotokollen und Vorrichtungen sowohl für den Einsatz
in der Klinik als auch daheim entwickelt worden.
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Beim
Bestimmen der Konzentration eines Analyten in einer physiologischen
Probe muß zunächst eine
physiologische Probe erhalten werden. Das Erhalten der Probe hat
oftmals arbeitsaufwendige und komplizierte Vorrichtungen zur Folge
gehabt, die nicht einfach zu verwenden sein können oder teuer herzustellen
sein können.
Weiterhin kann die Prozedur zum Erhalten der Probe schmerzhaft sein.
Zum Beispiel wird Schmerz oftmals mit der Größe der Nadel verbunden, die
verwendet wird, um die physiologische Probe zu erhalten, und der
Tiefe, in die die Nadel eingeführt
wird. Abhängig
von dem Analyten und der Art des Tests, der benutzt wird, wird oftmals
eine relativ große
einzige Nadel oder dergleichen verwendet, um die erforderliche Menge
der Probe herauszuziehen.
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Der
Prozeß zum
Bestimmen der Analytkonzentration kann auch eine Vielzahl von Schritten
umfassen. Zunächst
wird eine Probe durch Einsatz eines Hautdurchstechungsmechanismus erlangt,
z.B. einer Nadel oder einer Lanzette, wobei das Erlangen auch die
Verwendung eines Probensammelmechanismus, z.B. eines Kapillarrohres,
mit sich bringen kann. Als nächstes
muß die
Probe dann zu einer Prüfvorrichtung überführt werden,
z.B. einem Teststreifen oder dergleichen, und dann wird oftmals
der Teststreifen zu einer Meßvorrichtung,
so wie einem Meßgerät, überführt. Somit
werden die Schritte des Erlangens der Probe, des Sammelns der Probe,
des Überführens der
Probe zu einem Biosensor und des Messens der Analytkonzentration
in der Probe oftmals als getrennte aufeinanderfolgende Schritte
mit verschiedenen Vorrichtungen und Instrumenten durchgeführt.
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Wegen
dieser Nachteile ist es bei Patienten, bei denen eine häufige Überwachung
eines Analyten erforderlich ist, nicht unüblich, daß sie sich beim Selbstüberwachen
einfach unbehaglich fühlen.
Bei Diabetes zum Beispiel führt,
wenn das Messen ihres Glukosepegels auf einer vorgeschriebenen Basis ausfällt, dies
zu einem Mangel an Information, die notwendig ist, den Glukosepegel
richtig zu kontrollieren. Nicht kontrollierte Glukosepegel können sehr
gefährlich
und sogar lebensbedrohend sein.
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Fortschritte
sind in der Technologie zur Erfassung von Analyten gemacht worden,
um die Nachteile der oben beschriebenen Testprotokolle zu überwinden.
Ein Hauptfortschritt ist die Integration der Einrichtung zum Zugriff
auf physiologisches Fluid und die Einrichtung zum Testen des Fluids
auf das Vorliegen und/oder die Konzentration des interessierenden Analyten,
z.B. Glukose. Genauer umfassen solche integrierten Vorrichtungen
einen Biosensor mit einem damit integrierten, die Haut durchstechenden
Element, so wie einer Mikronadel. Solche beispielhaften Vorrichtungen
sind zum Beispiel in der EP-A-1 184 121 offenbart.
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Das
Dokument
DE 198 19 407 offenbart
eine Vorrichtung, wie sie in dem einleitenden Teil von Anspruch
1 definiert ist.
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Trotz
solcher Fortschritte gibt es ein andauerndes Interesse bei der Entwicklung
neuer Vorrichtungen und Verfahren zur Verwendung bei der Bestimmung
von Analytkonzentrationen in einer physiologischen Probe. Von besonderem
Interesse würde die
Entwicklung von Systemen zur Bestimmung von Analytkonzentrationen
mit integrierten Fluidzugriffs- und Prüffunktionen sein, und Einsatzverfahren
dafür, die
automatisiert sind, um die Handhabung durch den Benutzer zu minimieren,
zweckmäßig und
einfach sind und die Tragbarkeit verbessern.
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Die
vorliegende Erfindung ist wie in den angefügten Ansprüchen definiert.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Systeme
und Vorrichtungen zum Zugreifen auf physiologisches Fluid und Bestimmen
der Konzentration eines oder mehrerer Analyten von diesem. Die vorliegenden
Systeme stellen eine Kassettenvorrichtung zur Verfügung, welche
eine Vielzahl von einmal einsetzbaren Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen
enthalten. Die Kassettenvorrichtungen der vorliegenden Erfindung
haben einen flachen oder planaren Aufbau und haben bevorzugt eine
Scheibenform, können
jedoch eine längliche Form
haben. Die Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen sind
innerhalb der Kassette in einer Reihenanordnung vorgesehen, bevorzugt
gleich voneinander beabstandet, parallel zu einem Weg, entlang dem
sich die Bewegung oder Drehung der Kassette hervorgerufen wird.
Bei scheibenförmigen Kassetten
liegt eine solche Reihenanordnung um einen Umfang der Kassette herum.
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Die
vorliegenden Systeme umfassen weiter eine Gehäusestruktur, in die eine Kassette
zum Betrieb geladen wird. Die Gehäusestruktur hat bevorzugt einen
zur Haut weisenden Teil und/oder eine Oberfläche, an welcher eine darin
geladene Kassette an einem Bereich der Haut des Benutzers angebracht
ist. Das Gehäuse
ist bevorzugt so aufgebaut, daß es über längere Zeitabschnitte
an der Haut gehalten wird. Zu diesem Zweck kann das Gehäuse einen „Uhrenarmband"-Aufbau haben, der
an einem Gliedmaßenbereich
getragen wird, z.B. einem Handgelenk oder einem Unterarm des Benutzers,
oder kann einen Aufbau haben, so wie einen im wesentlichen ebenen
Aufbau, für
den Haftkontakt mit einem geeigneten Ort, z.B. Rumpf, Schenkel,
Hüfte usw., auf
dem Körper
des Benutzers.
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Jede
Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung hat einen Biosensor,
der mit einem die Haut durchdringenden oder stechenden Element zum
Durchdringen, Schneiden oder Stechen der Haut integriert ist, und
umfaßt
bei einigen Ausführungsformen
auch einen Fluidsammelkanal oder Überführungsweg zum Überführen des
innerhalb der Haut aufgenommenen physiologischen Fluides zu dem
Biosensorteil der Vorrichtung. Die Biosensoren können einen elektrochemischen,
photometrischen oder colorimetrischen Aufbau haben, bei dem sie eine
Messung bei dem abgenommenen Fluid durchführen. Bei einigen Ausführungsformen
haben die Biosensorvorrichtungen einen im allgemeinen planaren Aufbau,
bei dem sich we nigstens ein die Haut durchstechendes Element von
der Biosensorvorrichtung erstreckt. Bei bestimmten dieser Ausführungsformen erstreckt
sich das die Haut durchstechende Element im wesentlichen in derselben
Ebene wie die planare Biosensorvorrichtung, während bei anderen Ausführungsformen
sich das die Haut durchstechende Element in eine Richtung im wesentlichen
quer zu dem planaren Aufbau der Biosensorvorrichtung erstreckt. Genauer
sind bei einigen Ausführungsformen
die Biosensorvorrichtungen als Teststreifen ausgestaltet, bei denen
sich das die Haut durchstechende Element von einem Element oder
einer Komponente, z.B. einem Substrat, einer Elektrode oder Abstandhalterschicht,
des Teststreifens erstreckt. Bestimmte andere Ausführungsformen
stellen ein Rahmenelement mit einem planaren Aufbau zur Verfügung, das
ein Biosensorkissen oder einen Streifen und ein Mikrostechelement
auf derselben planaren Fläche
trägt und integriert
hat, die jedoch voneinander beabstandet sind, um die Funktion der
bestimmten Vorrichtung zu erleichtern. Bei noch weiteren Ausführungsformen
ist eine gewinkelte Struktur vorgesehen, die sich distal in wenigstens
eine Mikronadel-Ausbildung erstreckt und die eine Biosensorkammer
an ihrem proximalen Ende trägt.
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Die
vorliegenden Systeme umfassen weiterhin ein Meßgerät, das innerhalb der Gehäusestruktur untergebracht
ist, zum Analysieren des physiologischen Fluides, das von den Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen
erhalten wird. Verbinder oder Kontakte sind vorgesehen, um für den Betrieb
die Biosensorvorrichtungen mit dem Meßgerät zu koppeln, wobei das Meßgerät die erforderlichen
Signale für
die Biosensorvorrichtungen liefert, um die untersuchende Messung
durchzuführen,
und eine Einrichtung zum Bestimmen des Wertes einer solchen Messung
umfaßt.
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Das
vorliegende System stellt weiterhin eine Einrichtung zum betriebsmäßigen Bewegen,
z.B. Vorbewegen und Zurückbewegen,
einer vorliegenden Kassette relativ zu einer Öffnung in der Gehäusestruktur
zur Verfügung,
zum Freilegen und Verbergen einer individuellen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung
durch die Öffnung
zu einem Zugriffsort auf der Haut des Benutzers. Als Alternative
ist wenigstens ein Teil der mit Öffnung
versehenen Gehäusestruktur
bewegbar, um eine individuelle Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung
freizulegen und nicht freizulegen. Eine solche Bewegung der Kassette
bringt die freiliegenden Biosensorvorrichtungen in die betriebliche
Verbindung, über
Verbinder und Kontakte, zu dem Meßgerät.
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Während die
Biosensorvorrichtungen sich zusammen mit der Kassettenvorrichtung
bewegen, ist bei einigen Ausführungsformen
jede Biosensorvorrichtung für
den Betrieb an der Kassettenvorrichtung befestigt, so daß sie relativ
zu der Kassettenvorrichtung bewegbar ist, um so den Winkel zu optimieren,
unter dem die Haut von dem die Haut durchstechenden Mittel durchstochen
werden soll, um somit den Schmerz für den Patienten und die Verletzung
an der Haut zu verringern. Solche Bewegung hat die Ablenkung und/oder
Drehung einer Biosensorvorrichtung um eine Achse zur Folge, die
sich radial oder senkrecht zu dem Weg erstreckt, durch den sich
die Biosensoren bei der Verschiebung der Kassettenvorrichtung bewegen.
Die Bewegung der Biosensorvorrichtungen relativ zu der Kassette
wird hauptsächlich passiv
erreicht, so wie durch Komponenten, die in der Gehäusestruktur
relativ zu der Kassette befestigt sind, zum Vorbewegen oder Ablenken
jeder individuellen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung
durch die Gehäuseöffnung in
Richtung auf einen Zugriffsort bei dem Benutzer, zum Durchdringen
des Zugriffsortes mit dem die Haut durchstechenden Element und dann
zum Herausziehen oder Zurückziehen
der Vorrichtung von dem Zugriffsort. Solche Komponenten umfassen,
sind jedoch nicht beschränkt
auf Rampenstrukturen und Clipmechanismen.
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Die
vorliegenden Systeme können
weiter einen Controller umfassen, so wie in der Form eines Mikroprozessors,
zum Steuern der Funktion des Meßgeräts und der
Bewegung der Kassetten- und der
Biosensorvorrichtungen und zum Speichern von dazu in bezug stehenden
Daten. Der Controller ist programmierbar, wodurch das Untersuchungsprotokoll
und dessen Zeitgebung entsprechend Softwarealgorithmen maßgeschneidert
werden kann. Solche Algorithmen sind für die „kontinuierliche" Überwachung der Konzentration
eines Analyten in einem Benutzer vorgesehen, d.h. zum automatischen
Messen der Konzentration eines Analyten in einem Benutzer entsprechend
einem vorbestimmten Zeitplan, z.B. an zwei oder mehr Punkten über eine
gegebene Zeitdauer. Das System kann auch für den Benutzer vorsehen, eine
Untersuchung „auf
Anfrage" zu implementieren,
wobei dadurch das kontinuierliche Überwachungsprotokoll überschrieben
wird. Solche Messungen der Analytkonzentration werden von dem Mikroprozessor
oder einer anderen Speichereinrichtung zum sofortigen oder späteren Wiedergewinnen durch
den Benutzer oder einen Arzt gespeichert. Die vorliegenden Systeme
können
weiter eine Anzeigevorrichtung zum Anzeigen der Ergebnisse der Untersuchung
und andere sachdienliche Information umfassen. Bei bestimmten Ausführungsformen
umfassen solche Systeme eine Einrichtung zum Kommunizieren mit externen
Vorrichtungen für
die Übertragung
und den Empfang von Information und Daten, die zu den Untersuchungsergeb nissen,
dem Untersuchungsprogramm, dem Benutzer, der wegwerfbaren Kassette
usw. in bezug stehen.
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Beim
Ausführen
der vorliegenden Verfahren werden Untersuchungsprotokolle implementiert,
welche das Zugreifen auf physiologisches Fluid durch Durchstechen
der Haut des Benutzers mit dem die Haut durchstechenden Element,
Sammeln des zugegriffenen physiologischen Fluides in dem Biosensor und
Messen des einen oder mehrerer Targetanalyte innerhalb des physiologischen
Fluides umfassen. Jedes Untersuchungsprotokoll umfaßt das Vorbewegen oder
die Bewegung der Kassette oder einer dieser zugewiesenen Öffnung in
eine erste Richtung, was bewirkt, daß das die Haut durchstechende
Element einer integrierten Biosensorvorrichtung die Haut durchdringt,
gefolgt von der Bewegung der Kassette oder Öffnung in eine zweite Richtung,
was für
das Entfernen des die Haut durchstechenden Elementes von der Haut
sorgt, wobei dieses Bewegungsprofil für den Zugriff auf das physiologische
Fluid und die Bestimmung der Analytkonzentration durch den Biosensor
sorgt. Das Vorbewegen der Kassette oder Öffnung kann manuell von dem
Benutzer oder angetrieben von einem Motor, welcher von dem Controller
gesteuert wird, durchgeführt
werden. Ein solches Vorbewegen und Hautdurchstechen kann automatisch entsprechend
einem vorprogrammierten Zeitplan oder nach Wunsch des Benutzers
durchgeführt
werden.
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Die
vorliegenden Systeme, Vorrichtungen und Verfahren zum Verwenden
derselben finden Einsatz beim Bereitstellen einer Schnittstelle
für das
wiederholte Zugreifen auf Fluid und die Probennahme zwischen einem
Sensor und einem Ziel-Hautort zum Bestimmen einer chemischen Eigenschaft
des abgenommenen Fluides, typischerweise der Konzentration aus einer
Vielfalt unterschiedlicher Analyten des physiologischen Fluides
und am typischsten der Konzentration von Glukose. Das vorliegende
System und die Vorrichtungen können
in der fortwährenden
Messung eines interessierenden Analyten ohne die Probleme verwendet
werden, die mit implantierbaren Analytsensoren erfahren worden sind.
Zum Beispiel, da einmal verwendbare, im wesentlichen schmerzlose
Analytmeßeinrichtungen
benutzt werden, werden Reizung und Schmerz beim Benutzer vermieden. Weiterhin
brauchen die benutzten individuellen Meßeinrichtungen nicht vor der
Verwendung kalibriert zu werden. Zusätzlich, in bezug auf die Glukose,
können die
vorliegenden Vorrichtungen und Verfahren nicht nur benutzt werden,
um schnell und genau das Auftreten eines hypo- oder hyperglykämischen
Ereignisses ohne Teilnahme oder Eingriff eines Leitrechners erfassen,
sondern sie können
auch benutzt werden, um schnell das Auftreten von hypo- und hyperglykämischen
Zuständen
vorherzusa gen und somit für eine
verbesserte Verwaltung des Blutzuckermetabolismus zu sorgen, mit
dem diese Krankheitszustände verbunden
sind. Somit stellt die vorliegende Erfindung einen wichtigen Beitrag
zu der Technik dar.
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Diese
und weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden
den Fachleuten beim Lesen der Einzelheiten der Verfahren und Systeme
der vorliegenden Erfindung deutlich, die vollständiger hiernach beschrieben
werden.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1A ist
eine Explosionsansicht einer Ausführungsform einer elektrochemischen
Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung, die zur Verwendung
mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der vorliegenden Erfindung
geeignet ist. 1B ist eine perspektivische
Ansicht der zusammengebauten Vorrichtung der 1A.
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2A ist
eine Explosionsansicht einer Ausführungsform einer colorimetrischen
oder photometrischen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung,
die zur Verwendung mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der
vorliegenden Erfindung geeignet ist. 2B ist
eine perspektivische Ansicht der zusammengebauten Vorrichtung der 2A.
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3 veranschaulicht
noch eine weitere Ausführungsform
einer elektrochemischen Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung,
die zur Verwendung mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der
vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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4 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform
einer elektrochemische Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung,
die zur Verwendung mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der
vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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5A veranschaulicht
noch eine weitere Ausführungsform
einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung, die zur
Verwendung mit den Kassettenvorrichtungen und Systemen der vorliegenden
Erfindung geeignet ist. 5B ist
eine vergrößerte Ansicht
des die Haut durchstechenden Elementes der Vorrichtung der 5A.
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6A ist
eine Draufsicht auf eine Ausführungsform
des Systems der vorliegenden Erfindung mit einem benutzerfreundlichen,
tragbaren Aufbau. 6B ist eine Seitenansicht des
Systems der 6A entlang der Linie B-B. 6C ist
eine Ansicht des Systems der 6B von
unten, entlang der Linie C-C. 6D veranschaulicht
das System der 6A, 6B und 6C in
einem offenen Zustand, wobei eine Kassettenvorrichtung der vorliegenden
Erfindung freigelegt ist, die zum Betrieb innerhalb des Gehäuses des
vorliegenden Systems angeordnet ist.
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7A ist
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Kassettenvorrichtung
der vorliegenden Erfindung. 7B ist
eine Ansicht eines vergrößerten weggeschnittenen
Teiles der Kassettenvorrichtung der 7A, die
zum Betrieb mit einem Bodenteil eines Systemgehäuses im Eingriff ist, das eine
Ausführungsform
einer Bewegungseinrichtung für
den Biosensor der vorliegenden Erfindung hat.
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8A bis 8F liefern
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Bewegungseinrichtung
für den
Biosensor eines Systems der vorliegenden Erfindung und die schrittweise
Bewegung einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung
der 1, 2 oder 3 auf
einer Kassette der vorliegenden Erfindung.
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9A bis 9G liefern
eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform
einer Bewegungseinrichtung für
einen Biosensor eines Systems der vorliegenden Erfindung und die
schrittweise Bewegung einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung
der 4 auf einer Kassette der vorliegenden Erfindung.
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10A bis 10C liefern
eine schematische Darstellung der schrittweisen Bewegung einer Kassette
der vorliegenden Erfindung, die mit der Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung
der 4 benutzt wird.
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11A veranschaulicht eine „Uhrenarmband"-Ausführungsform
des vorliegenden Systems. 11B veranschaulicht
eine „Bund"-Ausführungsform
des vorliegenden Systems, das mit und in Kommunikation mit einer
Fernsteuervorrichtung verwendet wird.
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Genaue Beschreibung
der Erfindung
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Bevor
die vorliegende Erfindung beschrieben wird, soll verstanden werden,
daß diese
Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
ist, da solche natürlich variieren
können.
Es soll auch verstanden werden, daß die hierin verwendete Bezeichnungsweise
nur zum Zwecke des Beschreibens bestimmter Ausführungsformen ist und nicht
als beschränkend
beabsichtigt ist, da der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch
die angefügten
Ansprüche
beschränkt
sein wird.
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Wenn
ein Bereich von Werten zur Verfügung gestellt
wird, wird verstanden, daß jeder
dazwischenliegende Wert, auf das Zehntel der Einheit der unteren
Grenze, wenn nicht der Kontext es deutlich anders diktiert, zwischen
dem oberen und unteren Grenzwert des Bereiches und irgendein anderer
genannter oder dazwischenliegender Wert in dem genannten Bereich
von der Erfindung umfaßt
ist. Die oberen und unteren Grenzen dieser kleineren Bereiche können unabhängig in
den kleineren Bereichen umfaßt
sein, dies ist auch von der Erfindung umfaßt, vorbehaltlich irgendwelcher
bestimmter ausgeschlossener Grenzen in dem genannten Bereich. Wenn
der genannte Bereich einen oder beide Grenzen umfaßt, sind
Bereiche, die einen oder beide dieser eingeschlossenen Grenzen ausschließen, auch in
der Erfindung enthalten.
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Wenn
nicht anders definiert, haben alle technischen und wissenschaftlichen
Ausdrücke,
die hierin verwendet werden, dieselbe Bedeutung, wie sie üblicherweise
von jemandem mit üblichen
Fähigkeiten
in der Technik, zu der diese Erfindung gehört, verstanden werden würden. Obwohl
jegliche Verfahren und Materialien ähnlich oder äquivalent
denjenigen, die hierin beschrieben sind, auch beim Ausführen oder
Prüfen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, werden nun die bevorzugten
Verfahren und Materialien beschrieben.
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Es
muß angemerkt
werden, wie es hierin und in den angefügten Ansprüchen benutzt wird, die Singularformen „ein/eine/eines" und „der/die/das" den Bezug auf den
Plural umfassen, wenn nicht der Kontext dieses deutlich anders diktiert.
Somit umfaßt
zum Beispiel der Bezug auf „einen
Teststreifen" eine
Vielzahl solcher Teststreifen und der Bezug auf „die Vorrichtung" umfaßt den Bezug
auf eine oder mehrere Vorrichtungen und Äquivalente dazu, die den Fachleuten
bekannt sind, und so weiter.
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Die
hierin diskutierten Veröffentlichungen werden
nur für
ihre Offenbarung vor dem Anmeldetag der vorliegenden Erfindung zur
Verfügung
gestellt. Nichts hierin soll als ein Zugeständnis ausgelegt werden, daß die vorliegende
Erfindung nicht berechtigt ist, eine solche Veröffentlichung aufgrund der früheren Erfindung
vorzudatieren. Weiter können
die Veröffentlichungsdaten,
die zur Verfügung
gestellt werden, von den tatsächlichen
Veröffentlichungsdaten unterschiedlich
sein, was unabhängig
zu bestätigen sein
mag.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun in Einzelheiten beschrieben werden.
Beim weiteren Beschreiben der vorliegenden Erfindung werden zunächst beispielhafte
integrierte Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen
beschrieben, die für die
Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Als nächstes werden
die beanspruchten Systeme und Kassettenvorrichtungen beschrieben, gefolgt
von einer Beschreibung der verschiedenen Verfahren des Verwendens
der beanspruchten Systeme, und Vorrichtungen ebenso wie Verfahren
zum Steuern des Prüfens
von physiologischen Probeneigenschaften werden dann beschrieben.
Schließlich wird
eine Kurzbeschreibung der beanspruchten Sets gegeben, wobei die
Sets die beanspruchten Kassetten und/oder Systeme zum Verwenden
beim Ausführen
der vorliegenden Verfahren umfassen.
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In
der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung im Kontext
der Anwendung der Messung von Analytkonzentrationen beschrieben;
jedoch ist solches nicht als beschränkend gedacht, und die Fachleute
werden erkennen, daß die
vorliegenden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren nützlich bei
der Messung anderer physikalischer und chemischer Eigenschaften
biologischer Substanzen sind, z.B. der Blutkoagulationszeit, dem
Blutcholesterinwert usw.
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Beispielhafte Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen
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Verschiedene
unterschiedliche Ausführungsformen
von Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen (hierin
auch als Biosensorvorrichtungen bezeichnet) können mit der vorliegenden Erfindung
benutzt werden. Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen,
die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, haben
typischerweise eine Biosensorkomponente in der Form eines Teststreifens
oder Kissens, so wie einen elektrochemischen, colorimetrischen oder
photometrischen Teststreifen, und haben eine die Haut durchstechende
Komponente in der Form einer Mikronadel oder einer Mikrolanzette.
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Mit
Bezug nun auf die 1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4, 5A und 5B sind
solche beispielhaften Vorrichtungen gezeigt.
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Die 1A und 1B veranschaulichen eine
solche beispielhafte Biosensorvorrichtung 2, die in der
ebenfalls anhängigen
US-Patentanmeldung, auf die oben Bezug genommen ist, offenbart ist,
die die anwaltliche Akte Nr. 035 hat, hierin durch Bezugnahme aufgenommen.
Die Biosensorvorrichtung 2 umfaßt einen elektrochemischen
Teststreifenaufbau und eine damit integrierte Mikronadel 6.
Der Biosensor ist durch eine elektrochemische Zelle definiert, die
im allgemeinen zwei beabstandete und gegenüberliegende Elektroden 3 und 5 hat,
die jeweils hierin als untere Elektrode 3 und obere Elektrode 5 bezeichnet
werden. Wenigstens die Oberflächen
der Elektroden 3 und 5, die einander zugewandt
sind, bestehen aus einer leitenden Schicht 8 bzw. 16,
so wie einem Metall, das auf einem inerten Substrat 4 bzw. 18 abgeschieden
ist. Der Abstand zwischen den beiden Elektroden ist das Ergebnis
des Vorliegens einer Abstandsschicht 12, die zwischen den
Elektroden angeordnet oder eingeschlossen ist. Die Abstandschicht 12 hat
bevorzugt doppelseitiges Klebemittel, um die Elektroden 3 und 5 zusammenzuhalten.
Die Abstandschicht 12 ist gestaltet oder geschnitten, um eine
Reaktionszone oder -fläche 9 zur
Verfügung
zu stellen. Ein Redoxreagenzsystem oder eine Zusammensetzung liegt
innerhalb der Reaktionszone 9 vor und ist besonders ausgesucht,
mit den ins Ziel gefaßten
Komponenten in der Fluidprobe während
einer Untersuchung der Probe zu wechselwirken. Das Redoxreagenzsystem
ist auf der leitenden Schicht der oberen Elektrode 5 abgeschieden,
wobei, wenn es in einer vollständig
zusammengesetzten Form vorliegt (in 1B gezeigt)
das Redoxreagenzsystem innerhalb der Reaktionszone 9 liegt.
Mit einem solchen Aufbau dient die untere Elektrode 3 als
eine Gegen-/Referenzelektrode, und die obere Elektrode 5 dient
als die Arbeitselektrode der elektrochemischen Zelle. Bei anderen
Ausführungsformen
jedoch, abhängig
von der Spannungssequenz, die an die Zelle angelegt ist, kann die
Rolle der Elektroden umgekehrt werden, so daß die untere Elektrode 3 als
eine Arbeitselektrode dient und die obere Elektrode 5 als eine
Gegen-/Referenzelektrode dient.
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Die
Mikronadel 6 ist einstückig
ausgebildet mit und erstreckt sich von und in derselben Ebene wie
die untere Elektrode 3 und endet distal in einer scharf
angeschrägten
Spitze 24, welche das Eindringen in die Haut des Verwenders
erleichtert. Die Mikronadel 6 stellt weiter eine raumdefinierende
Ausgestaltung in der Form einer konkaven Ausnehmung 20 innerhalb
ihrer oberen Fläche
zur Verfügung.
Eine solche Ausnehmung erzeugt einen entsprechenden Raum innerhalb
des Hautgewebes beim Eindringen der Mikronadel 6 in die
Haut. Dieser Raum wirkt als ein Probenfluid-Sammelbehälter oder
Sammelbereich, wobei Fluid, das beim Durchdringen freigegeben wird,
innerhalb des Raumes vor dem Übertragen in
die elektrochemische Zelle gesammelt wird. Als Option kann die Mikronadel 6 weiter
eine Öffnung 22 in
Fluidverbindung mit der Ausnehmung 20 umfassen, um die
Sammelgeschwindigkeit des physiologischen Fluides innerhalb des
definierten Sammelbereiches zu verbessern.
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Die
Biosensorvorrichtung 2 umfaßt weiter einen Probenfluidübergangs-
oder -abziehweg oder -kanal 10, der sich von der Ausnehmung 20 in
den Biosensor erstreckt. Wenigstens ein Teil des proximalen Endes 10a des
Weges liegt innerhalb des Biosensorteiles der Vorrichtung 2,
insbesondere innerhalb der Reaktionszone 9, und ein Teil
des distalen Endes 10b des Weges 10 liegt innerhalb
der Mikronadel 6. Der Weg 10 ist so bemessen,
daß er
eine Kapillarkraft auf Fluid innerhalb des Sammelbereiches, der durch
die Ausnehmung 20 definiert ist, ausübt und zieht oder saugt physiologische
Probe in die Reaktionszone 9. Subkanäle 15 erstrecken sich
seitlich vom proximalen Teil 10a des Weges 10 in
das Innere eines Teiles oder der Gesamtheit der Reaktionszone 9.
Die Subkanäle 15 erleichtern
das Füllen
der Reaktionszone 9 mit dem abgenommenen Fluid.
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Die 2A und 2B veranschaulichen eine
weitere zweckmäßige Ausführungsform
einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung 10,
die auch in der ebenfalls anhängigen
US-Patentanmeldung mit der anwaltlichen Akte Nr. LIFE-035 offenbart
ist. Die Vorrichtung 30 hat einen Aufbau mit einem photometrischen/colorimetrischen
Biosensor und eine damit integrierte Mikronadel 32. Der
colorimetrische oder photometrische Biosensor besteht im allgemeinen
aus wenigstens den folgenden Komponenten: einem Trägerelement
oder Substrat 34, das entweder aus einem inerten Material,
so wie Kunststoff, oder einem metallischen Material hergestellt
ist, einer Matrixfläche 36 zum
Aufnehmen einer Probe, einer Reagenzzusammensetzung (nicht als eine strukturelle
Komponente gezeigt) innerhalb der Matrixfläche 36, die typischerweise
eines oder mehrere Elemente eines ein Signal für die Oxidation eines Analyten
erzeugendes System umfaßt,
einer Belüftungsöffnung (nicht
gezeigt) und einer oberen Schicht 38, die wenigstens die
Matrix 36 überdeckt. Bei
anderen Ausführungsformen
kann die obere Schicht 38 eine Membran sein, welche eine
in diese imprägnierte
Reagenzzusammensetzung enthält, während die
Matrixfläche 36 Reagenzzusammensetzung
enthalten kann oder nicht. Weiter hat der Teststreifen 30 eine
doppelseitige Klebmittelschicht 40, die sich zwischen dem
Substrat 34 und der Membran 38 befindet, um sie
zusammenzuhalten. Die doppelseitige Klebmittelschicht 40 hat
einen ausgeschnittenen Teil 42, der der Fläche ent spricht,
die durch die Matrix 36 abgedeckt ist, und definiert eine
Fläche zum
Ablegen das abgenommenen physiologischen Fluides und für die verschiedenen
Elemente des signalerzeugenden Systems.
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Die
Mikronadel 32 ist gebildet mit und erstreckt sich von und
im wesentlichen in derselben Ebene wie das Substrat 34 und
hat einen einen Raum definierenden Aufbau in der Form einer Öffnung 44,
die sich quer zu einer Abmessung erstreckt, z.B. Breite oder Dicke
der Mikronadel 32. Wie bei der Ausnehmung 20 der
Mikronadel 6 oben bildet die Öffnung 44 einen offenen
Raum innerhalb des Gewebes nach dem Eindringen der Mikronadel 32 in
die Haut. Ein solcher offener Raum wirkt als ein Probenfluid-Sammelbehälter, in
dem Fluid, das beim Durchstechen freigegeben wird, innerhalb des
Raumes vor dem Überführen in
die photometrische/colorimetrische Zelle gesammelt wird.
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Die
Biosensorvorrichtung 30 birgt einen Probenfluidübertragungs-
oder -abziehweg 46 mit einem distalen Ende 46b,
das sich innerhalb eines Teiles der Mikronadel 32 erstreckt
und an einer distalen Öffnung 48 endet.
Wenigstens ein Teil des proximalen Endes 46a des Weges 46 liegt
in dem Biosensorteil der Vorrichtung 30, insbesondere innerhalb
der Matrixfläche 36.
Der Weg 48 ist so bemessen, daß er eine Kapillarkraft auf
das Fluid innerhalb der Sammelfläche,
die durch die Öffnung 44 definiert
ist, ausübt
und physiologische Probe in die Matrixfläche 36 hineinzieht
oder saugt. Subkanäle 50 erstrecken
sich seitlich von dem proximalen Teil 46a des Weges 46 innerhalb
eines Teiles oder die Gesamtheit der Matrixfläche 36, was das Füllen der
Matrixfläche 36 mit dem
abgenommenen Fluid erleichtert.
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3 veranschaulicht
eine weitere beispielhafte Biosensorvorrichtung 60, die
in der EP-A-1 284 121 offenbart ist, die zur Verwendung mit der
vorliegenden Erfindung geeignet ist. Die Vorrichtung 60 hat einen
Aufbau mit einem elektrochemischen Teststreifen ähnlich der Vorrichtung 2 der 1A und 1B,
mit einer ersten Elektrode 62 mit einem zugeordneten inerten
Substrat 64, einer zweiten Elektrode 66 mit einem
zugeordneten inerten Substrat 68 und einer Abstandsschicht 70 dazwischen,
die gemeinsam eine Reaktionszone 72 mit einem geeigneten
Redoxreagenzsystem bilden. Anstelle einer einzelnen Mikronadel,
die sich von einer Elektrode oder einem Substrat erstreckt, wie
es mit Bezug auf die Vorrichtungen der 1 und 2 beschrieben ist, hat die Vorrichtung 60 eine
Vielzahl die Haut durchstechender Elemente 74, die sich
von und im wesentlichen in derselben Ebene wie die Abstandsschicht 70 erstrecken.
Die die Haut durchstechenden Elemente 74 können aus
demselben Material wie die Ab standsschicht 70 oder aus
einem unterschiedlichen Material hergestellt sein. Die die Haut
durchstechenden Elemente 74 haben jedes einen Fluidkanal 76,
der sich proximal in die Abstandsschicht 70 zur Reaktionszone 72 erstreckt.
Jeder Fluidkanal 76 ist zur Umgebung nach außen offen,
entlang einer wesentlichen Länge
einer ersten Seite 78 und einer zweiten Seite 80 des
jeweiligen die Haut durchstechenden Elementes und endet proximal
zu einer distalen Spitze 82 des die Haut durchstechenden
Elementes 74. Die Kanäle 76 sind
so bemessen, daß sie
eine Kapillarkraft zum Sammeln und Überführen physiologischer Probe
ausüben,
auf die durch das die Haut durchstechende Element 74 zugegriffen
wird. Obwohl jedes die Haut durchstechende Element 20 so
veranschaulicht ist, daß es
einen einzigen Fluidweg 76 hat, kann eine Vielzahl solcher
Wege in jedem die Haut durchstechenden Element 74 verwendet
werden.
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4 veranschaulicht
eine weitere zweckmäßige Ausführungsform
einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung 90 mit
einer gewinkelten Struktur. Die Vorrichtung 90 umfaßt zwei durchstechende/fluidabnehmende
Mikronadeln 92, von denen jede einen Strömungsweg 96 umfaßt, der sich
von einer distalen Öffnung 94 zu
einer Reaktionszone oder Matrixfläche 100 eines proximalen
Biosensors 98 erstreckt. Die gewinkelten Strukturen sind
typischerweise längliche
Strukturen, gekennzeichnet durch das Vorliegen einer einzelnen Krümmung, die
sich nahe der Mitte der länglichen
Struktur befindet. Die Anzahl der die Haut durchstechenden Strukturen
und somit die Anzahl der Strömungswege kann
variieren, wobei sie typischerweise im Bereich von ungefähr 1 bis
5 liegt, üblicherweise
von ungefähr
1 bis 4 und weiter üblich
von ungefähr
1 bis 3, wobei die Anzahl der durchstechenden Elemente bei vielen
Ausführungsformen
typischerweise im Bereich von 1 bis 2 liegt. Der Winkel der einzigen
Krümmung liegt
typischerweise im Bereich von ungefähr 135° bis 150° und üblicher von ungefähr 140° bis 145°. Die Länge von
der Biegung bis zum Ende der Spitze der länglichen gewinkelten Strukturen
liegt typischerweise im Bereich von ungefähr 2.3 bis 3.2 µm und üblicher
von ungefähr
2.6 bis 3.0.
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Die
Fluiddurchflußwege 96 haben
kapillare Abmessungen, die zu einer kapillaren Strömung des zugegriffenen
physiologischen Fluides von den distalen Öffnungen 94 entlang
der Länge
des Strömungsweges
zu dem Biosensor 98 führen.
Da der Strömungsweg
einer ist, der kapillare Abmessungen hat, hat der Strömungsweg
typischerweise an jedem Punkt entlang seiner Länge einen Durchmesser in dem
Bereich von ungefähr
80 bis 150 µm.
Der Strömungsweg
kann rohrförmig
sein oder kann irgendeinen anderen Aufbau haben, z.B. einen, der
für eine Querschnittsform
sorgt, die ein Quadrat, Rechteck, Oval, Stern usw. ist, wobei der
Aufbau des Strömungsweges
nicht kritisch ist, so lange er für den gewünschten kapillaren Fluß sorgt.
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Der
Biosensor 96 besteht typischerweise aus einer Sensorkammer,
welche eine Transducereinrichtung hat, die ein Signal als Antwort
auf das Vorliegen und typischerweise die Konzentration von Analyt
in dem physiologischen Fluid erzeugt, das sich in der Kammer befindet.
Die Kammer, die sich an dem proximalen Ende der Vorrichtung 90 befindet, hat
typischerweise ein Volumen in dem Bereich von ungefähr 100 bis
300 µl.
Die Transducereinrichtung kann irgendeine geeignete Transducereinrichtung sein,
die in der Lage ist, ein Signal als Antwort auf das Vorliegen des
Analyten in Fluid, das sich in der Kammer befindet, zu erzeugen.
Obwohl im weitesten Sinne die Transducereinrichtung ein Signal erzeugen kann,
das das Vorliegen von Analyt anzeigt, ist bei vielen bevorzugten
Ausführungsformen
die Transducereinrichtung eine, die ein Signal erzeugt, das proportional
zu der Menge an Analyt in dem physiologischen Fluid ist.
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Ein
Typ der Transducereinrichtung von Interesse, die in den vorliegenden
Sensoren vorliegen kann, ist eine photometrische Transducereinrichtung. Interessierende
photometrische Transducereinrichtungen umfassen typischerweise eines
oder mehrere Reagenzien eines signalerzeugenden Systems, welches
ein erfaßbares
Produkt proportional zu der Menge an Analyt, der sich in der Kammer
befindet, erzeugt. Das erfaßbare
Produkt wird dann photometrisch erfaßt, um für eine Erfassung des Vorliegens des
Analyten zu sorgen und typischerweise für eine Messung der Konzentration
des Analyten, der sich in dem Fluid innerhalb der Kammer befindet.
Interessierende photometrische Transducereinrichtungen, die in solchen
Biosensorvorrichtungen genutzt werden können, umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt
auf die, die in den US-Patenten mit den Nrn. 4 935 346, 5 049 487,
5 509 394, 5 179 005, 5 304 468, 5 426 023, 5 563 042, 5 843 692
und 5 968 760 beschrieben sind, deren Offenbarungsgehalt hierin
durch Bezugnahme aufgenommen ist.
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Ein
weiterer Typ einer interessierenden Transducereinrichtung, die in
den betrachteten Sensoren vorliegen kann, ist eine elektrochemische Transducereinrichtung.
Interessierende elektrochemische Transducereinrichtungen umfassen
typischerweise eine elektrochemische Zelle, welche zwei Elektroden
und eines oder mehrere Reagenzien eines signalerzeugenden Systems
umfaßt,
wobei diese Elemente zusammenarbeiten, um einen elektrischen Strom
proportional zu der Menge an Analyt, der sich in der Kammer befindet,
zu erzeugen. Der erzeugte elektri sche Strom sorgt für eine Erfassung des
Vorliegens von Analyt und typischerweise eine Messung der Konzentration
des Analyten der sich in dem Fluid innerhalb der Kammer befindet.
Interessierende elektrochemische Transducereinrichtungen, die bei
den Biosensorvorrichtungen benutzt werden können, umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt
auf diejenigen, die in den US-Patenten mit den Nrn. 5 834, 224,
5 942 102 und 5 972 199 beschrieben sind, ebenso wie in der EP-A-1
067 384, EP-A-1 254 365 und EP-A-1 252 514.
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Die 5A und 5B veranschaulichen eine
weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtung 110,
die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
wobei die Vorrichtung in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung, die oben angesprochen
ist, offenbart ist, welche die anwaltliche Akte Nr. 058 hat, hierin
durch Bezugnahme aufgenommen. Die Vorrichtung 110 umfaßt einen
planaren Rahmen 112 und einen Klingenbereich 114 und
einen Sensorbereich 116, die auf dem Rahmen 112 angebracht
und von diesem gehalten werden. Der Klingenbereich 114 umfaßt ein zwischengeschaltetes Keil-
oder Erhebungselement 118, auf dem eine Klinge oder ein
Stechelement 120 angeordnet ist, das sich im wesentlichen
quer zum planaren Rahmen 112 erstreckt. Das Element 118 dient
dazu, die Klinge oder das Stechelement 120 relativ zu einer
zur Haut weisenden Oberfläche
oder Fläche 122 des
Rahmens 112 anzuheben. Das Erhebungselement 118 hat
eine gewinkelte Vorderfläche
oder einen Rampenteil 124, was eine sanfte Verfahrbewegung
der Vorrichtung 110 relativ zu der Haut des Benutzers erlaubt.
Ein Podestbereich 126 ist vorgesehen, auf dem die Klinge 120 insbesondere
angebracht ist, dessen schmaler Aufbau so wirkt, daß er die
Reibkräfte
mit der Haut des Benutzers verringert, während die Möglichkeit zunimmt, Gewebe zusammenzudrücken, das über die
Struktur gleitet. Die Klinge 120 ist mit einer dreieckigen
Form ausgestattet, die eine größere Basis
und im wesentlichen vertikale Seitenabschnitte hat, jedoch kann
die Klinge 120 irgendeine Form haben, deren Geometrie robust
genug ist, um das Abbrechen zu verhindern. Der Sensorbereich 116 ist von
dem Klingenbereich 114 beabstandet, um im wesentlichen
die fluchtende Anlage des Sensorbereiches 116 mit der geschnittenen
Fläche
der Haut des Benutzers zu erlauben. Der Sensorbereich 116 bildet ein
Sensorkissen oder eine Fläche
128 zum Aufnehmen des zugegriffenen physiologischen Fluides, d.h. interstitielles
Fluid oder Blut. Das Sensorkissen 128 kann entweder eine
elektrochemische oder photometrische Ausgestaltung haben, wie oben
beschrieben.
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Obwohl
bestimmte Aufbauten von Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen,
die geeignet für
die Verwendung mit den Systemen der vorliegenden Erfindung sind,
veranschaulicht und beschrieben worden sind, wird verstanden, daß irgendein
Typ Biosensor, z.B. elektrochemisch, photometrisch, colorimetrisch,
mit einem oder mehreren geeigneten die Haut durchstechenden Elementen oder
Mikronadeln benutzt werden kann. Zusätzlich, obwohl bestimmte Formen
der die Haut durchstechenden Elemente und Mikronadeln veranschaulicht und
beschrieben worden sind, kann irgendeine geeignete Form des die
Haut durchstechenden Elementes mit den Biosensorvorrichtungen benutzt
werden, solange es die Form erlaubt, daß die Haut mit minimalem Schmerz
für den
Patienten durchstochen wird. Zum Beispiel kann das die Haut durchstechende
Element einen im wesentlichen flachen oder planaren Aufbau haben
oder kann im wesentlichen zylinderartig sein, keilartig oder dreieckig
in der Form, so wie eine im wesentlichen abgeflachte dreiecksähnliche
Ausgestaltung, klingenförmig
oder mit irgendeiner geeigneten Form. Die Querschnittsform des die
Haut durchstechenden Elementes oder wenigstens der Teil des die
Haut durchstechenden Elementes, der in die Haut eindringt, kann
irgendeine geeignete Form haben, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf
im wesentlichen rechtwinklig, länglich,
quadratisch, oval, kreisförmig,
Diamant, dreieckig, Stern usw. Zusätzlich kann das die Haut durchstechende
Element abgeschrägt
sein oder kann auf andere Weise eine Spitze oder einen Scheitelpunkt an
seinem distalen Ende definieren. Ein solcher Aufbau kann die Form
eines schrägen
Winkels an der Spitze oder eine Pyramide oder dreieckige Form oder dergleichen
annehmen. Die Abmessungen des die Haut durchstechenden Elementes
können
abhängig von
einer Vielfalt von Faktoren variieren, so wie dem Typ der physiologischen
Probe, die erhalten werden soll, der gewünschten Eindringtiefe und der
Dicke der Hautschichten des bestimmten Patienten, der untersucht
werden soll. Im allgemeinen ist das die Haut durchstechende Element
so aufgebaut, daß es
Hautdurchstech- und Fluidherausziehfunktionen bereitstellt und ist
somit so gestaltet, daß es
ausreichend robust ist, dem Einsetzen in und dem Zurückziehen aus
der Haut zu widerstehen.
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Bei
jeder Ausführungsform
sind die Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen so gestaltet,
daß sie
eine wiederholbare Schnittstelle mit der Zugriffsstelle für das physiologische
Fluid und für die
als Ziel gefaßte
Hautschicht zur Verfügung
stellen, wenn sie im Betrieb mit den Kassettenvorrichtungen und
Systemen der vorliegenden Erfindung benutzt werden, die nun in Einzelheiten
beschrieben werden.
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Systeme der
vorliegenden Erfindung
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Mit
Bezug auf die 6A, 6B, 6C und 6D ist
ein physiologisches Probensammel- und Meßsystem 200 der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht, das einen kompakten, tragbaren, strukturellen
Aufbau hat. Diese Struktur umfaßt
ein ergonomisches Gehäuse 202 mit
einem oberen Bereich 204 und einem unteren Bereich 206,
die durch eine Gelenkstück 208 klappbar
miteinander verbunden sind, das es ermöglicht, daß der obere und untere Bereich 204 und 206 bei
der manuellen Aktivierung eines eindrückbaren Knopfes 226 oder
dergleichen geöffnet
und geschlossen werden kann. 6D veranschaulicht
das Gehäuse 202 in
einem solchen offenen Zustand, während
die 6A, 6B und 6C das
Gehäuse 202 in
einem geschlossenen Zustand veranschaulichen. Zusammen definieren der
obere Gehäusebereich 204 und
der untere Gehäusebereich 206 ein
Innenabteil, in das eine Kassettenvorrichtung 210 der vorliegenden
Erfindung zum Betrieb geladen und dann nach der Verwendung daraus
entfernt wird. Wie es später
in weiteren Einzelheiten hiernach mit Bezug auf die 7A und 7B beschrieben
wird, enthält
oder liefert die Kassette 210 eine oder mehrere und typischerweise
eine Vielzahl von Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtungen 220.
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Wenn
sie richtig in das Innenabteil des Gehäuses geladen ist, ist die Bodenfläche der
Kassettenvorrichtung 210 benachbart der Innenseite einer Bodenwand 212 des
unteren Gehäusebereiches 206 angeordnet.
Bevorzugt hat die Bodenwand 212 einen Aufbau der Außenfläche, der
glatt und konturiert ist, wie es notwendig ist, damit er mit einer
ausgewählten Fläche der
Haut des Benutzers fluchtet. Innerhalb der Bodenwand 212 befindet
sich eine Öffnung 214,
wie es in 6C gezeigt ist, so bemessen
und angeordnet, daß eine
einzelne Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtung 220 damit ausgerichtet
und durch die Öffnung 214 freigelegt
wird, während
die verbleibenden Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtungen 220 innerhalb der
Bodenwand 210 verborgen und geschützt sind. Zugeordnet zu der Öffnung 214 sind
Kontakteinrichtungen (nicht gezeigt), z.B. elektrische Leitungen oder
eine analoge Einrichtung zum Kommunizieren elektrischer Signale
zwischen der Vorrichtung 220, wenn sie an der Öffnung 214 angeordnet
ist, mit einem Meßgerät oder einer
Meßeinrichtung
(nicht gezeigt), die innerhalb des Gehäuses 210 untergebracht
ist. Solche elektrischen Signale umfassen Eingangssignale von dem
Meßgerät zu der
Vorrichtung 220 zum Einleiten der chemischen Reaktion zwischen
einem abgenommenen Fluid und einem Reagenz innerhalb der Vorrichtung 220,
um eine chemische Eigenschaft zu bestimmen, z.B. die Konzentration
des Analyten (z.B. Glukose) von Fluid, auf das mittels einer Vorrichtung 220 über die
Haut des Benutzers zugegriffen und davon abgenommen ist.
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Eine
solche Meßeinrichtung
hat den notwendigen Aufbau und die Komponenten für die Kompatibilität mit dem
Typ des Biosensors, der bei den Vorrichtungen 220 benutzt
wird, z.B. ein elektrochemischer, photometrischer oder colorimetrischer
Sensor. Bei einem auf Elektrochemie basierenden Meßsystem
kann die elektrochemische Messung, die durchgeführt wird, abhängig von
dem Typ der Untersuchungsmessung und dem benutzten Meßgerät variieren,
z.B. abhängig
davon, ob die Untersuchung coulometrisch, amperometrisch oder potentiometrisch
ist. Im allgemeinen wird die elektrochemische Messung die Ladung
(coulometrisch), den Strom (amperometrisch) oder das Potential (potentiometrisch)
messen, üblicherweise über eine
gegebene Zeitdauer anschließend
an das Einführen
der Probe in den Reaktionsbereich. Verfahren zum Durchführen der
oben beschriebenen elektrochemischen Messung sind weiter beschrieben
in den US-Patenten Nrn.: 4 224 125, 4 545, 382 und 5 266 179, ebenso wie
in den internationalen Patentveröffentlichungen WO
97/18465 und WO 99/49307, deren Offenbarungsgehalte hierin durch
Bezugnahme aufgenommen sind. Bei photometrischen/colorimetrischen
Untersuchungen werden Meßgeräte vom optischen
Typ eingesetzt, um die Untersuchung durchzuführen. Solche Untersuchungen
und Verfahren und Instrumente zum Durchführen derselben sind weiter
beschrieben in den US-Patenten Nrn. 4 734 360, 4 900 666, 4 935
346, 5 059 394, 5 304 468, 5 306 623, 5 418 142, 5 426 032, 5 515
170, 5 526 120, 5 563 042, 5 620 863, 5 753 429, 5 773 452, 5 780
304, 5 789 255, 5 843 691, 5 846 486, 5 968 836 und 5 972 294, deren
Offenbarungsgehalte hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind.
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Das
System 200 umfaßt
weiterhin eine Einrichtung zum Bewegen der Kassette 210 für den Betrieb
innerhalb des Gehäuses 202,
um so die Kassette 210 im Betrieb zu bewegen, um aufeinanderfolgend
jede Biosensor/Fluidzugriffsvorrichtung 220 an oder relativ
zu der Öffnung 214 zu
positionieren. Eine solche Bewegung der Kassette umfaßt das Vorbewegen
der Kassette 210 in eine Richtung, z.B. im Uhrzeigersinn,
und das Zurückbewegen
der Kassette 210 in die entgegengesetzte Richtung, z.B.
im Gegenuhrzeigersinn relativ zu der Öffnung 214, um eine Vorrichtung 220 innerhalb
der Öffnung 214 auszurichten
und um eine Vorrichtung 220 von der Öffnung 214 zu entfernen
oder zu verbergen. Eine solche Einrichtung zum Bewegen der Kassette
kann ein motorbetriebenes System oder dergleichen sein oder kann manuell
von dem Benutzer mittels eines Rings oder eines Hebelmechanismus
außerhalb
des Gehäuses 202 betrieben
werden. Bei einem motorbetriebenen System kann die Kassette 210 mit
einem Antriebsrad 232 versehen sein, so daß, wenn
die Kassettenvorrichtung 210 zum Betrieb innerhalb des
Gehäuses 202 geladen
und positioniert ist, das Antriebsrad 232 im Eingriff mit
einer Antriebswelle 234 zum Drehen der Kassette 210 in
Richtung vorwärts
und rückwärts im Eingriff
ist. Die Antriebswelle 234 wird wiederum von einem Antriebsmotor
gedreht, der sich auch in dem Abteil 230 befindet.
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Das
System 200 umfaßt
auch eine Einrichtung zum Bewegen des Biosensors (nicht gezeigt), die
der Kassette 210 an der Öffnung 214 zugeordnet ist,
um auf jede Vorrichtung 220, die an der Öffnung 214 angeordnet
ist, eine Kraft aufzugeben. Eine solche Einrichtung zum Bewegen
eines Biosensors bewegt eine Vorrichtung 220 von der Bodenfläche der Kassette,
auf der all die Vorrichtungen 220 angeordnet sind, nach
unten und durch die Öffnung 214,
um so zum Betrieb den Kontakt der Vorrichtung 220 mit der
ausgewählten
Hautfläche
herzustellen. Ein solcher Kontakt zum Betrieb umfaßt das Durchdringen, Schneiden
oder Stechen der Hautoberfläche
mit einem die Haut durchstechenden Element, das auf jeder Vorrichtung 220 vorgesehen
ist. Irgendeine zweckmäßige Einrichtung
zum Aufgeben einer solchen nach unten gerichteten Kraft auf eine
Vorrichtung 220 kann benutzt werden, wobei repräsentative Einrichtungen
Federeinrichtungen oder analogische mechanische Einrichtungen und
dergleichen umfassen, die in weiteren Einzelheiten hiernach beschrieben
werden.
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Das
System 200 umfaßt
weiter einen Controller mit einem Mikroprozessor zum Steuern des
Betriebs der Meßeinrichtung,
einer Datenverarbeitungseinrichtung, einer automatische Einrichtung
zum Bewegen der Kassette und einer Anzeige 218 zum Anzeigen
von Meßdaten
und anderen dazu in bezug stehenden Daten, z.B. um den Benutzer
zu informieren, wenn alle die Vorrichtungen 220 benutzt
worden sind. Der Mikroprozessor kann weiter mit einer Speichereinrichtung
für die
Kurzzeit- oder Langzeitspeicherung von Meßdaten verbunden sein. Das
System 200 kann weiterhin ein Kommunikationsmodul für die bidirektionale
Kommunikation mit einer Fernsteuervorrichtung und anderen Vorrichtungen
umfassen, z.B. durch drahtlose Datenkommunikationsmittel, z.B. Telemetrieeinrichtungen,
so wie durch Infrarot (IR)-Übertragung
oder Hochfrequenz (HF)-Übertragung
für die
Kommunikation von Untersuchungsprotokollprogrammen und Information
und für
das unmittelbare oder spätere
Wiedergewinnen der Meßdaten und
dergleichen. Das System 200 stellt auch Benutzersteuertasten 224 auf
dem Gehäuse 202 zur
Verfügung,
um es dem Benutzer zu erlauben, Daten oder Parameter aus Menüs, die auf
der Anzeige angezeigt werden, einzugeben oder auszuwählen oder die
Bewegung der Kassette und ein Untersuchungsprotokoll zu aktivieren,
wobei repräsentative
Datensignale zu dem Systemcontroller geschickt werden. Das System 200 kann
weiter sichtbare und hörbare
Alarme steuern, die den Benutzer alarmieren, wenn es Zeit ist, daß eine Untersuchung
durchgeführt
wird, wenn eine Kassette ersetzt werden muß, wenn eine Analytmessung
außerhalb
eines sicheren Bereichs ist usw. Eine Energiezufuhr und eine Batterie
sind auch vorgesehen, um elektrische Energie an den Kassettenmotor,
den Mikroprozessor und alle Komponenten, die von dem Mikroprozessor
gesteuert werden, zu liefern.
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Die
eben beschriebenen Systemkomponenten können in einem schützenden
abgedichteten Abteil 230 untergebracht werden, wobei die
notwendigen Daten- oder Signalleitungen zum Beispiel vom Abteil 230 in
dem oberen Gehäusebereich 204 durch das
Gelenkstück 208 zu
dem unteren Gehäusebereich 206 laufen
können.
Als Alternative können
solche Daten- oder Signalleitungen innerhalb des oberen Gehäusebereiches 204 vorgesehen
sein, so daß sie
in Kontakt mit entsprechenden Daten- oder Signalleitungen innerhalb
des unteren Gehäusebereiches 206 kommen,
wenn das Gehäuse
in einem geschlossenen Zustand ist.
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Mit
Bezug nun auf 7A ist eine Darstellung einer
Ausführungsform
einer Kassettenvorrichtung 300 der vorliegenden Erfindung
gezeigt, die zur Verwendung mit wenigstens den Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen
der 1, 2 und 3 geeignet
ist. Die Kassettenvorrichtung 300 hat einen Kassettenkörper oder
Rahmen 302 und eine Vielzahl darauf angeordneter integrierter
Biosensor/Hautdurchstech/Fluidzugriffsvorrichtungen 304 (hierin
auch als Biosensorvorrichtungen bezeichnet), bevorzugt in einer
seriellen Anordnung, bei der die Vorrichtungen 304 gleichmäßig voneinander
beabstandet sind. Die Kassetten der vorliegenden Erfindung können irgendeine
geeignete Anzahl integrierter Biosensorvorrichtungen 304 unterbringen, wobei
die Anzahl der Kassetten im allgemeinen im Bereich von ungefähr 6 bis
10 liegt.
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Bei
dem Ring- oder Scheibenaufbau der 7A ist
der Kassettenkörper 302 durch
konzentrische Rahmenringe definiert, einen äußeren Rahmenring 302a und
einen inneren Rahmenring 302b. Die Ringe 302a und 302b sind
relativ zueinander mittels einer Vielzahl von Torsionsstangen 306 befestigt, die
sich zwischen den Ringen 302a und 302b erstrecken.
Der Rahmen 304 ist aus irgendeinem starren Material hergestellt,
so wie spritzgegossenem Kunststoff, so wie einem Polycarbonatmaterial,
während die
Torsionsstangen 306 bevorzugt aus einem Material hergestellt
sind, das Eigenschaften und/oder Abmessungen hat, so daß sie um
ihre Längsachse
flexibel oder verdrillbar sind, z.B. Stangen aus rostfreiem Stahl
mit einer Dicke in dem Bereich von ungefähr 50 bis 75 µm und einer
Breite in dem Bereich von ungefähr
0.5 bis 1 mm. Jede der integrierten Biosensorvorrichtungen 304 ist
zum Betrieb an einer Torsionsstange 306 befestigt, wobei
es bevorzugt eine Eins-zu-Eins-Korrespondenz zwischen Vorrichtungen 304 und
Torsionsstangen 306 gibt. Jede Torsionsstange 306 erlaubt
es, daß sich
die entsprechende daran befestigte Vorrichtung relativ zu dem Rahmen 304 wenigstens
teilweise um die Längsachse, die
durch die Torsionsstange definiert ist, dreht. Somit ist diese Drehachse
senkrecht zu einem Weg, entlang dem bewirkt wird, daß die Kassette 300 sich dreht
oder bewegt. Die Kassette 300 hat typischerweise einen
Durchmesser, der im Bereich von ungefähr 3 bis 4 cm liegt, wobei
die Entfernung zwischen dem Mittelpunkt der Scheibe und den Biosensorvorrichtungen
typischerweise im Bereich von ungefähr 7 bis 9 mm liegt.
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Wie
oben angesprochen kann die Kassettenvorrichtung 300 weiter
ein Antriebsrad 308 zur Befestigung an einer Antriebswelle,
die innerhalb des Systems 200 untergebracht ist, in das
die Kassettenvorrichtung 300 geladen werden soll, umfassen.
Als Alternative kann das Antriebsrad 308 auch getrennt
innerhalb des Systemgehäuses
untergebracht sein und so ausgestaltet sein, daß es den Kassettenrahmen 302 aufnimmt
und ihn greift. Das Antriebsrad 308 umfaßt eine
Nabe 310 und eine Vielzahl von Rahmenstangen 312,
die an dem inneren Rahmenring 302b befestigt sind. Das
Drehen des Antriebsrades 308 bewirkt die Drehbewegung des
Kassettenkörpers 302 und
somit die Drehbewegung der Vorrichtungen 304 um die Nabe 310.
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7B veranschaulicht
einen weggeschnittenen Teil der Kassettenvorrichtung 300,
die zum Betrieb innerhalb eines unteren Gehäusebereiches 314 eines
betrachteten Systems mit einer Öffnung 316 angeordnet
ist. Die Breite der Öffnung 316 ist
ausreichend, daß die
Biosensorvorrichtungen 304 hindurchlaufen und liegt typischerweise
im Bereich von ungefähr
3 bis 8 mm und üblicherweise
von ungefähr 4
bis 6 mm. Die Komponenten 320a und 320b einer Einrichtung
zum Bewegen eines Biosensors sind zum Betrieb innerhalb des Systemgehäuses befinden
sich nahe einer vorwärts
gerichteten Seite 318a bzw. einer entgegengesetzten Seite 318b der Öffnung 316.
Die Komponente 320a hat eine keilartige Ausgestaltung und
die Komponente 320b hat eine Ausgestaltung als federbelasteter
Clip. Wie es am besten in den 8A–F zu sehen
ist, hat die Komponente 320a für die Bewegung des Biosensors
eine obere planare Fläche 322 und
eine nach unten geneigte vordere Fläche 324, während die
Komponente 320b für
die Bewegung des Biosensors ein oberes Clipelement 326 hat,
das ge gen ein unteres Clipelement 328 federbelastet oder
vorgespannt ist. Die Komponente 320a ist auf dem unteren
Gehäusebereich 314 und
unter der Kassettenvorrichtung 300 angeordnet, während die
Komponente 320b derart angeordnet ist, daß die Ebene,
in der sich die Kassettenvorrichtung 300 und die Biosensorvorrichtungen 304 drehen,
zwischen den Clipelementen 326 und 328 verläuft.
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Die
Bewegung, die von einem Biosensor 304a während einer
Untersuchungsanwendung durchlaufen wird, wird nun mit Bezug auf
die 8A–F
beschrieben. Die Kassettenvorrichtung 300, wenn sie inaktiv
ist, ist bevorzugt derart angeordnet, daß die Öffnung 316 frei und
nicht mit Biosensorvorrichtungen 304 belegt ist, um so
die Verunreinigung von Biosensorvorrichtungen und eine unbeabsichtigte
Verletzung des Benutzers zu verhindern. Weiterhin wird jede Vorrichtung 304 in
einer im wesentlichen planaren Position relativ zu dem unteren Gehäusebereich 314 mittels
der Spannung gehalten, die auf die Vorrichtungen 304 durch
die Torsionsstangen 306 aufgebracht wird. Das Vorbewegen
oder Drehen der Kassettenvorrichtung in die Richtung des Pfeiles 330,
d.h. in eine Richtung im Gegenuhrzeigersinn in bezug auf 7B,
wird bewirken, daß die
Biosensorvorrichtung 304a sich in dieselbe Richtung vorbewegt
oder dreht, so daß sie
sich der Komponente 320 annähert. Wenn die Vorrichtung 304a vorbewegt
wird, wird bewirkt, daß sie
sich zwischen dem oberen Clip 326 und dem unteren Clip 328 (siehe 8A)
verkeilt. Da die Clipelemente gegeneinander vorgespannt sind, ist
die Biosensorvorrichtung 304a in Reibkontakt mit der Komponente 320,
wenn sie zwischen den Clipelementen 326 und 328 angeordnet
ist. Wenn die Biosensorvorrichtung 304a sich ausreichend
in die Richtung des Pfeiles 332 vorbewegt hat, so daß ihr hinteres
oder proximales Ende 334 sich zwischen den Clipelementen 326 und 328 befindet,
bringt die Komponente 320 eine leichte nach oben gerichtete
Kraft oder Druck auf die Biosensorvorrichtung 304a auf,
durch die bewirkt wird, daß sich
die Vorrichtung 304a um die Torsionsstange 306 und
das vordere oder Nadelende 336 der Vorrichtung 304a dreht,
um nach unten in Richtung auf die Öffnung 316 abgelenkt
zu werden (siehe 8B). Wenn die Vorrichtung 304a weiter
vorbewegt wird, in die Richtung des Pfeiles 338, wird bewirkt,
daß das
abgelenkte vordere Ende 366 in Kontakt mit der abgeschrägten vorderen
Fläche 324 der Keilkomponente 320a kommt
(siehe 8C), so daß sie weiter in einer Richtung
nach unten und vorn gezwungen oder abgelenkt wird. An dieser Stelle
ist eine solche Ablenkung und Vorwärtsbewegung ausreichend, um
zu bewirken, daß das
die Haut durchstechende Element 340 der Vorrichtung 304a die
ins Ziel gefaßte
Hautfläche
des Benutzers (nicht gezeigt) durchsticht. Während eines solchen Durchstechens wird
auf physiologisches Fluid, z.B. interstitiel les Fluid oder Blut,
zugegriffen und es in den Biosensorbereich der Vorrichtung 304a zum
Prüfen
durch die Meßbaugruppen
des Systems hinaufgezogen. Nachdem ausreichend Zeit zum Zugreifen
und Sammeln einer Probe physiologischen Fluides vergangen ist, wird
bewirkt, daß sich
die Kassettenvorrichtung 300 in eine umgekehrte Richtung 342 bewegt,
z.B. in eine Richtung im Uhrzeigersinn (siehe 8D),
bis die Vorrichtung 304a von den Bewegungskomponenten 320a und 320b freigesetzt
wird und durch die Torsionsstange 314 gezwungen wird, in
ihre ursprüngliche planare
Position relativ zu den Kassettenringen 302a und 302b zurückzukehren
(siehe 8E). Schließlich wird die Kassette 300 wieder
in eine Vorwärtsrichtung 346 vorbewegt,
bis die benutzte Vorrichtung 304a vollständig über die Öffnung 316 der 7B läuft (siehe 8F),
wobei an diesem Punkt die Kassette 300 an ihrem Ort verriegelt
werden kann, um so die unbeabsichtigte Bewegung und mögliche Verletzung
beim Benutzer zu verhindern. Ein solcher Prozeß wird mit jeder Vorrichtung 304 wiederholt,
wenn eine Untersuchungsprotokoll von dem Benutzer aktiviert wird.
Wenn alle Vorrichtungen 304 benutzt sind, d.h. verwendet
worden sind, um ein Untersuchungsprotokoll durchzuführen, kann
die benutzte Kassette aus dem Gehäuse des Systems entfernt und
richtig entsorgt werden. Eine Ersatzkassette kann dann in das System
geladen werden.
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Mit
Bezug nun auf die 9A–9G ist eine
weitere Ausführungsform
einer Einrichtung 400 für
die Bewegung eines Biosensors gezeigt, insbesondere geeignet zur
Verwendung mit den Biosensor/Hautdurchstech/Zugriffsvorrichtungen
der 4. Die Einrichtung 400 für die Bewegung
eines Biosensors umfaßt
beabstandete Komponenten 402a und 402b, die innerhalb
des Gehäuses
der betrachteten Systeme vorliegen. Die Komponenten 402a und 402b sind
beabstandet, um so eine Öffnung 401 innerhalb
der unteren Gehäusewand
zu überbrücken, wie
oben beschrieben, und um Flächen
und Kanten zur Verfügung
zu stellen, um eine Biosensorvorrichtung 404 durch die Öffnung 401 für den Betrieb
zum Kontakt mit einer ins Ziel gefaßten Hautfläche eines Benutzers zu führen. Solche
Flächen
und Kanten sind an die Steigung der Flächen und die Winkel der Kanten
der Biosensorvorrichtung 404 angepaßt. Genauer hat die Komponente 402a eine
gewinkelte Fläche 410,
die an die hintere Fläche 412 der
gewinkelten Biosensorvorrichtung 404 angepaßt ist.
Die gewinkelte Fläche 410 bildet
typischerweise einen Winkel α mit
der Bodenfläche 414 der
Komponente 402a, der in dem Bereich von ungefähr 40° bis 55° liegt und üblicher
von ungefähr
45° bis
50°. Weiterhin
hat die Komponente 402b eine obere Fläche 406, die an einer
unteren Fläche 408 der
gewinkelten Biosensorvorrichtung 404 anliegt, und hat eine
gewinkelte hintere Fläche 416,
die an eine vordere Fläche 418 der gewinkelten
Biosensorvorrichtung 404 angepaßt ist. Die gewinkelte hintere
Fläche 416 bildet
typischerweise einen Winkel β mit
der unteren Fläche 420 der Komponente 402,
der im Bereich von ungefähr
30° bis
50° und üblicher
von ungefähr
25° bis
35° liegt.
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Die
Bewegung, die die Biosensorvorrichtung 404 während einer
Untersuchungsanwendung durchläuft,
wird nun mit Bezug auf die 9A–9G beschrieben.
Wie bei der Ausführungsform,
die in bezug auf die 7A und 7B beschrieben
ist, kann die Biosensorvorrichtung 404 zum Betrieb an einer
Kassette (nicht gezeigt) mittels einer Spannstange (nicht gezeigt)
oder mittels einer Drehschwenkbewegung an einer Nabe/Speiche derart
befestigt werden (siehe 10A–10C), daß die
Biosensorvorrichtung 404 in einer ursprünglichen vorbelasteten Position
gehalten wird, in der die untere Fläche 408 der Vorrichtung 404 mit
der oberen Fläche 406 der
Komponente 402 fluchtet. In 9A wird der
gewinkelte Biosensor 404 in eine erste Richtung entsprechend
dem Pfeil 422 über
die obere Fläche 406 der
Komponente 402 hinweg bewegt. 9B zeigt,
daß wenn
der gewinkelte Biosensor 404 über den Abstand zwischen den
Komponenten 402a und 402 in die Richtung des Pfeiles 424 bewegt
wird, er in die dazwischenliegende Öffnung nach unten fällt, wobei
er sich entlang der abgeschrägten
Fläche 410 der
Komponente 402a bewegt. An diesem Punkt wird die Bewegungsrichtung
des gewinkelten Biosensors 404 umgekehrt, wie in 9C gezeigt,
in die Vorwärtsrichtung,
die durch den Pfeil 426 angegeben ist. Wegen der nach unten
gerichteten Kraft, die von der Kassette aufgebracht wird, bewegt
sich der gewinkelte Biosensor 404 weiter nach unten entlang
der abgeschrägten
Fläche 410,
so daß die
untere Fläche 408 des
gewinkelten Biosensors 404 mit einer ins Ziel gefaßten Hautfläche fluchtet,
welche durch die Öffnung 401 freiliegt.
Die fortgesetzte Vorwärtsbewegung
des gewinkelten Sensors 404 in die Richtung des Pfeiles 428 (siehe 9D)
bringt die vordere Fläche 418 des gewinkelten
Biosensors 404 in Kontakt mit der umgekehrt abgeschrägten Fläche 416 der
Komponente 402. Dieser Kontakt zwingt den Biosensor 404 weiter nach
unten und in die Hautfläche
zu der ins Ziel gefaßten
Hautfläche,
was bewirkt, daß die
die Haut durchstechenden Aufbauten 430 des Biosensors 404 die
ins Ziel gefaßte
Hautfläche
zur ausgewählten Hautschicht
durchdringen, z.B. der Dermis, Epidermis, Subdermis usw., so daß auf das
interessierende physiologische Fluid zugegriffen wird, z.B. interstitielles
Fluid oder Blut, welches die kapillare Strömungsbahn des Biosensors 404 füllt.
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Anschließend an
das Abnehmen und Füllen der
kapillaren Strömungsbahn
des Biosensors 404 mit Fluid wird der Biosensor 404 wieder
in die erste Richtung bewegt, wie in 9E ge zeigt,
entsprechend dem Pfeil 432. Die fortgesetzte Bewegung des Biosensor 404 in
die erste umgekehrte Richtung bewirkt das Entfernen des Biosensors 404 von
der Hautfläche/Abnahmestelle
und bringt den Biosensor 404 nach oben aus der Öffnung zwischen
den Komponenten 402a und 402b, wie in 9F gezeigt
und durch den Pfeil 434 angegeben ist. Wenn einmal der gewinkelte
Sensor aus der Öffnung
gebracht worden ist, wie in 9G gezeigt,
kann das Fluid, das in der Biosensorkammer vorliegt, untersucht
werden. (Natürlich,
wenn gewünscht,
kann das Fluid untersucht werden, während der Sensor noch an seiner
Stelle ist, abhängig
von dem bevorzugten Abnahme/Meßprotokoll,
das benutzt wird.) Ein solcher Prozeß wird mit jeder Biosensorvorrichtung 404 wiederholt,
wenn ein Untersuchungsprotokoll von dem Benutzer aktiviert wird.
Wenn alle Vorrichtung 404 benutzt sind, d.h. verwendet
worden sind, um ein Untersuchungsprotokoll durchzuführen, kann
die benutzte Kassette aus dem Gehäuse des Systems entfernt und
zweckmäßig entsorgt
werden. Eine Ersatzkassette kann dann in das System geladen werden.
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Die
Einrichtung zum Bewegen der Kassette der Ausführungsform, die mit Bezug auf
die 4 und 9 beschrieben
ist, wird weiter mit einer repräsentativen
Drehkassettenvorrichtung veranschaulicht, wie sie in den 10A bis 10C gezeigt
ist. In 10A umfaßt eine Dreh- oder Scheibenkassette 440 8
individuelle gewinkelte Biosensoren 442 und ist oben auf
der unteren Fläche 444 des
Gehäuses (nicht
gezeigt) mit einer Öffnung 446 darin
angeordnet. Bei der Verwendung dreht sich die Kassette 440 in
einer ersten Richtung 448 im Uhrzeigersinn, wie es in 10A gezeigt ist, um einen Biosensor 442 zum Betrieb
relativ zu der Einrichtung zum Bewegen eines Biosensors entsprechend
den 9A und 9B zu
positionieren. Die Richtung der Kassettendrehung wird dann umgekehrt
in eine Richtung 450 im Gegenuhrzeigersinn, wie in 10B gezeigt, was den Biosensor 442 in
die Öffnung 446 innerhalb
der unteren Fläche 444 bringt,
wobei die ins Ziel gefaßte
Hautfläche
durchstochen wird und auf physiologisches Fluid zugegriffen und
zu der Kammer des Biosensors 442A transportiert wird. Dann
wird die Drehrichtung der Kassette 440 wieder umgekehrt
in eine Richtung 452 im Uhrzeigersinn, wie in 10C gezeigt, was den Biosensor 442 aus
der Haut zurückzieht,
gefolgt durch anschließendes
Messen des Analyts in dem zugegriffenen Fluid.
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Mit
geringen Modifikationen, die von den Fachleuten verstanden werden,
kann die oben mit Bezug auf 5 beschriebene
Biosensor-Ausgestaltung in ähnlicher
Weise mit den Ausführungsformen der
Kassette der 7 und 8 oder
der 9 und 10 und
ihren jeweiligen Einrichtungen zum Bewegen von Kassette und Biosensor
verwendet werden. Somit können
die Kassette ebenso wie die entsprechenden Aufbauten des betrachteten
Systems in einer Anzahl unterschiedlicher Weisen aufgebaut sein,
solange die Kassettenvorrichtung in eine Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zum Durchführen des
Untersuchungsprotokoll gestellt werden kann und solange die Biosensorvorrichtungen
durch die Einrichtung für die
Bewegung eines Biosensors des Systems zum Betrieb so gestellt werden
kann, daß die
Biosensorvorrichtungen, die auf der Kassette vorliegen, die Hautfläche durchstechen
und auf das physiologische Fluid darin zugreifen können.
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Die
Vorrichtung und Systeme können
eine Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen annehmen. Bei bestimmten
Ausführungsformen
sind die Vorrichtungen einzelne integrale Vorrichtungen, bei denen die
Meßeinrichtung,
Verarbeitungseinrichtung, Anzeigeeinrichtung usw. alle auf derselben
Struktur vorliegen. Bei noch anderen Ausführungsformen kann eine oder
können
mehrere der Komponenten von den anderen Komponenten getrennt sein.
Zum Beispiel kann die Meßeinrichtung
von der Anzeigeeinrichtung getrennt sein, wobei telemetrische Kommunikation
oder Analysedatenübertragungseinrichtungen,
z.B. Hochfrequenz- oder HF-Einrichtungen, benutzt werden, um für die Datenkommunikation
zwischen den zwei oder mehr getrennten Komponenten der Vorrichtung
zu sorgen.
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Eine
repräsentative
Ausgestaltung der Ausführungsform
des betrachteten Systems ist eine „Uhrenarmband"-Ausführungsform,
wie in 11A gezeigt, bei der die Vorrichtung 500 so
gestaltet ist, daß sie
um einen Gliedmaßenabschnitt 502 getragen wird,
z.B. einen Unterarm, in einer Weise analog einer Armbanduhr. Bei
dieser Ausführungsform
können
alle Komponenten der Vorrichtung in einer einstückigen Einheit vorliegen, wobei
die Einheit in Kontakt mit der Haut der Person über einen einstellbaren Gurt 504 oder
eine andere Rückhalteeinrichtung
in Kontakt gehalten wird.
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Wenn
es gewünscht
wird, ein betrachtetes System in Kontakt mit einem Bereich des Benutzers zu
haben, der nicht leicht sichtbar ist, z.B. einem Bereich des Bauches
oder einem anderen Bereich, der typischerweise mit Kleidung abgedeckt
ist oder sonst nicht leicht sichtbar ist, kann ein Zweikomponentensystem,
wie in 11B gezeigt, benutzt werden.
Bei einer solchen Ausführungsform
liegen die Kassettenvorrichtung und die Meßeinrichtung, d.h. die Biosensoren
und das Meßgerät, innerhalb
einer Komponente vor, z.B. einer „Bund"-Komponenten 506, und die Anzeige-
und Steuereinrichtung liegen auf einer zweiten Komponente des Systems
vor, z.B. einer tragbaren Fernsteuereinheit 508. Diese
beiden Komponenten kommu nizieren miteinander über eine Datenkommunikationseinrichtung,
wobei die Datenkommunikationseinrichtung typischerweise eine drahtlose
Datenkommunikationseinrichtung ist, z.B. eine telemetrische HF-Einrichtung.
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Bei
weiteren Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung fordern die betrachteten Systeme kein
Band oder keinen Gurt zur Befestigung und können statt dessen auf einer
geeigneten Hautfläche
mittels eines biokompatiblen Klebmittels befestigt werden.
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Verfahren
der vorliegenden Erfindung
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Die
betrachteten Systeme und Vorrichtungen finden ihren Einsatz bei
Verfahren zum Bestimmen einer Eigenschaft physiologischen Fluides,
am typischsten beim Messen der Konzentration eines Analyten in einem
physiologischen Fluid. Beim Durchführen der betrachteten Verfahren
wird eine Vorrichtung mit einem integrierten Biosensor und einem
die Haut durchstechenden Element, so wie den verschiedenen Ausführungsformen,
die oben beschrieben sind, bereitgestellt und relativ zu einer ins Ziel
gefaßten
Hautfläche
des Benutzers angeordnet. Es wird bewirkt, daß sich die integrierte Biosensorvorrichtung
aus einer anfänglichen
oder zurückgezogenen
Position in eine zweite ausgefahrene oder hautberührende Position
bewegt oder verschiebt, wobei die Zielfläche durchstochen wird und auf
physiologisches Fluid zugegriffen und dieses zu dem Biosensorbereich
der Vorrichtung transportiert wird. Die Verschiebung oder Bewegung
der Vorrichtung wird umgekehrt, um sie von der Haut zu entfernen und
zurückzuziehen.
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Wenn
sie mit den oben beschriebenen betrachteten Kassettenvorrichtungen
verwendet wird, wird eine Vielzahl solcher integrierten Biosensorvorrichtungen
in den Betriebseingriff mit der Kassettenvorrichtung bereitgestellt.
Die Kassettenvorrichtung ist planar zu einer ins Ziel gefaßten Hautfläche des Benutzers
vorgesehen und angeordnet. Eine Bewegungseinrichtung wird benutzt,
um die Kassette in eine erste Richtung zu bewegen oder zu verschieben,
die so wirkt, daß sie
die Biosensorvorrichtung aus einer anfänglichen oder zurückgezogenen
Position in eine zweite ausgefahrene oder Haut berührende Position
bewegt oder verschiebt, wobei die Zielfläche durchstochen wird, auf
physiologisches Fluid zugegriffen und dieses zu dem Biosensorbereich
der Vorrichtung transportiert wird. Die Bewegungseinrichtung wird
dann aktiviert, um die Kassettenvorrichtung in eine zweite oder
umgekehrte Richtung zu bewegen oder zu verschieben, was so wirkt,
daß der
Biosensor aus seiner zweiten ausgefahrenen Posi tion zurück in eine
zurückgezogene
Position bewegt oder verschoben wird. Eine solche Bewegung der Biosensorvorrichtung
aus einer zurückgezogenen
in eine hautberührende
Position und umgekehrt kann weiter definiert werden, indem die Biosensorvorrichtung
aus einer im wesentlichen planaren Position in eine gewinkelte oder
abgelenkte Position zum Berühren
und Durchstechen der Haut abgelenkt wird.
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Wenn
sie mit dem betrachteten System wie oben beschrieben verwendet wird,
ist die Kassettenvorrichtung innerhalb einer Gehäusestruktur, die eine zur Haut
weisende Wand mit einer Öffnung
darin hat, vorgesehen oder wird in diese geladen. Die äußere Fläche der
zur Haut weisenden Wand ist bevorzugt fluchtend mit der ins Ziel
gefaßten
Hautfläche
des Benutzers angeordnet. Die Kassettenvorrichtung ist innerhalb
der Gehäusestruktur
angeordnet, so daß sie
planar zu der zur Haut weisenden Fläche ist und wobei die Verschiebung
der Vielzahl der Biosensorvorrichtungen auf einem Weg direkt über der Öffnung geschieht.
Beim Bewegen oder Verschieben der Kassette, wie oben beschrieben,
umfaßt
die Bewegung oder Ablenkung einer bestimmten Biosensorvorrichtung
den Durchlaß wenigstens
des die Haut durchstechenden Elementes durch die Öffnung,
um die Hautfläche
zu berühren
und zu durchstechen.
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Die
betrachteten Verfahren umfassen weiter das Bereitstellen eines Meßgerätes oder
einer Meßeinrichtung
wie oben beschrieben im Betriebskontakt mit der Biosensorvorrichtung
zum Messen der ausgewählten
Eigenschaft des abgenommenen physiologischen Fluides, das zu der
Biosensorvorrichtung nach dem Zugreifen auf das physiologische Fluid übertragen
worden ist. Nach dem Füllen
der Reaktionszone oder der Matrixfläche der Biosensorvorrichtung
mit dem abgenommenen physiologischen Fluid wird ein Signal an den
Biosensor durch die Meßgerätebaugruppe
des betrachteten Systems gegeben, und die interessierende chemische
Eigenschaft, z.B. die Konzentration des Analyten, wird festgestellt
und die sich ergebenden Meßdaten
werden über
eine Anzeige angezeigt, die auf dem Systemgehäuse vorgesehen ist, und werden
in dem Speicher für
das sofortige oder spätere
Wiedergewinnen gespeichert.
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Die
vorliegenden Verfahren, Vorrichtungen und Systeme finden ihren Einsatz
in einer Vielfalt unterschiedlicher Anwendungen, bei der die Erfassung eines
Analyten und/oder die Messung der Konzentration des Analyten in
einem physiologischen Fluid gewünscht
wird. Die betrachteten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren finden
besonderen Einsatz bei Anwendungen zum Überwachen der Analytkonzentration über eine
gegebene Zeitdauer, wie in der EP-A-1 260 815 beschrieben, wo das
Abnehmen des physiologischen Fluides/Messen automatisch und kontinuierlich
nach einem vorbestimmten Zeitplan geschieht.
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Bei
diesen Überwachungsanwendungen kann
die vorliegende Erfindung benutzt werden, um: (a) kontinuierlich
einen Analyten zu überwachen, dessen
Konzentration mit einem Krankheitszustand verbunden ist, z.B. Hypo-
oder Hyperglykämie
bei Blutzucker-Funktionsstörungen,
so wie Diabetes; (b) kontinuierlich einen Analyten überwachen,
dessen Konzentration mit einem interessierenden, nicht mit Krankheit
verbundenen physiologischen Zustand verbunden ist, z.B. Alkoholvergiftung,
illegale Benutzung von Drogen; (c) kontinuierlich die Konzentration eines
therapeutischen Mittels bei Arzneimitteltherapieanwendungen zu überwachen;
usw.
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Wenn
der Analyt Glukose ist, findet die vorliegende Erfindung Verwendung
bei einer Vielzahl unterschiedlicher Anwendungen, die sich auf die
Behandlung und Verwaltung von mit Glukose verbundenen Funktionsstörungszuständen beziehen,
z.B. Diabetes und verwandte Zustände.
Bei diesen Ausführungsformen
finden die betrachteten Verfahren und Vorrichtungen Verwendungen
beim Bereitstellen einer „fortdauernden" Glukoseüberwachung,
wobei damit gemeint ist, daß Glukosewerte
bei einem Patienten diskontinuierlich und automatisch entsprechend einem
vorbestimmten Zeitplan gemessen werden. Die betrachteten Verfahren
können
auch benutzt werden, um das Auftreten von hypo- und hyperglykämischen
Zuständen
zu erfassen und vorherzusagen. Bei solche Anwendungen kann das Muster
von fortdauernd überwachten
Messungen der Analytkonzentration benutzt werden, um festzustellen,
ob ein Patient Hyper- oder Hypoglykämie erfährt, indem das Muster der Meßergebnisse,
die in den Systemspeichereinrichtungen gespeichert sind, mit einem
Kontroll- oder Referenzmuster verglichen wird. Zusätzlich kann
man auf ein Muster von Messungen schauen und es mit einem geeigneten
Kontroll- oder Referenzmuster vergleichen, um das Auftreten eines
hypo- oder hyperglykämischen
Zustandes vorherzusagen. Die betrachteten Verfahren können Teil
eines umfassenderen Therapieprotokolls sein, die so gestaltet sind,
daß sie
das Auftreten von hypo- und
hyperglykämischen
Ereignissen verhindern, z.B. indem das Auftreten solcher Ereignisse
mit den betrachteten Verfahren und Vorrichtungen vorhergesagt und
in den Blutzuckermetabolismus in einer Weise eingegriffen wird,
die das Auftreten des vorhergesagten Ereignisses verhindert.
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Die
vorliegende Erfindung kann bei einer Vielfalt von unterschiedlichen
Typen von Subjekten benutzt werden, bei denen das Überwachen
eines Analysten gewünscht
ist. Interessierende Subjekte umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf
Säuger. Interessierende
Säuger
umfassen wertvollen Viehbestand, z.B. Pferde, Kühe, Schafe usw., Haustiere, z.B.
Hunde, Katzen usw. und Menschen. Bei den meisten Ausführungsformen
sind die Säuger,
bei denen die betreffenden Verfahren durchgeführt werden, Menschen.
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Sets
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Auch
bereitgestellt werden Sets zum Durchführen der betrachteten Verfahren.
Bei einer Ausführungsform
umfassen die Sets ein System zum Durchführen der vorliegenden Erfindung.
Das System kann eine einzige einteilige Vorrichtung sein oder aus
zwei oder mehr getrennten Komponenten aufgebaut sein, z.B. einer
Fernsteuerungs- und Anzeigekomponente und einer Meßkomponente.
Die Sets können
eine einzelne entsorgbare Kassettenvorrichtung umfassen oder zwei
oder mehr entsorgbare Kassettenvorrichtungen, wie es oben zum Einsatz
bei dem betrachteten System beschrieben ist. Schließlich umfassen
die Sets typischerweise Instruktionen zum Verwenden der betrachteten
Systeme und zum Laden und Entfernen von Kassetten in und aus dem
betrachteten System. Diese Instruktionen können auf einer oder mehreren
der Verpackungen vorliegen, einer beschrifteten Beilage, Behältern, die
in den Sets vorliegen und dergleichen.
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Obwohl
die voranstehende Erfindung in einigen Einzelheiten mittels Veranschaulichung
und Beispiele für
die Zwecke der Klarheit des Verständnisses beschrieben worden
ist, wird es den Durchschnittsfachleuten im Lichte der Lehren dieser
Erfindung leicht deutlich, daß bestimmte Änderungen
und Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne daß man sich
vom Umfang der angefügten
Ansprüche
entfernt.