УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫБОРОЧНОГО ВЗЯТИЯ ОБРАЗЦОВ ОДНОГО ИЛИ БОЛЕЕ АНАЛИЗИРУЕМЫХ ВЕЩЕСТВ
DEVICE FOR SELECTIVE SAMPLING OF ONE OR MORE ANALYTES

Область техники
Изобретение относится к устройствам на основе магнитогидродинамики (МГД), которые предназначены для экстрагирования текучей среды, содержащей одно или более анализируемых веществ (аналитов), из выбранного объекта и, конкретно, для экстрагирования из кожи внутритканевой текучей среды.
Уровень техники
Внутритканевая текучая среда (ВС) представляет собой водный раствор, выполняющий функцию транспортирующего средства и, в частности, переносящий между клетками и системой кровообращения глюкозу и электролиты. Соответственно, существует значительная корреляция между концентрациями различных растворенных компонентов, таких как глюкоза и молочная кислота, в ВС и в крови. Это делает анализ ВС релевантным во многих развивающихся направлениях, в том числе в медицинской диагностике, ранней диагностике заболеваний, фармакокинетике, а также во вживляемых смарт-устройствах. При этом большой коммерческий и научный интерес стимулирует исследования по разработке безболезненных и неинвазивных способов выборочного взятия образцов (семплирования) ВС.
В US 2002/0002328 А1 описано неинвазивное ВС-устройство и способ чрескожного семплирования веществ, в частности глюкозы, посредством обратного ионтофореза. Данное устройство сконструировано с возможностью мониторинга уровней глюкозы в крови для людей-диабетиков. Предусматривается не замена обычного инвазивного мониторинга глюкозы в крови, а использование предлагаемого устройства в дополнение к такому мониторингу.
В WO 2010/001122 А2 описан пластырь для семплирования одного или более аналитов через кожу пациента. Данный пластырь имеет электродный слой, позиционируемый с прилеганием к коже пациента, средство для активирования электродного слоя, чтобы генерировать вытягивание аналита через кожу посредством обратного ионтофореза, а также камеры-резервуары, содержащие электропроводную среду, индуцирующую процесс ионтофореза. Согласно этому документу наличие жидкого электролита обеспечивает хорошую электропроводность между электродами и кожей, повышающую эффективность процесса обратного ионтофореза.
В основу устройств для неинвазивного мониторинга глюкозы, рассмотренных выше и известных из уровня техники, заложен принцип осуществления осмотического потока или электрофореза. В таких устройствах экстракция проводится локально, у границы раздела электрод-кожа. Соответственно, может быть экстрагирован и проанализирован только ограниченный объем текучей среды, а это, в свою очередь, приводит к необходимости применять высокочувствительные технические средства детектирования и анализа.
Таким образом, сохраняется потребность в устройствах, предназначенных для семплирования аналитов через кожу и обеспечивающих более высокую эффективность, а также повышенную степень экстракции.
Раскрытие изобретения
Изобретение основано на обнаружении того, что по меньшей мере некоторые из проблем, известных из уровня техники и связанных с извлечением одного или более аналитов из кожи, можно устранить или по меньшей мере разрешить частично, используя магнитогидродинамический эффект.
Соответственно, задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы создать устройство, предназначенное для неинвазивного извлечения внутритканевой текучей среды, содержащей один или более аналитов, из дермы на поверхность кожи. Предлагаемое устройство содержит:
- первый и второй электроды, выполненные с возможностью позиционирования с прилеганием к поверхности кожи и расположенные на расстоянии друг от друга,
- источник питания, выполненный с возможностью генерирования электрического тока, проходящего через первый электрод, внутритканевую текучую среду и второй электрод, а также
- один или более магнитов, выполненных с возможностью генерировать магнитное поле, воздействующее на внутритканевую текучую среду.
В устройстве, выполненном согласно изобретению, направление магнитного поля, генерируемого данными одним или более магнитами, и направление электрического тока, генерируемого источником питания, выбраны такими, чтобы сила Лоренца, создаваемая магнитным полем и электрическим током, была способна перемещать внутритканевую текучую среду из дермы, по существу, в направлении поверхности кожи.
Устройством, выполненным согласно изобретению, можно семплировать ВС из кожи не только локально у границы раздела электрод-кожа, как это происходит в устройствах, известных из уровня техники, но также и на участке между электродами, на котором можно собрать дополнительный объем ВС. роме того, посредством МГД добавляется силовой компонент, увеличивающий степень экстрагирования под отрицательным электродом.
Остальные задачи, решаемые изобретением, описаны в зависимых пунктах прилагаемой формулы.
Приведенные в качестве примера варианты осуществления, не ограничивающие изобретение и относящиеся как к конструкциям, так и к способам функционирования устройства, а также остальные преимущества и решаемые задачи станут полностью понятными из дальнейшего описания конкретных вариантов, которые следует рассматривать со ссылками на прилагаемые чертежи.
В данном документе термины «содержать» и «включать» использованы в качестве так называемых открытых ограничений, которые не исключают и не требуют существования непоименованных признаков. Признаки, приведенные в зависимых пунктах прилагаемой формулы, могут свободно комбинироваться между собой, если прямо не оговорено обратное. Кроме того, должно быть понятно, что в данном документе упоминание какого-либо объекта в единственном числе не исключает возможности присутствия более одного такого объекта.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 проиллюстрирован принцип действия устройства, выполненного согласно изобретению и предназначенного для семплирования, в частности экстрагирования, аналита (черные точки), такого как глюкоза, из кожи. На данном чертеже использованы следующие обозначения: (+) - первый электрод, (-) - второй электрод, пунктирная стрелка - направление электрического тока, (В) - магнитное поле, белые стрелки - перемещение текучей среды в направлении действия силы Лоренца, черные стрелки - направление электрофореза. Верхний слой - эпидермис, средний слой - дерма, нижний слой - гиподерма.
На фиг. 2 проиллюстрирован пример устройства согласно изобретению, не имеющий ограничительного характера.
На фиг. 3 проиллюстрированы примеры конфигураций электродов, не имеющие ограничительного характера.
На фиг. 4 проиллюстрирован пример комплекта магнитов, пригодного для применения в устройстве согласно изобретению.
На фиг. 5 схематично проиллюстрирован не имеющий ограничительного характера пример устройства согласно изобретению, выполненного в виде браслета.
На фиг. 6 проиллюстрированы результаты обработки образца кожи с использованием устройства согласно изобретению, т.е. использующего МГД (левая часть чертежа), и устройства, известного из уровня техники, т.е. использующего электрофорез (правая часть чертежа).
Осуществление изобретения
Согласно одному из своих вариантов изобретение относится к устройству, предназначенному для неинвазивного семплирования ВС, которая содержит один или более аналитов, подлежащих анализу. Согласно изобретению ВС экстрагируется из кожи с использованием эффекта МГД.
Принцип действия изобретения проиллюстрирован фиг.1. Устройство, представленное на данном чертеже, применяется для экстрагирования ВС из кожи. Соответственно, электрический ток, генерируемый источником питания, проходит через кожу и пару электродов, отмеченных на чертеже знаками "+" и а магнитное поле (В) создается магнитом. Плотность тока в среднем слое кожи (дерме) существенно больше, чем во внутреннем слое (гиподерме) или в наружном слое (эпидермисе), поскольку повышенное содержание ВС в дерме обеспечивает траекторию тока с пониженным импедансом. В процессе функционирования устройства направление магнитного поля, конкретно, в границах расстояния между электродами и у их местоположения, по существу, перпендикулярно поверхности кожи, а также желаемому направлению перемещения текучей среды из дермы к данной поверхности. В результате на текучую среду, переносимую током в магнитном поле, воздействует сила Лоренца, направленная в сторону поверхности кожи и выполняющая функцию перемещения ВС из кожи наружу. Движущее усилие, развиваемое в текучей среде, описывается формулой F=J×В, где F, J и В - векторы усилия, плотности тока и магнитного поля соответственно, а знак "×" означает векторное произведение. Из данного уравнения следует, что векторы силы Лоренца, электрического тока и магнитного поля перпендикулярны друг другу. Кроме того, пространственным распределением электрического тока и магнитного поля задается и распределение данного усилия. Распределение силы Лоренца в текучей среде, переносимой током, создает условия для направленного переноса ВС из кожи наружу по всей траектории тока, т.е. по всему расстоянию между электродами. Перемещение текучей среды в направлении действия силы Лоренца обозначено на чертеже широкими белыми стрелками. ВС, содержащая исследуемые аналиты, в частности глюкозу, и обозначенная на чертеже черными точками, экстрагируется и на участке между электродами, а не только из-под отрицательного электрода. При этом перемещение текучей среды в направлении границы раздела электрод-кожа промотируется также и посредством электрофореза (узкие черные стрелки).
Пример устройства, выполненного согласно изобретению, приведен на фиг. 2. Как показано на данном чертеже, устройство 100, которое предназначено для извлечения ВС, содержащей один или более аналитов, из дермы 101а на поверхность 101b кожи, содержит:
- первый электрод 102а и второй электрод 102b, выполненные с возможностью позиционирования с прилеганием к поверхности кожи и разнесенные между собой на расстояние 103,
- источник 104 питания, выполненный с возможностью генерирования электрического тока, проходящего через первый электрод, внутритканевую текучую среду и второй электрод, и
- магнит 105, выполненный с возможностью генерировать магнитное поле, воздействующее на внутритканевую текучую среду, причем направление магнитного поля, генерируемого магнитом, и направление электрического тока, генерируемого источником питания, выбраны такими, что сила Лоренца способна перемещать внутритканевую текучую среду из дермы, по существу, в направлении поверхности кожи по всей траектории тока, т.е., конкретно, в границах расстояния между электродами и отрицательного электрода.
В процессе функционирования устройства электрический ток протекает, по существу, в трех различных направлениях, показанных пунктирной стрелкой на фиг. 2, а именно сначала от первого электрода в направлении кожи, т.е., конкретно, в сторону дермы, содержащей ВС, затем в границах расстояния между электродами, по существу, параллельно поверхности кожи и, наконец, от дермы в направлении второго (т.е. отрицательного) электрода. Эти направления представлены на фиг. 2 в виде осей у, х системы 199 координат. Соответственно, электрический ток вносит свой вклад в перемещение конкретного объема ВС в направлении второго электрода.
Чтобы в ВС, переносимой током в коже, создать силу Лоренца, которая ориентирована в направлении поверхности кожи, магнит должен генерировать магнитное поле, ориентированное, по существу, по оси z системы 199 координат. В результате эффект МГД, производимый магнитным полем и электрическим током, перемещает ВС, содержащую один или более аналитов, из дермы, по существу, в направлении поверхности кожи в границах расстояния между электродами и под отрицательным электродом 102b, т.е. направление потока ВС, по существу, ориентировано по оси у системы 199 координат.
Чтобы избежать электролиза воды и колебаний рН, согласно варианту изобретения первый и второй электроды изготовлены в виде хлорсеребряного электрода типа Ag-AgCl; однако, в данном контексте пригодны также и другие инертные и неферромагнитные материалы. В число таких материалов входят углерод, золото и платина.
В возможном варианте электроды покрыты различными материалами, например ферментами и катализаторами, такими как глюкозооксидаза, дегидрогеназа и прусская лазурь. Кроме того, различные материалы или их комбинации могут быть использованы в качестве границы раздела между электродами и кожей, в частности, чтобы уменьшить электрический импеданс, защитить покрытие электродов и упростить анализ экстрагированных образцов ВС. В число материалов, пригодных для этой цели, входят биосовместимые (например проницаемые или полупроницаемые) мембраны из регенерированной целлюлозы, силикона и моноволоконной полиамидной ткани.
Чтобы облегчить перенос аналитов в направлении устройства, создать защитные электрохимические условия (например соответствующий уровень рН) и обеспечить активность ферментов, предусмотрена граница раздела между электродами и кожей, поддерживающая низкий электрический импеданс. В одном из вариантов данная граница раздела предпочтительно представляет собой гель или гидрогель. В другом предпочтительном варианте функцию этой границы выполняет мембрана, которая проницаема или полупроницаема, электропроводна и гипоаллергенна. К примерам материалов, пригодных для этой цели, относятся биосовместимые (например проницаемые или полупроницаемые) мембраны из регенерированной целлюлозы, силикона и моноволоконной полиамидной ткани. Чтобы способствовать поддерживанию желаемой структурной ориентации и повысить электропроводность такой структуры, предусмотрена возможность обработать эти мембраны агентами, выполняющими функцию увлажнителей (в частности глицеролом, агарозным гелем и фосфатно-буферным солевым раствором). Мембраны можно также снабдить такими агентами, как кортикостероиды и другие лекарственные препараты, которые предотвращают или ослабляют кожные реакции, генерируемые процедурой экстракции.
Согласно варианту изобретения, представленному на фиг. 2, первый электрод 102а и второй электрод 102b выполняют, соответственно, функции положительного и отрицательного электродов. Должно быть понятно, что полярность электродов можно переключать, причем они могут иметь различные конфигурации. Желательно установить первый и второй электроды, по существу, параллельно друг другу.
Устройство может содержать множество как первых, так и вторых электродов. Электроды могут быть одинаковыми или отличающимися друг от друга.
Как первый, так и второй электрод имеет контактную поверхность, обозначенную на фиг. 2 для первого электрода, как 106а, а для второго электрода, как 106b. Согласно одному из вариантов контактная поверхность этих электродов выполнена плоской и, на выбор, круглой (например дисковидной), прямоугольной, эллиптической или пирамидальной. Согласно другому варианту контактная поверхность адаптирована к форме поверхности кожи. Например, если это кожа пальца или запястья, контактная поверхность может быть существенно изогнутой, чтобы обеспечить максимальный механический и электрический контакт с кожей. Предусмотрена возможность выполнить контактную поверхность с выдавленными участками и/или выступами, способствующими максимальному прилипанию к поверхности кожи.
2
2
В предпочтительном варианте площадь контактной поверхности каждого электрода составляет 0,01-9 см, наиболее предпочтительно 0,15-1 см. Предпочтительное расстояние, разделяющее первый и второй электроды, лежит между 1 мм и 5 см, наиболее предпочтительно между 5 мм и 3 см. В рассматриваемом примере оно равно 1 см.
Согласно одному из вариантов контактная поверхность электродов имеет эллиптическую форму, причем большая ось эллипса существенно длиннее, чем малая ось. Это позволяет получить повышенную плотность тока, проходящего через дерму, не увеличивая плотность тока у границы раздела электрод-кожа. Пять примеров различных конфигураций электродов приведены на фиг. 3 (слева - первый электрод, справа - второй электрод). Плотность тока, проходящего через выбранный объект, такой как кожа, во всех случаях может быть различной, причем даже при одинаковой площади контакта электродов. Формой электродов можно изменять распределение электрического тока в коже и, соответственно, локальную плотность тока, чтобы увеличить силу Лоренца и степень экстракции ВС. В этом отношении предпочтительны эллиптические конфигурации электродов, проиллюстрированные на данном чертеже как вариант 3.
2
2
2
Источником 104 питания могут быть источник постоянного тока и/или источник переменного тока. Источник питания ограничивает и регулирует энергию и, таким образом, электрический ток и/или напряжение, подводимые к электродам. Согласно одному варианту источник энергии представляет собой плавающий источник тока, обеспечивающий наличие средства для установления постоянного электрического тока предпочтительно в интервале 10 мкА - 10 мА, более предпочтительно - в интервале 0,1-1 мА. Плотность тока у границы электрода, такой как граница раздела с кожей, составляет 1 мкА/см - 10 мА/см, предпочтительно 0,1-1 мА/см. Напряжение, генерируемое источником тока, предпочтительно составляет 1-100 В.
В конкретном варианте изобретения электрический ток, генерируемый плавающим источником тока, имеет монополярную (мононаправленную) или биполярную (например переменную) волновую форму. Предпочтительна частота электрического сигнала в интервале 0,1 Гц - 100 кГц, более предпочтительно в интервале 10 Гц - 10 кГц. Предусмотрена возможность модулировать электрический ток по амплитуде и/или по частоте, причем он может иметь различные волновые формы, например синусоидальную, квадратную, импульсную (в частности прямоугольную), треугольную и пилообразную. Кроме того, может использоваться пакетно-импульсная или циклическая модуляция.
Магнитом 105 может быть постоянный магнит или электромагнит. Интенсивность магнитного поля у поверхности магнита предпочтительно составляет 0,01 мТл - 2Тл, более предпочтительно 0,1-500 мТл. Предпочтительное расстояние между магнитом и электродами составляет менее 5 см, более предпочтительно менее 3 см, наиболее предпочтительно менее 1 см. Согласно одному варианту магнитное поле обеспечивается неодимовым магнитом, который, когда устройство находится в своей рабочей позиции, смещен от поверхности кожи на 0,5 см. При этом в данной позиции устройства направление магнитного поля в границах расстояния между электродами, по существу, перпендикулярно поверхности кожи, а также желаемому направлению перемещения текучей среды из дермы в сторону данной поверхности, в результате чего содержащаяся в дерме ВС перемещается в направлении поверхности кожи.
Согласно другому варианту устройство содержит множество магнитов, т.е. магнитное поле создается комплектом магнитов или электромагнитов. Примером такого комплекта является магнитная сборка 211 Халбаха, представленная на фиг. 4, два магнита которой обозначены, как 205а и 205b. Перекрывающиеся между собой магнитные поля магнитов сборки скомбинированы так, чтобы в результате сформировалось магнитное поле, действующее в одном направлении, помеченном на чертеже буквой В. Электроды (не изображены) позиционированы внутри сборки таким образом, чтобы электрическое поле Е было ориентировано в системе 299 координат в соответствии с фиг. 4. В результате появляется возможность ориентировать направление экстрагирования ВС в сторону поверхности кожи.
Применение комплекта магнитов позволяет изменять (т.е. увеличивать, уменьшать или подавлять) магнитное поле направленно или локально. Например, кольцевая сборка Халбаха, сформированная на основе цилиндра, состоящего из неодимовых магнитов, может быть использована для генерирования интенсивного магнитного поля, сосредоточенного внутри цилиндра. Кроме того, магниты комплекта могут быть позиционированы, например, в виде кольца или браслета, охватывающего электроды и зону экстракции, причем так, чтобы электроды оказались внутри цилиндра. Это позволяет получить у зоны экстракции сильное магнитное поле, сохраняя в то же время слабое магнитное поле в остальных частях устройства.
Согласно одному из вариантов устройство содержит средство 107, выполненное с возможностью сохранять (например собирать) полученные данные, и/или средство 108, предназначенное для анализа экстрагированной из кожи ВС, содержащей один или более аналитов. Согласно одному варианту сохраняющее средство представляет собой одну или более капиллярных трубок (далее - капилляры), находящихся в границах расстояния 103 и предпочтительно коаксиальных электродам. Один конец данных капилляров расположен так, что в них поступает экстрагированная из кожи ВС. Согласно одному конкретному варианту средство, выполненное с возможностью сохранять текучую среду, такое как один или более капилляров (или резервуар), выполняет также функцию средства, выполненного с возможностью переносить текучую среду к средству 108, выполняющему анализ одного или более аналитов. В альтернативном варианте средство 108 выполнено с возможностью только регистрировать один или более сигналов, поступающих от одного или более аналитов, и посылать данные сигналы на средство, предназначенное для их анализа. Согласно одному варианту средства 107 и 108 содержат вещество в виде геля или жидкости, содержащее глюкозооксидазу, которая способна образовывать перекись водорода, а концентрацию полученной перекиси водорода определяют электрохимическим и/или оптическим методом. Желательно поместить средства 107 и 108 в границах промежутка между электродами и/или под одним или более из этих электродов. Согласно другому варианту устройство содержит средство, которое и сохраняет, и анализирует внутритканевую текучую среду. Согласно еще одному варианту анализирующее средство выполнено отдельно от устройства.
Согласно одному варианту устройство имеет каркас 109, позволяющий нужным образом позиционировать электроды, источник питания и магнит, а также любые дополнительные средства, входящие в конструкцию устройства, такие как средство запасания энергии (например батарейка), средство сохранения ВС и средство, анализирующее ВС. Контактная поверхность первого и второго электродов, а предпочтительно также и средство, выполненное с возможностью сохранять и/или анализировать один или более аналитов, расположены на поверхности каркаса, адаптированной для приведения в прямой или косвенный контакт с поверхностью кожи.
Согласно другому варианту каркас устройства выполнен в карманном формате.
Согласно одному варианту устройство по изобретению, использующее МГД, чтобы повысить проницаемости кожи, применяется в сочетании с другими подходами, такими как сонопорация, лазеропорация, электропорация и гидравлическое давление. Для временного или перманентного ослабления механических свойств верхнего слоя кожи (т.е. рогового слоя эпидермиса) могут быть применены различные приемы, повышающие проницаемость и, таким образом, способные облегчить экстрагирование ВС. В частности, до или в процессе экстрагирования ВС совместно с устройством по изобретению может быть применена сонопорация, в частности, в непрерывном или прерывистом режиме. Соответственно, устройство по изобретению может содержать одно или более средств 110, выбранных из группы, в которую входят средство, генерирующее ультразвук, средство, генерирующее лазерное излучение, средство, осуществляющее электропорацию, и средство, создающее гидравлическое давление.
На фиг. 5 приведен следующий пример устройства согласно изобретению, не имеющий ограничительного характера. В данном случае предлагаемое устройство обозначено, как 300. Каркас устройства выполнен в виде браслета 309. Проиллюстрированное устройство содержит первый электрод 302а и второй электрод 302b, выполненные с возможностью позиционировать их с прилеганием к поверхности кожи и разнесенные между собой на расстояние 303. Устройство снабжено также источником 304 питания, который выполнен с возможностью генерирования электрического тока, проходящего, когда устройство находится в своей рабочей позиции, через первый электрод, внутритканевую текучую среду и второй электрод. Кроме того, в устройстве предусмотрен магнит 305, выполненный с возможностью генерировать магнитное поле в ВС, причем направление магнитного поля и направление электрического тока выбраны такими, что сила Лоренца получает возможность переносить ВС из дермы, по существу, в направлении поверхности кожи. Магнитное поле может создаваться также множеством магнитов, таких как комплект магнитов, представленный на фиг. 4.
Чтобы в границах расстояния между электродами и под отрицательным электродом сгенерировать силу Лоренца, которая ориентирована в направлении поверхности кожи, в ВС, переносимой в коже током, магнит 305 должен генерировать магнитное поле, ориентированное, по существу, по оси z системы 399 координат. Соответственно, эффект МГД, производимый магнитным полем магнита 305 (или полем множества магнитов) и электрическим током, поддерживаемым источником 304 питания, перемещает ВС, содержащую один или более аналитов, из дермы, по существу, в направлении поверхности кожи. В результате направление потока ВС, по существу, ориентировано по оси у системы 399 координат. На фиг. 5 местоположения источника питания и магнита имеют только условный, иллюстративный характер.
Преимущества данного варианта заключаются в том, что браслет позволяет обеспечить наличие средства, приводящего первый и второй электроды в контакт с кожей посредством, например, адгезивных материалов, пневматического усилия и/или механического давления. Согласно варианту, представленному на фиг. 5, в браслете поблизости от участка, выбранного для экстрагирования внутритканевой текучей среды, установлен постоянный магнит, причем так, что магнитное поле в границах расстояния между электродами ориентировано, по существу, перпендикулярно поверхности кожи и направлению, по которому ВС протекает из дермы до данной поверхности. Для этого браслет можно снабдить подвижными деталями, такими, например, как переставляемый держатель магнита. Кроме того, браслет позволяет обеспечить наличие средств, собирающих, транспортирующих, сохраняющих и/или анализирующих образец ВС (на чертеже не изображены). Далее, предусмотрена возможность снабдить браслет электронным или электромеханическим интерфейсом пользователя, содержащим, например, дисплей 310 (в том числе с сенсорным экраном), нажимными кнопками, а также индикаторами механического, визуального и/или звукового (аудио) типа (например светодиодами, громкоговорителем и вибрационными сигнальными средствами). Кроме того, браслет может иметь средство, сохраняющее полученные данные, например электронную схему, и средство (предпочтительно беспроводное), отсылающее их на другое электронное устройство, например на сотовый телефон, планшет, компьютер или дозатор инсулина.
Можно также снабдить устройство средством подсоединения к Интернету. Чтобы оценить электрический контакт электрод-кожа, установленная в браслете электронная схема может, кроме того, отображать значения электрического тока и/или электрического напряжения, приложенных к коже. Энергия, требуемая для функционирования электронной схемы, может обеспечиваться, например, перезаряжаемой батарейкой 307, фиксируемой в браслете. В одном из конкретных вариантов изобретения браслетом охватываются один или более капилляров, выполненных из органических или неорганических материалов (например из полифторуглеводорода, полиэтилена, поливинилхлорида и боросиликатного стекла) и предназначенных для накапливания образца внутритканевой текучей среды. Кончик данных капилляров расположен поблизости от участка, выбранного для экстрагирования, или в контакте с данным участком. Например, эти кончики можно разместить в зазоре между электродами и/или выполнить их заодно с первым (и/или вторым) электродом (электродами). В число других составляющих, пригодных для накапливания экстрагированных образцов ВС или соединений, находящихся в данных образцах, входят материалы, заряженные электрическим и/или магнитным образом, гидрофобные и/или гидрофильные материалы, а также материалы-абсорбенты. В другом конкретном варианте на электроды нанесено покрытие из вещества или смеси веществ, которое (которая) реагирует (например, химическим или физическим образом) с одним или более из компонентов образца ВС или связывается с этими компонентами. В число примеров подходящих покрытий электродов входят гели (в частности гидрогели и полимерные гели), способные дополнительно связываться с такими реагентами, как ферменты, например с глюкозооксидазой. Покрытие электрода может быть использовано для накопления образца внутритканевой текучей среды или конкретных компонентов такого образца, а также для создания условий проведения его анализа, например, с целью измерения содержания глюкозы, молочной кислоты или других его компонентов посредством современных или будущих методик. Далее, по отношению к людям изобретение может применяться на различных частях тела, в том числе (но не исключительно) на голове, мочке уха, глазах, шее, носе, рте, груди, животе, руках, предплечьях, ногах, пальцах руки (например, в случае устройства в форме кольца), ступнях и пальцах ноги. Кроме того, изобретение может быть применено по отношению к любому живому или мертвому биологическому организму, в том числе (но не исключительно) к людям и животным (в частности к собакам или крысам на их ушах, лапах или хвосте).
Устройство по изобретению пригодно для семплирования одного и более аналитов, которые могут быть выведены из кожи посредством использования эффекта МГД. Перечень примеров аналитов, не имеющий ограничивающего характера, включает аминокислоты, сахара, жирные кислоты, коферменты, гормоны, нейротрансмиттеры, молочную кислоту и лекарственные препараты. Особенно важными аналитами являются глюкоза и молочная кислота.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
Эффективность устройства согласно изобретению при экстрагировании ВС из дермы была сопоставлена с соответствующими данными по электрофорезу. Образцы (3×3 см) брюшной кожи мертвой свиньи, вырезанные из соответствующей ткани, исследовались с использованием 1) устройства согласно изобретению и 2) такого же устройства, но с отключенным магнитным полем. Таким образом, в экспериментах 1) и 2) семплирование осуществлялось посредством, соответственно, МГД и электрофореза.
2
Оба эксперимента проводились одновременно, причем с соблюдением эквивалентности параметров и с одинаковой конфигурацией электродов. В каждом случае первый и второй электроды изготавливались из графита. У всех электродов контактная поверхность была плоской и круглой (с диаметром, равным 7 мм). Использовался общий источник тока, поддерживающий постоянный электрический ток 0,4 мА в обоих устройствах, подключенных друг к другу последовательно. Оценка плотности тока у границы раздела электрод-кожа составляла 1 мА/см. Расстояние между первым и вторым электродами в обоих экспериментах равнялось 1 см. В отличие от второго устройства, в устройстве, выполненном согласно изобретению, был задействован постоянный неодимовый магнит, создающий у своей поверхности магнитное поле 0,8 Тл, установленный на расстоянии 1 см от места экстрагирования и ориентированный так, что магнитное поле в границах расстояния между электродами, по существу, создавалось в направлении, перпендикулярном к поверхности кожи и к желаемому направлению перемещения текучей среды из дермы к данной поверхности. Соответственно, в текучей среде, переносимой в коже током, создавалась сила Лоренца, ориентированная в направлении поверхности кожи. Такая обработка, проводимая в течение одного часа, выявила четкое различие объема ВС, экстрагированной из дермы двумя способами. Как показано на фиг.6, текучая среда, экстрагированная посредством устройства по изобретению, образует каплю (помечена стрелкой в левой части фиг. 6), которую можно видеть невооруженным глазом, с объемом, существенно превышающим объем текучей среды, экстрагированной посредством электрофореза (в этом случае объем экстрагированной среды недостаточно велик для его обнаружения невооруженным глазом). С учетом испарения экстрагированной текучей среды такое ее содержание в образце, который был получен устройством согласно изобретению, является убедительным показателем того, что по сравнению с электрофорезом предлагаемый способ действует с существенно большей скоростью
Пример 2
У членов группы, которая состояла из одиннадцати здоровых взрослых участников, измерялась концентрация глюкозы во внутритканевой текучей среде и в крови с использованием устройства, выполненного согласно изобретению, и обычного инструмента, прокалывающего кончик пальца, соответственно.
Для каждого измерения парные выборки образцов внутритканевой текучей среды и крови получались практически одновременно с использованием или устройства согласно изобретению, или обычного инструмента, прокалывающего кончик пальца (CareSensTMN; модель GM505PAD, фирма i-SENSm inc, Корея). Концентрацию глюкозы в образцах внутритканевой текучей среды измеряли, используя серийный набор реактивов (АВ65333, фирма Abeam, Великобритания). Результаты, представленные в виде прямого соотношения концентрации глюкозы в образцах внутритканевой текучей среды и крови, подтверждают, что значения концентрации глюкозы в образцах, экстрагированных устройством согласно изобретению, могут быть использованы для определения концентрации глюкозы в крови. Кроме того, процедура экстрагирования была безболезненной и не вызывала кожных реакций или заметного повреждения образца.
Концентрация глюкозы во внутритканевой текучей среде коррелирует с концентрацией глюкозы в крови. Согласно одному из предпочтительных вариантов, измерив концентрацию глюкозы в образце внутритканевой текучей среды, можно применить математический алгоритм или математическую модель, позволяющий (позволяющую) определить соответствующий уровень глюкозы в крови. Данный математический алгоритм может состоять из арифметических операций, статистических функций и даже из алгоритмов искусственного интеллекта.
Остальные варианты охарактеризованы в приводимых далее пронумерованных параграфах.
1. Способ извлечения образцов (семплирования) внутритканевой текучей среды, содержащей один или более аналитов, из дермы на поверхность кожи, включающий следующие операции:
- позиционируют первый электрод и второй электрод с прилеганием к поверхности кожи,
- генерируют электрический ток, проходящий через первый электрод, внутритканевую текучую среду и второй электрод,
- генерируют магнитное поле, воздействующее на внутритканевую текучую среду, содержащую один или более аналитов, причем направления магнитного поля и электрического тока выбирают такими, что создаваемая ими сила Лоренца перемещает внутритканевую текучую среду из дермы, по существу, в направлении поверхности кожи.
2. Способ согласно параграфу 1, включающий воздействие на поверхность кожи одним или более из следующих средств: ультразвук, лазерное излучение, гидравлическое давление и электрическое поле.
3. Способ согласно параграфу 1 или 2, включающий сохранение и/или накопление извлеченной из кожи внутритканевой текучей среды, содержащей один или более аналитов.
4. Способ согласно параграфу 1 или 2, включающий перенос извлеченной из кожи внутритканевой текучей среды, содержащей один или более аналитов, к месту, в котором выполняется анализ указанных одного или более аналитов.
5. Способ согласно любому из параграфов 1-4, в котором в число одного или более аналитов входят аминокислоты, сахара, жирные кислоты, коферменты, гормоны, нейротрансмиттеры, молочная кислота и лекарственные препараты.
6. Способ согласно любому из параграфов 1-5, в котором аналиты представляют собой глюкозу, протеины и/или молочную кислоту.
7. Способ согласно любому из параграфов 1-6, дополнительно включающий анализ указанных одного или более аналитов.
Конкретные примеры, представленные в приведенном выше описании, не следует считать ограничивающими объем изобретения и/или прилагаемую формулу.